陳 鵬 1 ，許紅英 2

( 1．唐山鋼鐵集團(tuán)有限公司總工辦，河北 唐山 063016; 2．唐山科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院冶金工程系，河北 唐山063001)

摘 要: 介紹了唐鋼焦化廠各個(gè)工序的生產(chǎn)情況及所采用的多項(xiàng)環(huán)保技術(shù)，詳細(xì)說(shuō)明了各項(xiàng)環(huán)保技術(shù)的應(yīng)用效果，對(duì)生產(chǎn)中尚存在的一些問(wèn)題進(jìn)行了分析，并提出了焦化生產(chǎn)也可以實(shí)現(xiàn)綠色生產(chǎn)的新概念。

關(guān)鍵詞: 焦化; 環(huán)保; 技術(shù); 綠色生產(chǎn)

1 引言

眾所周知，焦化行業(yè)屬于傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵、廢氣、廢水、廢渣等污染物，如果治理不徹底，會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境。同時(shí)，焦炭是高爐煉鐵的基本燃料，在高爐煉鐵過(guò)程中起料柱、還原劑和燃料三種作用，具有不可替代性。有鑒于此，對(duì)焦化生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行環(huán)保升級(jí)，大幅度降低甚至是消除其生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的多種污染物，將焦化生產(chǎn)過(guò)程轉(zhuǎn)變?yōu)榍鍧嵕G色生產(chǎn)，成為焦化企業(yè)和鋼鐵企業(yè)的必然要求。

唐山鋼鐵集團(tuán)有限公司焦化廠目前擁有 2×65孔 JNX3-70-1 型寬碳化室焦?fàn)t一組; 190 t/h 干熄焦系統(tǒng)一套; 煤氣凈化裝置一套; 并配備有相對(duì)應(yīng)的配煤篩焦系統(tǒng)及輔助生產(chǎn)系統(tǒng)，具備年產(chǎn)焦炭 150萬(wàn) t，煤焦油5．4 萬(wàn) t，粗苯1．8 萬(wàn) t，外供焦?fàn)t煤氣3．1億 m ³ ，發(fā)電 1．53 億 kWh 的生產(chǎn)能力。

2 焦化生產(chǎn)各作業(yè)區(qū)現(xiàn)狀

2．1 備煤

備煤作業(yè)區(qū)日處理洗精煤( 濕煤) 6 200 t，包括全密封式解凍庫(kù)、密封式火車(chē)、汽車(chē)洗精煤受卸系統(tǒng)、儲(chǔ)配一體化煤倉(cāng)、煤料粉碎系統(tǒng)、運(yùn)煤系統(tǒng)、焦?fàn)t煤塔等。外來(lái)煤炭主要采用火車(chē)運(yùn)輸，進(jìn)入密封式火車(chē)受卸系統(tǒng)后，通過(guò)兩臺(tái)螺旋卸煤機(jī)卸入受煤坑，再由密封皮帶通廊，按照煤種和礦點(diǎn)劃分，分別裝入12 個(gè)儲(chǔ)量 1 萬(wàn) t 的儲(chǔ)配一體化煤倉(cāng)。煤倉(cāng)下部設(shè)有電子稱(chēng)自動(dòng)配煤系統(tǒng)，各個(gè)煤種按照給定配比配煤，配合煤經(jīng)粉碎機(jī)粉碎后，由皮帶運(yùn)輸機(jī)裝入焦?fàn)t煤塔。整個(gè)煤炭的受卸、配煤過(guò)程，無(wú)煤炭落地和露天作業(yè)，限制了備煤系統(tǒng)的粉塵產(chǎn)生和排放。

2．2 煉焦

煉焦作業(yè)區(qū)焦?fàn)t為 JNX3-70-1 型寬碳化室 7 m焦?fàn)t，采用 2．1 推焦串序操作，焦?fàn)t四大車(chē)設(shè)置四車(chē)連鎖，一次對(duì)位操作。焦?fàn)t裝煤車(chē)為除塵裝煤車(chē)，推焦車(chē)和欄焦車(chē)設(shè)置有集塵系統(tǒng)、爐門(mén)自動(dòng)清掃系統(tǒng);焦?fàn)t爐門(mén)為新型彈簧刀邊爐門(mén)，限制了碳化室在結(jié)焦期間的煙塵逸散。此外，焦?fàn)t燃燒室的三段式加熱系統(tǒng)和廢氣循環(huán)，拉長(zhǎng)了焦?fàn)t燃燒室的火焰長(zhǎng)度，控制了火焰溫度，提高了焦?fàn)t長(zhǎng)向和高向加熱的均勻性，再通過(guò)加強(qiáng)焦?fàn)t生產(chǎn)管理，嚴(yán)格焦?fàn)t操作制度，確保焦?fàn)t生產(chǎn)穩(wěn)定有序。

2．3 煤氣凈化

煤氣凈化作業(yè)區(qū)設(shè)置煤氣處理能力72280m ³/h的煤氣凈化裝置一套，配套2×65孔 JNX3－70－1焦?fàn)t的生產(chǎn)能力。整個(gè)系統(tǒng)包括:冷凝鼓風(fēng)單元( 初冷器、電捕焦油器、煤氣鼓風(fēng)機(jī)和焦油氨水分離系統(tǒng)) 、蒸氨單元、硫銨單元、終冷洗苯單元、脫硫單元、粗苯蒸餾單元和油庫(kù)單元等。焦?fàn)t煤氣凈化后，煤氣中的H₂S含量≤25 mg/m ³，NH ₃含量≤35mg/m ³焦油含量≤0．02 g/m ³ 。剩余焦?fàn)t煤氣再經(jīng)過(guò)深度凈化后，作為 LNG 合成原料氣或冷軋系統(tǒng)用的潔凈燃料。

2．4 干熄焦

干熄焦作業(yè)區(qū)配備處理能力 190 t/h 的干熄焦系統(tǒng)，包括干熄爐、干熄焦鍋爐、25 MW 抽氣凝氣發(fā)電機(jī)組及相應(yīng)的鍋爐給水系統(tǒng)。干熄焦系統(tǒng)與焦?fàn)t同期投產(chǎn)，投產(chǎn)以來(lái)一直保持良好的運(yùn)行狀態(tài)，使焦炭質(zhì)量得到明顯改善。生產(chǎn)實(shí)踐表明，與水熄焦相比，干熄焦 M 40 提高 3%，M 10 降低 0．5% ～0．8%，CSＲ提高 2%。

3 主要環(huán)保技術(shù)的應(yīng)用

3．1 完善的除塵系統(tǒng)

在焦化生產(chǎn)過(guò)程中，備煤、焦?fàn)t、干熄爐及篩焦過(guò)程中均會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵，不僅污染環(huán)境，還會(huì)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)操作者產(chǎn)生健康危害。為解決上述問(wèn)題，唐鋼焦化在整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)中，配備了完善的除塵系統(tǒng)，全廠共設(shè)置了十一套除塵系統(tǒng)，使焦化生產(chǎn)過(guò)程中的煙塵排放達(dá)到完善、有序、可控、達(dá)標(biāo)^［1］。

在備煤作業(yè)區(qū)，除了采用密閉式皮帶通廊和儲(chǔ)

配一體化煤倉(cāng)防止煤塵散逸外，還在配煤粉碎機(jī)設(shè)置了除塵站，通過(guò)除塵布袋對(duì)粉碎機(jī)產(chǎn)生的煤塵進(jìn)行收集和處理，煤塵返回至裝爐煤中，除塵凈化后的氣體含塵量≤15 mg/m³。

在焦?fàn)t作業(yè)區(qū)，設(shè)置了裝煤車(chē)除塵系統(tǒng); 裝煤、出焦二合一地面除塵站; 推焦車(chē)除塵系統(tǒng); 使焦?fàn)t裝煤、出焦過(guò)程中產(chǎn)生的煙塵在經(jīng)過(guò)凈化后達(dá)到≤30mg/m³的水平。

在干熄焦作業(yè)區(qū)，設(shè)置干熄焦地面除塵站。熄焦罐頂部、循環(huán)風(fēng)機(jī)放散口、排焦口，排焦口皮帶機(jī)處的煙塵與干熄爐一二次除塵器的煙氣混合降溫后，經(jīng)地面除塵站除塵處理，使排出氣體的含塵濃度≤30 mg/Nm³。

在運(yùn)焦、篩焦作業(yè)區(qū)，針對(duì)焦炭緩沖倉(cāng)設(shè)置脈沖袋式除塵器; 兩個(gè)運(yùn)焦轉(zhuǎn)運(yùn)站設(shè)計(jì)兩個(gè)獨(dú)立的脈沖袋式除塵器; 在篩焦樓，分別設(shè)置上部裝焦與下部放焦兩套獨(dú)立的機(jī)械式脈沖袋式除塵器，使整個(gè)運(yùn)焦、篩焦系統(tǒng)的煙塵排放量≤15 mg/m³。

此外，在煤焦制樣室，還設(shè)置了獨(dú)立的脈沖袋式除塵系統(tǒng)，使煤焦制樣過(guò)程中的煙塵排放≤30mg/Nm³。

3．2 干熄焦技術(shù)

濕法熄焦會(huì)將大量的熄焦蒸汽直接排入大氣，蒸汽中含有酚、氫、硫化氫、粉塵等多種污染物。此外，濕法熄焦還會(huì)讓紅焦與水發(fā)生部分水煤氣反應(yīng)，使焦炭的氣孔結(jié)構(gòu)、冷熱強(qiáng)度等變差，影響焦炭質(zhì)量。唐鋼焦化根據(jù)焦?fàn)t生產(chǎn)能力，裝備了處理量190 t/h的干熄爐，同時(shí)配套蒸汽壓力9.81 MPa的高溫高壓干熄焦鍋爐及 25 MW 抽氣凝氣發(fā)電機(jī)組。系統(tǒng)投產(chǎn)后，噸干熄焦可產(chǎn)生壓力為 9．81 MPa 的蒸汽 0．55～0．6 t，噸焦發(fā)電量達(dá) 128 kWh，不僅回收了紅焦顯熱，減少了環(huán)境污染，還提高了焦炭的質(zhì)量水平。

3．3 焦化廢水處理技術(shù)

唐鋼焦化廢水處理裝置的設(shè)計(jì)處理能力為 80m 3 /h，處理工藝如圖 1 所示。經(jīng)過(guò)處理后的焦化廢水指標(biāo)如表 1 所示。

由表 1 可見(jiàn)，廢水處理系統(tǒng)的出水指標(biāo)達(dá)到了GB 16171－2012 煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)中特別排放限制值的要求。

3．4 焦油渣及廢水處理污泥回配技術(shù)

唐鋼焦化除塵系統(tǒng)回收的煤炭粉塵返回?zé)捊姑合到y(tǒng)，焦炭粉塵回收用于燒結(jié)及球團(tuán)，但焦油渣及焦化廢水處理產(chǎn)生的污泥則難以處理。特別是唐鋼焦化的污泥，因芬頓處理而含有較多的鐵氧化物，灰分高達(dá) 40%。為達(dá)到固體廢棄物零排放的目的，唐鋼焦化建設(shè)了一個(gè)混配系統(tǒng)，將污泥與焦油渣按照 1:20 的比例，與一種平均粒度較小的瘦煤混合均勻，再裝入專(zhuān)用的儲(chǔ)配一體化煤倉(cāng)中，用于煉焦配煤。經(jīng)過(guò)這一方法處理后，焦炭灰分僅上升了 0．05%，焦炭冷熱強(qiáng)度不受影響，但較好的解決了焦油渣及廢水污泥的處理問(wèn)題。

3．5 脫硫廢液提鹽技術(shù)

唐鋼焦化采用PDS為催化劑，以Na₂CO ₃為堿源，采用濕式氧化法對(duì)焦?fàn)t煤氣中的H₂S和HCN進(jìn)行脫除。脫硫后的H₂ S 含量≤25mg/m³。脫硫系統(tǒng)的循環(huán)液經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行后，副反應(yīng)產(chǎn)生的副鹽不斷累積，當(dāng)濃度達(dá)到200 g/L時(shí)，會(huì)嚴(yán)重影響脫硫效率。脫硫廢液中的副鹽主要成分為: Na₂S₂O₃ : 150～200 g/L; NaSCN: 150～200 g/L; Na₂S₄: 30 g/L。為避免脫硫廢液處理不當(dāng)造成環(huán)境的二次污染，唐鋼焦化建設(shè)了脫硫廢液提鹽系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)的工藝流程如圖 2 所示。

與其它粗提鹽工藝不同的是，這一提鹽工藝提取的是精鹽，其中NaSCN鹽的純度達(dá)到 98%以上，Na₂S₂O₃ : 純度99%以上，達(dá)到了該類(lèi)產(chǎn)品的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，既避免了傳統(tǒng)提鹽工藝產(chǎn)生的粗混鹽處理難、易產(chǎn)生二次污染的問(wèn)題，又能變費(fèi)為寶，創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，提鹽后的回用水量達(dá)到70%～75%，兩鹽含量小于1%，可用于新脫硫液的配置，節(jié)約了寶貴的新水資源。

3．6 焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝技術(shù)

唐鋼焦化由于地理位置原因，采用自產(chǎn)的焦?fàn)t煤氣加熱。焦?fàn)t煤氣熱量高，火焰溫度相對(duì)較高，焦?fàn)t立火道中煤氣燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱力型NO_x比使用高爐煤氣或混合煤氣加熱的焦?fàn)t要多，達(dá)到 600～800mg/m³。此外，由于焦?fàn)t串漏等問(wèn)題，導(dǎo)致部分荒煤氣逸散至燃燒室燃燒，使焦?fàn)t煙氣中的SO₂含量也偏高，達(dá)到80～150 mg/m₃。同時(shí)，焦?fàn)t的蓄熱室換熱效果良好，焦?fàn)t煙氣的排放溫度偏低，僅為200～220℃。給焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝技術(shù)的選擇造成了一定的技術(shù)難度。經(jīng)過(guò)詳細(xì)論證，唐鋼焦化的焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝技術(shù)最終選擇了SDA－低溫SCＲ技術(shù)。具體工藝流程如圖 3 所示。

由于采用了低溫降的 SDA 法脫硫和選用了恰當(dāng)?shù)拿撓醮呋瘎拐麄€(gè)脫硫脫硝系統(tǒng)的溫降小于50 ℃，滿(mǎn)足焦?fàn)t生產(chǎn)的煙氣排放溫度要求。脫硫脫硝后，焦?fàn)t煙氣排放設(shè)計(jì)指標(biāo)如表 2 所示，達(dá)到特別排放限值的要求^［1］。該項(xiàng)目預(yù)計(jì)2017年7月底投產(chǎn)。

3．7 VOCS 尾氣收集治理技術(shù)

焦化行業(yè)由于其生產(chǎn)特點(diǎn)，VOC S 尾氣中有機(jī)揮發(fā)性污染物種類(lèi)多，成分復(fù)雜，有些成分如噻吩、酚類(lèi)等具有難聞的氣味，并具有較強(qiáng)的毒害性。有鑒于此，唐鋼焦化采用了 VOC S 尾氣收集治理技術(shù)，對(duì)焦化生產(chǎn)過(guò)程中的多個(gè)產(chǎn)生 VOC S 尾氣的設(shè)備進(jìn)行尾氣的收集治理。這些設(shè)備包括: 鼓冷工段的機(jī)械化澄清槽等各種槽體; 罐區(qū)的焦油、粗苯、洗油等罐體; 粗苯工段的苯槽、洗苯槽等槽體; 硫銨工段的母液槽、結(jié)晶槽、放空槽等槽體。根據(jù)工藝布置情況，共建設(shè)三套尾氣收集治理系統(tǒng)。具體工藝流程如圖4所示。VOC尾氣經(jīng)過(guò)脫油、脫堿性氣體、脫酸性氣體、多級(jí)活性炭吸附強(qiáng)揮發(fā)性有機(jī)物處理后，達(dá)到國(guó)家環(huán)保排放要求^［1-2］。目前該項(xiàng)目正在建設(shè)中。

4 生產(chǎn)中還存在的問(wèn)題與解決措施

4．1 機(jī)焦側(cè)小爐門(mén)煙塵難以控制

在推焦及裝煤、平煤過(guò)程中，機(jī)、焦側(cè)小爐門(mén)在打開(kāi)的瞬間，會(huì)因炙熱的焦炭與爐墻與空氣接觸而產(chǎn)生陣發(fā)性的煙塵。雖然唐鋼焦化的推焦車(chē)及欄焦車(chē)均設(shè)置有小爐門(mén)除塵導(dǎo)煙裝置，但因集塵罩偏小，風(fēng)機(jī)吸力偏低而不能瞬間形成大的負(fù)壓而將煙塵完全吸走。目前針對(duì)這一問(wèn)題，正在研究?jī)?yōu)化集塵罩結(jié)構(gòu)和風(fēng)機(jī)吸力，以控制這一陣發(fā)性煙塵逸散。

4．2 廢水處理設(shè)施的 VOC_s 尾氣需處理

焦化廢水處理過(guò)程中，各種廢水池中的揮發(fā)性有機(jī)酚類(lèi)會(huì)少量逸散，產(chǎn)生難聞氣味。目前正在研究對(duì)廢水處理的各個(gè)水池加蓋并安裝 VOC_s 尾氣處理系統(tǒng)的工藝、技術(shù)可行性。

5 結(jié)語(yǔ)

焦化行業(yè)的生產(chǎn)特點(diǎn)決定了其產(chǎn)生的污染物種類(lèi)多，處理難度大，環(huán)境危害性高。但通過(guò)唐鋼焦化的環(huán)保技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐表明，利用適當(dāng)?shù)纳a(chǎn)工藝及生產(chǎn)裝置優(yōu)化，同時(shí)針對(duì)焦化生產(chǎn)中產(chǎn)生的各類(lèi)污染物運(yùn)用恰當(dāng)?shù)沫h(huán)保新技術(shù)進(jìn)行治理，這些污染物也是可控、可治理的，甚至按照最嚴(yán)格的特別排放限值要求，也可實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，使整個(gè)焦化生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)綠色生產(chǎn)。