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1前言

我廠自2002年以來,陸續建設了三座6m焦爐(2×55+1×60孔)及相應的140t和75t干熄焦裝置各一套、煤氣凈化系統兩套、備煤篩焦系統一套。眾所周知,焦化屬典型的以煤為原料的化工企業,是污染排放大戶。污染因子多,毒性大,治理難。因而在建設之初我廠就十分重視環境保護,同步配套建設了污水處理、地面除塵站等眾多環保設施以處理生產過程中產生的廢氣、廢液和廢渣等污染物,環保投入占固定資產投資的17%。但由于當年環保認知水平、工藝設計水平、總體建設資金等因素的限制,加上幾年前執行的環保排放標準相對今日較寬松,投產后發現當年設計建設的部分環保設施、所采用的環保手段有一些已不能適應后來我國日趨完善的環境法律法規和日益嚴格的環保排放標準要求。為此,針對環保設施上存在的問題,我廠作出了諸多有益的嘗試,通過技術改造、技術攻關從工藝上、裝備上進行了一系列的改進。有的投入運行后取得了較好的效果,有的正在建設之中,也有的已完成相關論證工作,正在積極向前推進。本文選擇其中主要的幾個方面做一介紹。

2主要項目介紹

2.1酚氰廢水深度處理

2.1.1問題的由來

焦化酚氰廢水作為一種污染較大且極難處理的工業廢水,其中的酚、氰、含氮化合物等污染因子對水體及其中的生物都有很大的危害。我廠第一座酚氰廢水處理站于2004年6月建成投用,用于處理3#和4#焦爐的生產廢水及其它廢水,系統設計規模為100m3/h,出水只能達到二級排放標準。處理后廢水大部分用于濕法熄焦補水,其余用于焦臺等處補水。2005年2月,我廠140t干熄焦工程開工。工程建成后這部分處理后廢水面臨既不能回用又不符合環保部門一級排放標準要求的局面。

2.1.2采取的措施在5#焦爐建設之初,即從設計上考慮深度處理問題。經過比選,在臭氧氧化、活性炭過濾及超濾等眾多深度處理工藝中選擇了相對成熟可靠的活性炭過濾工藝,即在混凝后增加一套活性炭過濾裝置。通過活性炭吸咐作用,使出水水質達到一級排放標準。該裝置于2006年5月建成,流程如圖1:圖1增加深度處理裝置后廢水處理流程圖經生化、混凝處理后的廢水加壓送至活性炭過濾器過濾,濾后水達一級標準外排。當過濾器進水阻力達一定程度后,由反沖洗水泵進行反沖洗。2005年9月,我廠又對第一座酚氰廢水處理站進行了改造,同樣在混凝后增加活性炭過濾器,于2006年底建成投用。通過深度處理,出水達到一級排放標準。減少了污染物排放總量,也為進一步回用創造了條件。

2.1.3實施效果

從運行結果可以看出,幾項主要污染因子去除率都能達到30%左右,處理后出水可以達到一級排放標準。運行成本偏高,活性炭飽和失效較快,新裝填活性炭僅10天就難以保證COD在100以下,過濾效率迅速下降到15%以下。經計算僅活性炭消耗一項成本就高達2.73元/m3原水。活性炭裝填和更換完全依賴人工,勞動強度較大,有待改進。

2.2焦油渣綜合利用

2.2.1問題的由來

焦化化產生產過程中會產生大量焦油渣(2500t/a),它來自于機械化氨水澄清槽,此外硫銨、粗苯等工序還有部分蒸氨瀝青渣(150t/a)、再生殘渣等。主要成份為各種烴類,并含少量煤粉等顆粒物。均具有一定的揮發性、可燃性和毒性。這些固體廢棄物原設計處理手段都是配入煉焦煤中送往焦爐煉焦,但這種做法導致現場操作環境惡劣,工人勞動強度大,難以做到均勻回配,容易造成設備污染和腐蝕,且會引起加煤車螺旋給料器堵料,影響焦爐正常生產。投產前幾年只能通過渣箱收集后暫時堆放在煤場空地上,造成固體廢棄物長期積壓,影響周圍的環境,不符合環保及現場管理的要求,迫切需要解決。

2.2.2采取的措施

目前焦化企業中焦油渣得到妥善處理的極少,少量廠家制成型煤加入煤中,但能正常使用并能避免二次污染的廠家不多。我廠經過兩年的可行性研究,投資470萬元成功引進了一套焦油渣綜合利用裝置,于2007年8月投入運行。流程如圖2:圖2焦油渣回收利用裝置工藝流程專用的焦油渣箱用叉車運至配料現場,提升到現場2個渣槽,同時從配合粉碎后的輸煤皮帶上截取部分煤與焦油渣充分混合后制成球狀型煤,隨輸煤皮帶送往煤塔進入焦爐煉焦。整套回收利用裝置占地面積約120平方米。主要設備有圓盤給料器、螺旋攪拌機、雙輥式造球機、可移動式渣箱、電氣控制系統等。

2.2.3實施效果

該系統運行以來效果良好。實現了焦油渣全回配,徹底解決了焦油渣處理這一環保難題,同時還可以消化掉蒸氨瀝青渣和粗苯再生殘渣等固體廢棄物。該工藝不需添加劑、不需加熱固化。從型煤外觀看,強度較高,能經受輸送過程中的沖擊。渣煤比可根據天氣等因素的變化和生產需要在一定范圍內進行無級調節。從生產現場的操作環境看,整個裝置不存在二次污染問題。由于配量相對很少,型煤的配入對焦炭質量幾乎沒有影響。利用焦油渣作為粘結劑生產型煤煉焦,不僅使固體廢棄物不出廠,完全解決了我廠焦油渣及其它廢渣處理的環保問題,同時由于焦油渣中焦油、焦粉、煤粉等回到焦爐煉焦后,90%都將轉化為焦炭、煤焦油和煤氣,每年還可創經濟效益130萬元。

2.3集氣管壓力控制

2.3.1問題的由來

集氣管壓力不穩定是焦爐冒煙冒火的重要原因之一。穩定焦爐集氣管壓力不僅僅影響到焦爐壽命、風機的安全運行和后續煤氣凈化的生產操作,對控制焦爐的煙塵逸散也十分關鍵。我廠焦爐集氣管壓力控制原設計為分散式控制。集氣管壓力調節裝置與鼓風機液力耦合器調節是相互獨立的單回路閉環控制系統。焦爐部分通過Π型管調節翻板,手動或自動調節裝置調整焦爐集氣管壓力。煤氣凈化部分是通過液力耦合器控制鼓風機轉速來調整初冷器前的吸力。由于影響集氣管壓力的因素比較多,有初冷器前吸力變化;不同集氣管之間的相互耦合;焦爐炭化室內間歇地裝煤和推焦產生的沖擊;結焦時間、加熱制度、煤的成分、裝煤量、循環氨水流量和溫度、系統阻力甚至鼓風機入口排液系統等參數的變化等等。這種單回路控制模式,壓力調節效果很不理想,難以很好地解決上述問題。集氣管壓力頻繁地大幅度波動,極易導致焦爐冒煙冒火,嚴重影響崗位及周邊環境。

2.3.2采取的措施

為克服原控制方式存在的不足,2007年以來我廠對集氣管壓力調節進行了持續地優化調整。經過對歷史數據(3#、4#、5#焦爐集氣管的壓力、閥位、液力離合器、風機及系統阻力等)的反復研究分析,建立了新的控制系統數學模型,針對集氣管蝶閥調節單元和風機液力離合器調節單元設計了不同的控制算法,完成了系統仿真與控制算法優化工作,形成了現有的先進控制算法。新方案是在正常生產的工況下,根據生產負荷的變化,通過自動調整集氣管翻板閥、大循環管閥門和風機液力耦合器實現初冷器前吸力的穩定,最終使集氣管壓力穩定在80-120Pa(設定值)上下。現使用的先進控制程序將循環管閥門作為主要調節設備,初冷器前的吸力控制以調節循環管閥門為主,循環管調節蝶閥的動作范圍設定在0-30%;當循環管調節蝶閥在8%-20%范圍內動作時,風機不動作,超出此范圍,風機調整機構開始動作。減少了風機動作頻率,有效的保護了重要生產設備。風機的液力耦合器的開度限幅設為35%-70%,保證了在“先進控制”方式下,風機的開度一直在安全范圍。

2.3.3實施效果

先進控制程序實現了焦爐集氣管壓力、初冷器前吸力的協調控制。吸力調節較以往穩定,在90%的時間內壓力穩定在±30Pa。集氣管壓力得到較好的控制。先進控制程序減少了風機動作頻率,有利于鼓風機安全穩定運行。先進控制程序使用了偏差趨勢調節,提高了調節速度,使集氣管壓力超標能在30秒內調回,避免了常規調節滯后的問題。當焦爐出焦時間延長,煤氣量較大時壓力易出現震蕩現象,通常需要調整參數,降低閥門動作頻率;當煤氣發生量偏大或煤氣用量減少致使風機后壓力上升,負荷增大,調節效果也受影響,通常需要煤氣放散來降低機后壓力,進而降低風機負荷,保持初冷器前吸力穩定。

2.4貯槽放散氣體洗滌

2.4.1問題的由來

煤氣凈化系統廢氣主要為各貯槽放散氣體。原設計集中經壓力平衡系統回吸煤氣管道,以避免外排造成污染。但由于各貯槽密閉性能不佳,壓力平衡難以保持,空氣很難避免進入吸煤氣管道;出于煤氣鼓風機運行安全考慮,和國內大多數同行一樣,壓力平衡系統一直未投入使用。目前各區域貯槽放散氣通過頂部放散管直接排放到大氣中,對操作現場和周邊環境造成較大污染。為了改善職工操作環境,減少對周邊環境的影響,有必要對這些貯槽排氣進行收集處理。

2.4.2采取的措施

建設一套放散氣洗滌裝置。裝置于2008年底開工建設。該裝置采用排氣洗凈工藝凈化貯槽放散氣,將各貯槽放散氣集中收集洗滌達標后再排放,從而改善周圍環境。避免了化產各區域貯槽氣體直接排入大氣所造成的環境污染。廢氣經洗凈后可達到如下排放標準:H2S0.4kg/h、NH35.5kg/h(GB14554-93惡臭污染物排放標準);酚100mg/m3、CmHn120mg/m3(GB16297-1996大氣污染物綜合排放標準)。放散氣洗滌工藝流程如下:將貯槽放散氣通過管道引入裝置,經排氣風機送入排氣洗凈塔,與上部噴灑的洗凈液體逆向接觸,將氣體中污染物質洗除,尾氣通過塔頂排放。噴灑液體為蒸氨廢水,吸收污染物后洗滌液,由泵送回澄清槽。該裝置主要設備有排氣洗凈塔、排氣風機、焦油渣箱密封裝置等,工程總占地面積約為32m2,投資約120萬元。目前項目正在施工中。

2.5脫硫廢液

2.5.1問題的由來

我廠兩套煤氣凈化系統均采用HPF脫硫工藝生產熔融硫。該工藝具有投資省、脫硫效率高、生產成本低等優點,是比較理想的脫硫工藝,但是在HPF脫硫過程中會產生副鹽累積,為了維持脫硫效果,不得不定期排放少量脫硫廢液。目前我廠脫硫所產生的廢液全部送入備煤系統返回焦爐重新利用,由此帶來了一系列問題:廢液配入煤中,造成煉焦系統硫負荷循環累積,也影響焦炭質量;大量含水廢液配入煤中,增加了煉焦耗熱量;脫硫廢液送到備煤系統,導致皮帶機、電纜、布料車、加煤車等嚴重腐蝕;由于噴灑不均或雨季煤吸收能力下降,煤場積液嚴重,一旦下雨即會污染排水系統,已成為我廠最大的污染源。

2.5.2方案的探討

目前國內有200多套HPF脫硫工藝,均受困于脫硫廢液問題而開工不足。現多數同行廢液處理以煤場噴灑和配煤滴加為主,其弊端如前所述,是為下下策。另一種做法是采取提鹽處理,提出廢液中的鹽類產品,清液返回系統。由于其產品硫氰酸鹽國內外市場容量有限,需求量小,將來產品極易積壓成為新的無法處理的固體廢棄物,且提鹽處理動力消耗高環境差。經過考察,了解到寶鋼三期1997年引進的大阪煤氣公司FRC脫硫及制酸工藝可較好地解決廢液問題。該工藝以脫硫液再生得到的硫磺及含有副鹽的脫硫廢液為原料生產濃硫酸。十多年來,裝置運行可靠穩定,現場環境較好,沒有二次污染,尾氣經洗滌后SO2約80ppm,NOx一般在60-70ppm。且最終產品為最常用化工原料濃硫酸。如果我廠采用這套工藝,不僅可解決脫硫廢液這一環保難題,同時可取消熔硫,將硫泡沫(目前我廠用來熔硫,不僅蒸汽消耗大,約2-3t/h,而且因所得硫磺品味低,產量少,銷售困難,運輸、貯存不安全且價格極低)和脫硫廢液一起用于生產我廠所需的濃硫酸。每年可得到產品94%-98%濃硫酸15000t和副產品蒸汽(2.5MPa;4t/h)。按2008年我廠硫銨工序消耗濃硫酸約17000t計算,可基本實現濃硫酸自給,且能節約熔硫蒸汽消耗,具有很大的經濟價值。2008年,我廠聯合中冶焦耐、江蘇科瑞和寧波科新三家公司在消化寶鋼FRC煤氣脫硫制酸工藝技術的基礎上合作研發了針對我廠的脫硫廢液濃縮制酸工藝,已通過公司組織的可行性論證。論證認為該方案技術上和經濟上可行,有望徹底地解決HPF工藝遺留問題,符合國家循環經濟政策和環保要求。新研發脫硫廢液濃縮制酸工藝由原料處理、焚燒、凈化、轉化、吸收、洗凈等幾部分組成:含硫漿液經離心分離、濃縮、霧化、燃燒,生成含SO2、N2、H2O、CO2等的煙氣。煙氣送廢熱鍋爐回收熱量,再進行增濕、冷卻、洗滌、干燥處理,在轉化器中將SO2轉化為SO3,最終用94%-98%濃硫酸吸收得成品濃硫酸。目前焦化行業對硫漿和脫硫廢液的處理還缺乏有效的手段,以硫漿為原料制硫酸是解決硫漿和硫鹽污染的一個很好的方向。

3結束語

3.1焦化生產以煤為原料,是污染排放大戶。染因子多,毒性大,治理難。

3.2隨著環保要求的日益提高,環保問題的治理需要加大投入力度,需要持續的努力。

3.3投產幾年來,我廠針對廢氣、廢液、廢渣等環保難題,加大投入,不斷改進,除文中提出的部分項目外,還有建設煤場擋墻、進行皮帶通廊的封閉、改進除塵裝置的布袋和管道等等。

3.4經過幾年來的努力,我廠焦化主要污染源得到了有效控制,整體的環境保護水平在國內同行中處于較好水平。