杜生強(qiáng)

（新疆八一鋼鐵股份有限公司煉鐵廠）

1 前言

化工尾氣含有異味，氣體成分有氨、非甲烷總烴、硫化氫、萘、苯類(lèi)等，有機(jī)物含量高，低溫情況下容易結(jié)晶凝固。煉焦VOC氣體含有苯、酚、甲醛等有機(jī)物，除了對(duì)人體感官有刺激之外，還會(huì)對(duì)人體粘膜產(chǎn)生刺激并導(dǎo)致病態(tài)，更為嚴(yán)重的是其具有基因毒性和致癌性，而且在自然環(huán)境下又難以降解。

隨著保要求的日趨嚴(yán)格，VOC已被列入強(qiáng)行治理的行列之中，并且治理方式較為繁多。常用的方法主要有冷凝回收法、吸收法、燃燒法、催化法、吸附法以及引入煤氣負(fù)壓系統(tǒng)法等。八鋼公司根據(jù)自有裝備及廠區(qū)布置特點(diǎn)，通過(guò)綜合考慮，采用了一種簡(jiǎn)單、安全、可靠、運(yùn)行成本低的方法來(lái)處置VOC尾氣。

2 八鋼焦化VOC氣體治理新工藝

八鋼焦化有4座焦?fàn)t，焦炭產(chǎn)能220萬(wàn)t，配有2套干熄焦系統(tǒng)、儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)及1套煤氣回收系統(tǒng)。

煤氣回收系統(tǒng)主要作用是：來(lái)自焦?fàn)t約82℃的荒煤氣，與焦油和氨水沿吸煤氣管道流至氣液分離器后，荒煤氣由氣液分離器上部出來(lái)進(jìn)入并聯(lián)操作的橫管初冷器。橫管初冷器上段用32℃循環(huán)水將煤氣冷卻至40～45℃。橫管初冷器下段用16℃的制冷水（由制冷站供給）將煤氣冷卻至21±1℃，由煤氣鼓風(fēng)機(jī)壓送脫硫工段、洗氨、洗苯工段。洗苯后的凈煤氣除部分供給本廠焦?fàn)t和粗苯管式爐、氨分解加熱外，其余送八鋼生產(chǎn)用戶(hù)及民用。而VOC氣體就產(chǎn)生于煤氣凈化過(guò)程中的冷凝液塔、罐、槽等裝置。

八鋼焦化充分利用了八鋼的生產(chǎn)特性及裝置特性，將VOC氣體收集后送入其它功能區(qū)塊的高溫設(shè)備內(nèi)進(jìn)行焚燒處理，有機(jī)物質(zhì)燃燒可提供熱量，而且燃燒后的尾氣可通過(guò)環(huán)保設(shè)備進(jìn)行二次治理，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。

2.1 八鋼焦化VOC氣體排放點(diǎn)

八鋼焦化廠VOC排放工序主要包括鼓冷區(qū)域、洗滌區(qū)域、粗苯區(qū)域、提鹽區(qū)域、油庫(kù)區(qū)域、蒸氨區(qū)域，總計(jì)84個(gè)排放點(diǎn)。主要特點(diǎn)是排放點(diǎn)多、廢氣中物質(zhì)組分復(fù)雜、機(jī)械化氨水澄清槽密封性差，VOC氣體收集難度大，收集后的氣體成分復(fù)雜，且具有氧含量高等特點(diǎn)。排放點(diǎn)如圖1所示。

圖1 八鋼焦化VOC氣體排放點(diǎn)

2.2 八鋼焦化VOC氣體收集方法

VOC氣體排放點(diǎn)非常分散，并且鼓冷氣體中含有容易冷凝結(jié)晶的萘，往往會(huì)造成管道堵塞，同時(shí)對(duì)裝有氨水罐、粗苯罐、焦油罐、洗油罐的罐體結(jié)構(gòu)安全性構(gòu)成威脅，因此可以說(shuō)VOC尾氣治理的難點(diǎn)之一在于氣體的有效收集。八鋼對(duì)VOC氣體收集充分結(jié)合了現(xiàn)場(chǎng)工藝特點(diǎn)，首先要保證科學(xué)、合理及安全，其次是盡可能控制投資。

2.2.1 VOC氣體管道架設(shè)及布置

按照鼓冷、洗滌、提鹽、粗苯、油庫(kù)、蒸氨6個(gè)區(qū)域進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)每個(gè)區(qū)域設(shè)主干管道；在附八路管架上部設(shè)置VOC氣體收集總管，并將各支路主管與總管相聯(lián)接；各支管充分利用現(xiàn)有能源介質(zhì)管架，并進(jìn)行荷載確認(rèn)。

2.2.2 工藝設(shè)施密封性和安全性要求

對(duì)所有塔、罐、槽的密封性進(jìn)行檢查，并進(jìn)行封堵。脫硫塔所有檢修人孔加裝玻璃鋼。5臺(tái)機(jī)械化氨水澄清槽和1臺(tái)機(jī)械化焦油澄清槽排渣口與大氣接通，必須為其配備密閉排渣裝置。

每個(gè)點(diǎn)的廢氣出口處加裝壓力調(diào)節(jié)閥，每個(gè)區(qū)域加裝壓力調(diào)節(jié)閥（6個(gè)），并安裝于各個(gè)大槽廢氣管道的起始端。優(yōu)點(diǎn)是大槽內(nèi)部壓力可以保持較低水平，但是部分廢氣管道為微負(fù)壓，可能導(dǎo)致吸入空氣；每個(gè)大槽需設(shè)置1臺(tái)廢氣調(diào)節(jié)閥，閥門(mén)數(shù)量較多，投資成本大。

2.2.3 系統(tǒng)壓力平衡

每個(gè)點(diǎn)采用微負(fù)壓控制，壓力為-150Pa～0Pa，并引入化工中控、電腦控制，根據(jù)各支管壓力情況實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，保證整個(gè)系統(tǒng)壓力平衡。

各廢氣收集點(diǎn)需加裝閥門(mén)，在單個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題后，能及時(shí)進(jìn)行有效切斷，便于檢修。

對(duì)罐、槽進(jìn)行氮?dú)夥€(wěn)壓，當(dāng)罐、槽由于出料或溫度下降，導(dǎo)致槽內(nèi)壓力下降至設(shè)定下限時(shí)，廢氣出口壓力調(diào)節(jié)閥逐漸關(guān)閉，貯槽處于密閉狀態(tài)，既不向負(fù)壓系統(tǒng)呼出廢氣，也不向槽內(nèi)注入氮?dú)?，?dāng)貯槽內(nèi)壓力繼續(xù)下降至設(shè)定下限時(shí)，氮?dú)夥€(wěn)壓裝置開(kāi)啟，向貯槽內(nèi)注入氮?dú)?，使槽?nèi)壓力保持的設(shè)定上限與下限之間。

2.2.4 收集裝置的完善

對(duì)每個(gè)收集點(diǎn)對(duì)應(yīng)的管道加裝伴熱管進(jìn)行保溫，對(duì)每個(gè)收集點(diǎn)對(duì)應(yīng)的管道增設(shè)蒸汽反吹掃聯(lián)接閥，引風(fēng)機(jī)電機(jī)采用變頻調(diào)速，連入電腦并根據(jù)壓力情況自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。尾氣收集管道要有一定傾角，部分匯集管道增設(shè)冷凝液排放管，加裝廢氣管道的流量計(jì)；苯槽加裝氮封裝置；槽、焦油槽、洗油槽尾氣排出管道上加裝阻火器，保證系統(tǒng)安全。

焦化VOC氣體收集系統(tǒng)的改進(jìn)，要求實(shí)施嚴(yán)格的施工安裝以及現(xiàn)場(chǎng)操作管理，以保證VOC氣體被有效的收集。

3 工藝安全性分析及鍋爐外排情況

3.1 安全性分析

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)考察及充分論證，認(rèn)為可以將鍋爐當(dāng)作燃燒爐，鍋爐燃燒VOC氣體的方法簡(jiǎn)單可靠，投資少。理論分析認(rèn)為，鍋爐消耗風(fēng)量大，燃燒溫度高，可將有機(jī)物質(zhì)充分燃燒、氨類(lèi)物質(zhì)充分分解，并且可利用鍋爐的原有尾氣處理設(shè)施，保證鍋爐排放氣體達(dá)標(biāo)。同時(shí)，鍋爐風(fēng)道為負(fù)壓管道，與VOC氣體管道連接后可形成負(fù)壓，減少風(fēng)機(jī)的電能消耗。八鋼4*180t鍋爐離焦化最近，直線(xiàn)距離為150m，可以通過(guò)管道輸送VOC氣體?？紤]到VOC氣體中含有大量有機(jī)物質(zhì)，進(jìn)行了氣體成分及爆炸性能分析，如表1。

表1 VOC氣體檢測(cè)及安全性分析

依據(jù)表1數(shù)據(jù)，按單種氣體最大檢測(cè)濃度核算最大百分濃度，所有數(shù)值低于對(duì)應(yīng)爆炸極限的下線(xiàn)值，且混合氣體爆炸極限＜1。

分析發(fā)現(xiàn)，各VOC尾氣收集點(diǎn)全部投產(chǎn)后，未達(dá)爆炸極限的下限值，焦?fàn)tVOC氣體濃度是安全的。經(jīng)過(guò)檢測(cè)，管道內(nèi)氣體流量約為6000Nm3/h，而180t鍋爐入口空氣流量為6萬(wàn)～10萬(wàn)Nm3/h，混合后稀釋倍數(shù)為10～16.7倍，稀釋后的各氣體成分濃度值更低于爆炸下限值，更安全。

3.2 工藝安全保障措施

八鋼能源中心4×180t鍋爐，燃料為高爐煤氣與焦?fàn)t煤氣的混合煤氣，煤氣流量約18萬(wàn)m3，廢氣量約59萬(wàn)m3/臺(tái)。另有4臺(tái)空氣鼓風(fēng)機(jī)，設(shè)有垂直風(fēng)道，風(fēng)道入口為負(fù)壓，風(fēng)機(jī)后為正壓，混合煤氣在鍋爐內(nèi)部預(yù)空氣進(jìn)行燃燒。

（1）VOC氣體進(jìn)入能鍋爐是1開(kāi)2備，而在鍋爐正常工況條件下，實(shí)施2開(kāi)1備。VOC氣體進(jìn)入后稀釋倍數(shù)可達(dá)到20～33.4倍，安全性得到提升。

（2）收集VOC氣體主管與4×180t鍋爐風(fēng)道采用并聯(lián)方式連接，并且與每臺(tái)鍋爐用翻板閥、眼鏡閥連接，便于鍋爐檢修，并能保證VOC氣體100%輸送進(jìn)入風(fēng)道。如圖2所示。

鍋爐燃燒VOC氣體對(duì)2019年1～12月鍋爐排放指標(biāo)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，鍋爐外排指標(biāo)見(jiàn)表2。

圖2 VOC氣體進(jìn)入鍋爐風(fēng)道

表2 2019年八鋼4×180t外排指標(biāo) mg/m3

由表2可知，2019年1～12月4×180鍋爐外排數(shù)據(jù)，全部達(dá)到特排指標(biāo)要求。

4 八鋼VOC氣體治理新工藝的優(yōu)點(diǎn)

八鋼焦化VOC治理技術(shù)結(jié)合本企業(yè)的特點(diǎn)，與常規(guī)處理方法相比較，有如下優(yōu)越性：

（1）較常規(guī)工藝方法即酸洗、堿洗的一次性投資明顯降低，八鋼采用的處理工藝投資總計(jì)約900萬(wàn)元，而常規(guī)方法約在4500萬(wàn)元；

（2）八鋼VOC氣體治理新工藝一次性燃燒處理，無(wú)其它外排點(diǎn)，并且有機(jī)物質(zhì)替代了一部分鍋爐的燃料；

（3）新工藝安全性好。常規(guī)方法中，一部分氣體回收后送入負(fù)壓煤氣管道，存在回收時(shí)氧含量超標(biāo)，影響煤氣管網(wǎng)安全且存在電捕跳電及爆炸的風(fēng)險(xiǎn)；

（4）新工藝設(shè)備少。關(guān)鍵設(shè)備是小型風(fēng)機(jī)、調(diào)節(jié)閥、呼吸閥等，因此故障率將明顯降低，維修費(fèi)用大幅度降低。

5 結(jié)束語(yǔ)

八鋼VOC氣體治理新工藝中鍋爐充當(dāng)了燃燒爐，VOC氣體為鍋爐提供燃料；同時(shí)VOC氣體中的有機(jī)物質(zhì)燃燒生成的二氧化碳及水提供了熱量。最主要的是實(shí)施過(guò)程中依靠已有設(shè)備，投資省、占地少、工藝簡(jiǎn)單、安全可靠、無(wú)二次污染、可操作性強(qiáng)，在國(guó)內(nèi)屬首套。經(jīng)過(guò)半年的使用，裝置穩(wěn)定，滿(mǎn)足環(huán)保要求。

此工藝突破了常規(guī)化工VOC氣體的治理方式，治理VOC氣體簡(jiǎn)單化，不但節(jié)省占地與投資，而且安全可靠，實(shí)用性強(qiáng)，可在行業(yè)內(nèi)推廣應(yīng)用。