劉 平

(攀鋼釩煤化工廠,四川攀枝花 617023)

焦化工序工業(yè)水“零”直排設計

劉 平

(攀鋼釩煤化工廠,四川攀枝花 617023)

本文結合煤化工廠工業(yè)水節(jié)水實踐,分析了焦化工序工業(yè)水“零”直排工藝設計要點,提出了實現(xiàn)煤化工廠工業(yè)水“零”直排的改進措施。

焦化工序 工業(yè)水 “零”直排 設計

1 前言

焦化工序工業(yè)水的“零”直排從運行管理經驗上可理解為水系統(tǒng)具有較高的循環(huán)率,對于循環(huán)過程中因濃縮倍數(shù)升高或工藝條件限制而不得不排除的廢水實施資源化利用,最終達到向水體不排放廢水的目的。

實現(xiàn)焦化工序工業(yè)水“零”直排目標是焦化行業(yè)構建循環(huán)經濟發(fā)展模式的重要標志之一,符合科學發(fā)展觀的要求。焦化行業(yè)的節(jié)水工作應從系統(tǒng)規(guī)劃、過程控制、末端治理、大小循環(huán)結合等多種措施來提高工業(yè)水的循環(huán)使用率,最終實現(xiàn)工業(yè)水的“零”直排。攀鋼煤化工廠在這方面做了有益的探索和實踐。本文結合煤化工廠節(jié)水工作實際,提出了實現(xiàn)焦化企業(yè)工業(yè)水“零”直排的相關措施和建議。

2 煤化工廠工業(yè)水系統(tǒng)簡介

煤化工廠具備年產354萬噸焦炭、煤焦油18萬噸、輕苯5萬噸、焦爐煤氣處理量21萬Nm3/h的加工處理能力及配套相應的HSB+A/O焦化廢水處理裝置。煤化工廠工業(yè)水系統(tǒng)主要是為滿足煤焦和化產系統(tǒng)的各生產環(huán)節(jié)的用水需求。煤化工廠現(xiàn)有一、二系初冷循環(huán)水系統(tǒng)、精苯循環(huán)水系統(tǒng)和在建的新3#、4#焦爐區(qū)循環(huán)水系統(tǒng),系統(tǒng)的循環(huán)水總量為13500 t/h。建有3×550萬Kcal/h制冷站一座及配套的制冷循環(huán)水系統(tǒng)。

經過多年的攻關,新水消耗從1995年的3200 t/h逐步下降到現(xiàn)在的1000 t/h以內,水的復用率從50%上升到了現(xiàn)在的94%,取得了巨大的經濟效益和社會效益。煤化工廠現(xiàn)工業(yè)水系統(tǒng)水平衡見圖1。

3 煤化工廠節(jié)水工作的實踐和探索

3.1 對水系統(tǒng)進行科學合理的規(guī)劃,界定水質概念,按工序工藝要求實施工業(yè)水的分質、分段、分類使用。

按水質分類,分為新水系統(tǒng)、凈環(huán)水系統(tǒng)、濁環(huán)水系統(tǒng)、中水回用系統(tǒng)。其水質評價標準是以懸浮物為顯性評價指標。各水質來源及水質指標及用戶分布如表1。

表1 煤化工廠水質分類表

凈循環(huán)水系統(tǒng)分為高溫循環(huán)水系統(tǒng)、中溫循環(huán)水系統(tǒng)、低溫循環(huán)水系統(tǒng)。各循環(huán)水系統(tǒng)水溫分類及用戶如表2。

表2 凈循環(huán)水水溫分類表

3.2 提高涼水塔制冷能力,擴大循環(huán)水使用量

在2005年以前,隨著生產規(guī)模的擴大和工藝溫度的要求越來越高,而相應的制冷降溫設施不配套,涼水塔制冷效率低,為此不得不補充新水來保證生產,由此帶來了“大補大排”的問題,水資源的利用率極低。2005年煤化工廠結合新1#、2#焦爐易地大修建設,對一系初冷涼水塔在原地進行了擴能改造建設,按工藝要求,初冷工序循環(huán)水需求量為6000 t/h,但為了進一步提高水的復用率,我們經過深入分析和考察,要求將設計循環(huán)水量提高至8400 t/h,采用高效霧化帶填料式樣涼水塔。通過擴大循環(huán)水量設計,將精制焦油洗滌和新1#、2#焦爐生產用水納入循環(huán)水系統(tǒng),為此全廠節(jié)約新水近500 t/h。

在工業(yè)水的運行平衡過程中,因深冷工序使用工業(yè)新水而導致的水量不平衡,是造成工業(yè)水直排的主要原因之一。2006年前,在高溫季節(jié),為保生產指標要求,煤化工廠的引進單元深冷、煤氣終冷深冷、焦油結晶系統(tǒng)等不得使用約800 t/h新水冷卻,使用后的新水約300 t/h分補入循環(huán)水系統(tǒng),其余500 t/h直排,造成了較大浪費。針對此問題,煤化工廠在2006年新建了三臺蒸汽型溴化鋰制冷機,單臺制冷量為550萬KCaL/h,共生產16℃低溫水1500～1900 t/h,將煤氣終冷深冷、洗苯深冷、蒸氨深冷等工序全部納入低溫循環(huán)水系統(tǒng)。低溫循環(huán)水系統(tǒng)的投運減少直排水約300 t/h。

3.3 改善和穩(wěn)定水質,合理控制濃縮倍數(shù)

煤化工廠新水由動力廠供給,供應的工業(yè)水懸浮物指標為≤30 mg/L,按照有關標準規(guī)定,冷卻設備工業(yè)水懸浮物要求≤20 mg/L,但實際運行中新水懸浮物經常在20～50 mg/L,洪水期更高達80 mg/L。由于新水懸浮物和堿度高,導致循環(huán)水涼水塔噴頭頻繁堵塞、換熱器結垢腐蝕嚴重,為維持簡單生產,不得不采用大補大排的運行方式來維持循環(huán)水水質,同時與工藝問題相互影響,形成惡性循環(huán)。針對上述問題,實施了一系列改善水質的技術改造:

1993年在二系初冷循環(huán)水系統(tǒng)新建了2臺120 t/h重力式無閥旁濾池,過濾效率達75%以上,過濾后循環(huán)水懸浮物含量小于5 mg/L,明顯改善了水質,延緩了初冷及引進單元換熱設備的結垢及腐蝕速率。

為保證初冷循環(huán)水系統(tǒng)持續(xù)做到阻垢、緩蝕和滅菌,根據攀鋼水質和各設備材質,在靜態(tài)試驗、平行試驗的基礎上選配和投加水質穩(wěn)定劑,2004年回收二系初冷循環(huán)水系統(tǒng)新建了自動投加藥裝置并實行了專業(yè)化托管,實現(xiàn)了規(guī)范和合理投加。投加水穩(wěn)劑后效果明顯:緩減了初冷器本體腐蝕,節(jié)省了大量維修費用。初冷器一段效率大大提高,不僅節(jié)約了大量的新水,更重要的是為煤氣凈化和輸送提供了保證。

上述措施的實施,實現(xiàn)了各循環(huán)水系統(tǒng)的常態(tài)化閉路循環(huán),濃縮倍數(shù)穩(wěn)定在2.5～3.0。

3.4 生產工藝的改進和參數(shù)的優(yōu)化是系統(tǒng)節(jié)水的重要保障

煤化工廠在多年的節(jié)水管理實踐中強烈感受到了生產參數(shù)的優(yōu)化是系統(tǒng)節(jié)水的重要保障,通過采取技術改造和管理措施,先后對煤氣初冷、AS脫硫洗氨、終冷、粗苯和設備冷卻參數(shù)進行了優(yōu)化和規(guī)范。如通過在煤氣處理工序設置油洗萘塔,初冷器煤氣集合溫度由原來工藝要求的19℃提高到了28℃,初冷器深冷段由原先使用新水改為使用25℃的終冷循環(huán)水,節(jié)約新水消耗約550 t/h。又如通過在二系煤氣處理工序設置了終冷堿洗工藝,原AS脫硫洗滌介質深冷溫度由設計的22℃提高到了26℃,減少新水消耗約150 t/h;此外我們還對全廠設備的冷卻溫度進行了嚴格控制,要求溫度控制在工藝安全要求溫度±5℃范圍內,也取得較好的節(jié)水效果。

3.5 冷熱工藝介質充分熱交換,減少循環(huán)水消耗

為避免氣阻、減緩設備結垢腐蝕速率,循環(huán)水只適宜冷卻80℃以下的介質,對于介質溫度較高的,應采取工藝冷熱介質充分熱交換的工藝,減低水冷介質溫度。如煤化工廠的粗苯蒸餾工序中,經洗苯過來的冷富油進入油氣換熱器,利用脫苯塔頂出來的粗苯蒸汽預熱至70-80℃后,再進入貧富油換熱器與180℃的熱貧油換熱到130-140℃,進入脫水塔進行脫水作業(yè)。工藝介質的熱交換,不但節(jié)約了貧油冷卻水量,而且還減少了洗苯富油脫苯加熱蒸汽消耗,一舉兩得。同樣的實例在脫酸蒸氨、工業(yè)萘蒸餾和干熄焦的工藝過程中得到了廣泛的應用。

3.6 大力推廣和實施干法熄焦、干法除塵等節(jié)水型工藝

在煤化工廠的三期焦爐工程建設中,采用了干法熄焦和干式除塵工藝,同傳統(tǒng)工藝相比,相應焦爐噸焦水耗可降低0.64 t/t焦,還回收利用了0.5～0.6 t/t焦的高品質余熱蒸汽資源,避免了水污染與大氣污染相互轉移的矛盾。

3.7 合理選用換熱和制冷設備,實現(xiàn)低耗高效

在涼水塔的建設和改造中,我們的涼水塔選用霧化帶壓噴頭+不銹鋼填料層+風機的運行工藝。同以往的濺水式不帶壓噴頭涼水塔相比,具有布水均勻、噴頭不易堵塞、制冷效率高、低溫季節(jié)可停運風機等優(yōu)點。

在換熱設備的選型上,我們優(yōu)選板式換熱器,它具有傳熱系數(shù)高、結構緊湊等優(yōu)點,針對其易堵塞的缺點,通過設置清掃措施和規(guī)范管理等措施進行定期清掃和監(jiān)測,確保換熱效率。

3.8 合理利用余熱蒸汽資源,實施工業(yè)溴化鋰制冷技術

2006年煤化工廠新建了三臺溴化鋰制冷機和相應的低溫循環(huán)水系統(tǒng),總制冷量為1650萬KCaL,以攀鋼的余熱蒸汽為熱源,制出16℃低溫水約1500～2100 t/h,通過管網優(yōu)化運行,將煤氣終冷、洗苯深冷和蒸氨深冷等工序納入低溫循環(huán)水系統(tǒng),有效改善了工藝工況,減少新水消耗約200 m3/h。近兩年的實踐表明雙效蒸汽型溴化鋰制冷機具有制冷效率高、運行穩(wěn)定、操作控制簡單和設備維護費用低等優(yōu)點。

同時在制冷機的工藝設計上,我們實現(xiàn)了高溫季節(jié)運行制冷機,冬季停運制冷機,將制冷機負荷轉移到制冷涼水塔冷卻。

3.9 實施大小循環(huán)相結合的水系統(tǒng)運行模式和新水的串級使用方式

水系統(tǒng)的大小循環(huán)是一個相對概念。我們把廠內或工序內部的循環(huán)稱為“小循環(huán)”,對于因工藝且缺陷和環(huán)境條件限制而導致直排的工業(yè)水進入攀鋼原水或凈化系統(tǒng),實現(xiàn)公司內部的再生利用稱為“大循環(huán)”。

在水系統(tǒng)的運行管理上,著重內部挖潛,以實現(xiàn)系統(tǒng)的“小循環(huán)”為目標。先后實施了化產車間冬季工業(yè)水零直排改造、精苯水系統(tǒng)閉路循環(huán)改造、煤焦系統(tǒng)廢水集中收集沉淀后回用等改造措施,效果十分明顯。在夏季,由于氣溫較高、低溫循環(huán)水量不能滿足生產要求,大量新水補充導致系統(tǒng)失衡,通過管網改造,我們將這部份水量送入攀鋼能動中心軌梁水站和焦化水站,實現(xiàn)再生利用;對于生化廢水,采用了HSB+OA處理工藝,處理后的廢水送至攀鋼環(huán)業(yè)公司生產用水,實現(xiàn)濁水資源的再用。

對于煤氣鼓風機、備煤粉碎機和干熄焦等對水質和安全性要求較高的工序和設備,我們使用高質新水作為冷卻用水,經冷卻后的回水進入循環(huán)水系統(tǒng)作為補水,實現(xiàn)串級使用。

3.10 進一步完善了水系統(tǒng)的計量和監(jiān)控措施,實施水量的定額考核管理

自2000年以來,煤化工廠對全廠的水系統(tǒng)一、二、三級計量不斷進行了完善,現(xiàn)所有外供新水全部實現(xiàn)了一級計量和在線監(jiān)控。對車間和重要工序的工業(yè)水計量實現(xiàn)了二級計量,計量措施的完善為節(jié)水工作的開展提高了良好的基礎。

在節(jié)水管理上,自2006年起實施了定額考核管理辦法,超量部分按新水單價的2～10倍進入所在單位成本,有效促進了各單位節(jié)水工作的開展。

3.11 對循環(huán)水系統(tǒng)實施專業(yè)化托管的運作模式,完善水質監(jiān)測和換熱設備監(jiān)控措施

借鑒先進企業(yè)的管理經驗,煤化工廠自2004年起對循環(huán)水系統(tǒng)實行了專業(yè)化托管的運作模式,專業(yè)化公司對藥劑配比、水質監(jiān)控及預警、前瞻性技術服務等開展專業(yè)化服務工作,有效保證了循環(huán)水系統(tǒng)水質和換熱設備的穩(wěn)定運行率。

將換熱設備的監(jiān)測管理納入生產工藝過程控制管理,定時監(jiān)測換熱設備換熱效率、定期清透。

4 煤化工廠工業(yè)水系統(tǒng)存在問題

煤化工廠工業(yè)節(jié)水雖取得了巨大的成績,但系統(tǒng)還存在約200～300 t/h的直排工業(yè)水量,煤氣初冷集合溫度高出工藝要求溫度4～8℃。

5 煤化工廠工業(yè)水系統(tǒng)“零直排”工藝設計

我們將全廠工序分為備煤、煉焦、煤氣冷凝鼓風、煤氣終冷洗苯工序、蒸氨、粗苯蒸餾工序、精制焦油、精苯蒸餾工序、非生產用水。對于工序用水按照分質、分類和分段原則、就進原則和工藝互補的原則進行工藝設計。

5.1 備煤工序用水

備煤生產用水主要為粉碎機冷卻用水、煤場抑塵等用水。

備煤粉碎機耦合器油溫工藝控制要求小于45℃,工藝上可選用中溫凈循環(huán)水。結合新3#、4#焦爐新建300 t/h中溫循環(huán)水系統(tǒng)建設工程,將備煤一系粉碎機冷卻水納入該循環(huán)水系統(tǒng),水量消耗約為70 t/h。備煤二系粉碎機就近納入回收一系初冷循環(huán)水系統(tǒng),使用量約為50 t/h,備煤粉碎機工業(yè)水可實現(xiàn)“零”直排。

煤場抑塵噴灑用水為非連續(xù)性用水,對水質要求較低,可利用濁水資源。就近利用新3#、4#焦爐上升管水封回水資源,經集中收集后供應煤場除塵呢和環(huán)境清掃使用。

5.2 煉焦工序用水

煉焦工序用水主要為焦爐上升管、裝煤推焦除塵風機冷卻用水、干熄焦設備冷卻用水。

焦爐上升管用水主要功能是水封,對水質要求較低,水量約為10 t/h,可利用就進循環(huán)水系統(tǒng)的排污置換水作為水源,使用后回水送入備煤工序作為煤場除塵、環(huán)境清掃等使用。

推焦裝煤除塵設備工藝溫度要求為小于55℃,工藝上優(yōu)先使用中溫凈循環(huán)水資源,水量約為120 t/h,將工序用水納入就近循環(huán)水系統(tǒng)。

干熄焦設備冷卻主要集中于干干熄焦鍋爐給水泵、強制循環(huán)水泵、環(huán)境除塵風機等,設備工藝溫度要求小于55℃,同樣可就近納入區(qū)域循環(huán)水系統(tǒng),實現(xiàn)閉路循環(huán)。考慮系統(tǒng)的安全性要求極高,工業(yè)新水作為備用冷卻水。

培養(yǎng)學生自主學習能力，是現(xiàn)代教育對教師教學的基本要求。就小學語文朗讀教學而言，僅僅依靠有限的課堂教學時間，是難以取得好的教學效果的。因此，小學語文教師要本著“學生主體”的教育思想，將朗讀訓練延伸到課前預習、課后復習環(huán)節(jié)，通過自主朗讀訓練的開展，激發(fā)學生朗讀興趣，促進學生語言表達能力的提升。首先，預習環(huán)節(jié)的朗讀訓練。在課前預習環(huán)節(jié)，教師要指導學生大膽、大聲朗讀，熟悉文本的生字詞，能夠結合自己的理解，有感情朗讀，促使學生語感的形成。其次，在復習環(huán)節(jié)，學生要結合教師在課堂教學中的指導進行自主朗讀，改正自己在預習朗讀中存在的問題，使自己的朗讀更加完善，促進學生朗讀能力的提升。

5.3 煤氣冷凝工序

一系循環(huán)氨水泵和鼓風機冷卻水使用新水約150 t/h,回水補入一系初冷循環(huán)水系統(tǒng)。

一系初冷分三段冷卻,一段使用脫硫循環(huán)液冷卻水(高溫循環(huán)水)、二段使用中溫循環(huán)水、三段使用低溫循環(huán)水。

二系初冷分兩段冷卻,一段使用中溫循環(huán)水、二段使用低溫循環(huán)水。

5.4 煤氣終冷、洗苯工序

煤氣終冷分上下段冷卻,下段循環(huán)冷卻約使用循環(huán)水冷卻、上段循環(huán)液使用低溫循環(huán)水冷卻、洗苯深冷使用低溫循環(huán)水冷卻。

5.5 煤氣脫硫

真空碳酸鹽脫硫循環(huán)液采用兩段冷卻,一段使用中溫循環(huán)水冷卻,冷卻后回水送入回收一系初冷一段串級使用,二段使用低溫循環(huán)水冷卻。

5.6 蒸氨工序

蒸氨工序首先應采用工藝介質換熱,將冷液介質溫度降至80℃以下時,再用工業(yè)水進行分段冷卻,可按三段冷卻來設計,一段使用高溫循環(huán)水、二段使用中溫循環(huán)水、三段使用低溫循環(huán)水。

5.7 粗苯蒸餾工序

粗苯蒸餾工序首先應采用工藝介質換熱,將貧油溫度降至90℃以下時再采用水冷,實施高、中、低問段分段冷卻,分別使用高、中、低溫循環(huán)水資源。

5.8 精制焦油工序

精制焦油工序工藝冷卻溫度變化較大,從20～240℃不等。在工藝設計上應充分考慮工藝介質的冷熱交換后使用高中溫循環(huán)水分段冷卻、各結晶機系統(tǒng)使用工業(yè)新水,回水系統(tǒng)作為補充水;對于瀝青鏈板機應側重使用循環(huán)濁水資源,濁水溫度控制在40℃以下,回水冷卻方式可采用自然冷卻或強制制冷。

在水量的設計上,應按回水溫度小于45℃設計,緩減高溫帶來的結垢腐問題。

5.9 精苯工序

精苯冷卻油溫要求從約100℃冷卻到35℃以下,應先采用分段冷卻。一段使用循環(huán)水資源冷卻至45℃以下,二段用新水冷卻,冷卻后回水送入生化廢水處理工序作為稀釋水。

5.10 非生產工序用水

非生產工序用水主要集中于綠化用水,應優(yōu)先考慮使用經處理后的生活污水或再次利用水。

根據上述工藝思路,我們對全廠的工序用水水量進行了計算。計算結果如表3。

表3 全廠工序用水水量計算表

通過上述計算,實現(xiàn)焦化工序的零直排關鍵是提高水系統(tǒng)的循環(huán)率,其中需高溫循環(huán)水11757 t/h、中溫循環(huán)水5700 t/h、低溫循環(huán)水2840 t/h。按照攀枝花地區(qū)敞開式循環(huán)水系統(tǒng)3%～4%的蒸發(fā)排污損失率計,實現(xiàn)工業(yè)水“零”直排時,全廠的新水消耗量為523～698 t/h。

目前煤化工廠的高溫循環(huán)水系統(tǒng)的運行能力為13500 t/h、中溫循環(huán)水系統(tǒng)的能力為3200 t/h、低溫循環(huán)水的供應能力為2100 t/h,工業(yè)水“零”直排的工藝障礙是中溫循環(huán)水和低溫循環(huán)水量嚴重不足,針對此問題煤化工廠已開始著手制冷站的擴能改造工作工作,計劃新建一臺550萬KCaL/h溴化鋰制冷機,全廠制冷機組及配套系統(tǒng)滿足全廠生產3000 t/h低溫水的能力。

通過制冷站擴能改造和管網優(yōu)化運行改造后,煤化工廠工業(yè)水系統(tǒng)水量平衡圖如圖2。

6 焦化工序工業(yè)水“零”直排工藝設計建議

在新建焦化工程設計中,工業(yè)水的“零”直排是設計中的重要思想和能環(huán)評價中的重要標志之一。本文結合攀鋼煤化工廠實際,提出了以下設計建議:6.1 應根據工藝用水要求分質、分類、分段用水。對于煤焦工序,抑塵、水封使用循環(huán)水系統(tǒng)置換排污的濁環(huán)水資源,焦爐配套除塵和干熄焦用水應就近納入區(qū)域中(高)溫循環(huán)水系統(tǒng);化產工序的用水應分段使用,根據溫度要求合理分配高、中、低溫循環(huán)水資源,實現(xiàn)閉路循環(huán)工藝。

6.2 完善的清污分流措施是提高水資源重復利用率的重要保證。設計中應將生產廢水、生活污水、酚水的排水系統(tǒng)徹底分離。

6.3 擴大循環(huán)水量,盡可能使用循環(huán)水資源,工業(yè)新水僅作為系統(tǒng)的蒸發(fā)排污補充水,對于余熱蒸汽量較為充足的企業(yè),盡可能實施工業(yè)化的蒸汽溴化鋰制冷技術、深冷負荷盡量使用低溫循環(huán)水,制冷機的進出水溫要確保穩(wěn)定,必須制冷機出水水溫波動帶來的惡性循環(huán)。

6.4生產工藝應選用短流程低水耗工藝,合理選擇工藝參數(shù),工藝上應充分考慮冷熱工藝介質的熱交換,降低循環(huán)水消耗。

6.5 應適度提高涼水塔制冷設計能力,部分循環(huán)水可實現(xiàn)串級使用。

6.6 選用高效換熱設備和制冷涼水塔。

6.7 對于如鼓風機、干熄焦等設備冷卻用水可采用新水冷卻后再送入循環(huán)水系統(tǒng)作為補水。

6.8 選用合適的水質穩(wěn)定劑和水質監(jiān)測系統(tǒng)。

6.9 水系統(tǒng)運行工藝按冬、夏季運行方式進行設計。

6.10 對于鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中的已建焦化企業(yè),工業(yè)水存在直排水的,工藝上可采用大小循環(huán)相結合的改造和運行方式,將未平衡水量送入公司大系統(tǒng)進行調節(jié)和再生使用。

6.11 對于焦化廢水進行處理后納入大循環(huán)水系統(tǒng)的濁水系統(tǒng)。

COKING PROCESS OF INDUSTRIAL WATER"ZERO"STRAIGHT LINE DESIGN

Liu Ping
(Panzhihua Iron and Steel Group,Panzhihua Steel and Vanadium Co,Ltd.Coal Chemical Plant,Panzhihua,Sichuan 617023,China)

In this paper,coal-chemical industrial water-saving practices,analyzed the coking process of industrial water,"zero"points straight row of process design is proposed coal-chemical industrial water to achieve"zero"straight row of improve ment measures.

Coking process,Industrial water,"Zero"straight line,design

2010-03-04

劉平,男,生產技術(安全環(huán)保)科副科長。