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焦化行业面临的环保压力及超低排放技术路线

[2019-9-11] 点击:

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随着我国多地遭遇持续的雾霾天气,大气污染防治形势变得异常严峻。国家层面已经明确要加快生态文明体制改革,着力解决突出的环境问题。特别是“气十条”实施以来,焦化行业的大气污染治理“攻坚战”虽然取得了阶段性胜利,但与人们对美好生活环境的向往还有一定差距。

面对焦化行业日益突出的大气污染问题,国家及地方已经逐步实行焦化行业特别排放限值和秋冬季错峰生产,《钢铁企业超低排放改造工作方案》已经完成征求意见。河北省已经发布了《炼焦化学工业大气污染物超低排放标准》(DB 13/2863—2018,2019年1月1日执行),部分省市已经开始实施超低排放改造。焦化行业目前面临的环境形势十分严峻,只有通过多措施并举才能尽快改变现实局面,实现焦化行业的可持续发展。

1焦化行业面临的环保压力

国家和地方对焦化行业提出了严格的大气污染控制要求,焦化行业面临的大气减排形势十分严峻,技术装备和环保升级改造迫在眉睫。

1.1蓝天保卫战三年行动计划

重点区域加大独立焦化企业淘汰力度,京津冀及周边地区实施“以钢定焦”(钢焦比0.4左右)。重点区域焦化全面执行大气污染物特别排放限值。重点区域城市建成区内焦炉实施炉体加罩封闭,并对废气进行收集处理。

1.2 2018—2019年秋冬季大气污染综合治理攻坚行动方案

1.2.1京津冀及周边地区

河北、山西省全面启动炭化室高度4.3m及以下、运行寿命超过10年的焦炉淘汰工作。河北、山东、河南省要按照2020年底前钢焦比不高于0.4的目标,加大独立焦化企业淘汰力度。深化焦化行业污染治理,强化无组织排放管理,厂内所有散状物料储存、输送及主要生产车间应密闭。鼓励城市建成区内焦炉实施炉体加罩封闭,并对废气进行收集处理。
各地重点对焦化等高排放行业实施采暖期错峰生产。对行业污染排放绩效水平明显好于同行业其他企业的环保标杆企业,可不予限产,包括焦炉炉体加罩封闭、配备焦炉烟囱废气脱硫脱硝装置,且达到特别排放限值的企业。

1.2.2汾渭平原

加大现有焦化企业整合力度,提升产业装备水平,大幅减少企业数量。全面启动炭化室高度4.3m及以下、运行寿命超过10年的焦炉淘汰工作。

实施焦化行业深度治理。实施精煤、焦炭等散状物料储存和输送密闭改造;焦炉炉体安装高清红外视频监控装置;焦炉烟囱、装煤地面站、推焦地面站、干法熄焦地面站等主要排放口安装自动监控设施;加强化产区域挥发性有机物(VOCs)的控制和治理,将煤气净化系统冷鼓各类贮槽(罐)及其他区域焦油、苯等贮槽(罐)的有机废气接入压力平衡系统或收集净化处理;酚氰废水处理设施加盖并配备废气收集处理设施;开展设备和管线泄漏检测与修复工作;加快推进焦炉机侧除尘系统建设;鼓励城市建成区及周边区域焦炉实施炉体加罩封闭工作。

1.3地方要求

1.3.1山西省打好污染防治攻坚战推动转型升级实施方案

合理平衡淘汰焦炭产能与新建焦炭产能,确保焦炭产能总体稳中有降,先进焦炉占比快速提升,污染排放总量大幅度降低。2019年10月1日起,全省焦化企业全部达到环保特别排放限值标准。到2020年,炭化室高度5.5m以上焦炉产能占比达到50%以上,焦化装备水平明显提升。

加强对焦炉装煤推焦、物料封闭储存、除尘等关键环节中的无组织排放进行排查和深度治理,加强对无组织排放的监督管理。焦化企业要采用先进技术,加快对传统湿法熄焦工艺实施改造。

1.3.2山东省打赢蓝天保卫战作战方案

加大落后产能淘汰和过剩产能压减力度,严格执行质量、环保、能耗、安全等法规标准,推动焦化行业转型升级。加大7个传输通道城市独立焦化企业淘汰力度,全省实施“以钢定焦”。

1.3.3河北省打赢蓝天保卫战三年行动方案及深度减排方案

(1)三年行动方案。唐山市要把大幅压减产能、优化产业布局作为主攻方向,强力推进焦化行业退城搬迁和超低排放升级改造。严禁新增焦炭产能,焦炭产能控制在8 000万t左右。全省焦化企业料堆场按照《煤场、料场、渣场扬尘污染控制技术规范》(DB 13/0352—2016)存储要求,实现规范管理。按照“典型示范、对标先进、分步实施”的原则,全面实施超低排放改造。对城市建成区内焦炉实施加罩封闭,并对废气进行收集处理。到2020年10月,全省焦化行业全部完成深度治理,达到超低排放标准。2020年,符合条件的焦化企业完成有色烟羽治理。对传输通道城市的焦化企业实行错峰生产。

(2)深度减排方案。焦炉烟囱烟气颗粒物、二氧化硫、氮氧化物排放浓度分别不高于10mg/m3、15mg/m3、100mg/m3,焦炉装煤工序颗粒物、二氧化硫排放浓度分别不高于10mg/m3、50mg/m3,推焦工序颗粒物排放浓度不高于10 mg/m3;焦化行业料场、运输通廊封闭;焦炉炉体烟尘强化无组织逸散控制;化产回收工序和各类贮罐强化污染物回收处理;管道、阀门、泵站、污水处理等强化精细管控,建立泄漏与检测修复制度;加强开停车、检(维)修、生产异常等非正常工况污染控制,减少颗粒物、VOCs等无组织排放。

2焦化行业大气污染防治存在的问题

(1)焦化行业污染物的排放未全部达标,如装煤废气中的SO2和Bap有超标现象,煤气净化区VOCs的治理措施比较薄弱等。

(2) 焦炉的无组织排放管控相对较差。

(3)大气环境防护距离或卫生防护距离难以满足要求。

(4)产能过剩,市场空间有限。

(5)污染治理技术之间差异较大,部分技术不能长期稳定达标。

(6)资源配置及产业布局不合理,独立焦化企业的占比较大,集中度不高,不利于焦化企业余热、余能的回收利用(干熄焦),不利于焦炉烟囱废气氮氧化物的控制,不利于资源的综合利用及化产品的深加。

(7)湿法熄焦过程中产生的污染物种类及其排放量有待进一步研究。

3超低排放限值与特别排放限值的对比

《钢铁企业超低排放改造工作方案(征求意见稿)》(环办大气函[2018]242号)中焦化的排放限值总体上严于《炼焦化学工业污染排放标准》(GB 16171—2012)中的特别排放限值,详细对比情况见表1。

《钢铁企业超低排放改造工作方案(征求意见稿)》(环办大气函[2018]242号)中焦化的排放限值总体上严于《炼焦化学工业污染排放标准》(GB 16171—2012)中的特别排放限值,详细对比情况

4焦化行业超低排放的技术路线

焦化行业大气污染的控制可以通过3类方法来实施:一是源头减量;二是过程控制;三是末端治理。源头减量相对于末端治理,通常成本更低、更有效、更可控。企业通过采取以下技术路线并加强管理,可以达到超低排放水平。

4.1焦炉烟囱废气

(1)源头减量。加热煤气采用低硫、低氮燃气,加热采用废气循环与多段加热相结合的低氮燃烧技术。多段加热是向立火道分段供入空气,形成多点燃烧,在实现焦炉均匀加热的同时,降低燃烧强度,减少NOx产生量;废气循环技术是将焦炉燃烧废气掺入至立火道燃烧系统,降低氧含量,加快气流速度,拉长火焰,降低火道温度,减少NOx产生量,分为炉内废气循环和外部烟气回配2种工艺,其中外部烟气回配对于使用焦炉煤气加热的焦炉更适用。

(2)过程控制。加强焦炉生产操作管理,降低空气过剩系数,加强炉温管理,避免系统性温度偏高或高温火道存在。

(3)末端治理。焦炉烟气脱硫脱硝常见的方法有(半)干法脱硫+除尘+SCR脱硝、新型催化法脱硫+SCR脱硝、SCR脱硝+ (半)干法脱硫湿法脱硫+除尘、活性炭活性焦法脱硫脱硝等主流工艺技术。除尘可优先选用高效布袋除尘方式并控制过滤风速。半干法脱硫除尘的脱硫剂可采用钙基或钠基脱硫剂。

4.2装煤废气(含炉头烟)

4.2.1顶装焦炉

可采用集气管负压+高压氨水喷射+单孔炭化室压力调节或集气管负压+单孔炭化室压力调节这2种技术路线配合密闭装煤车实现无烟装煤。密闭装煤车设置双层导套,内外套之间、外套与装煤孔座之间采用特殊密封结构,减少装煤烟气无组织排放。单孔炭化室压力调节技术是在上升管和集气管之间的桥管处设有煤气流量自动调节装置,在装煤和结焦过程中通过调节单个炭化室内荒煤气进入集气管的流通断面,稳定炭化室压力,减少炉门、装煤孔等处废气无组织排放。该技术可单独使用,也可与高压氨水喷射技术联合使用。

可采用集气管正压+高压氨水喷射+除尘装煤车+地面除尘站+脱硫的技术路线,将炉顶装煤逸散的烟气进行除尘、脱硫。除尘采用干式地面除尘站,选用覆膜滤料或其他优质滤料。烟气脱硫可采用活性焦/炭法或干法脱硫。

4.2.2捣固焦炉

可采用集气管正压+高压氨水喷射+双u形管烟气转换技术。烟气转换技术是将正在进行装煤操作的炭化室烟气导入相邻炭化室内,减少装煤烟气无组织排放。也可采用集气管负压+高压氨水喷射+单孔炭化室压力调节+双U形管烟气转换技术。

捣固焦炉和顶装焦炉的机侧炉头烟治理均采用干式地面除尘站,选用覆膜滤料或其他优质滤料。

4.3推焦废气

推焦过程焦侧产生的废气直接送干式地面除尘站,选用覆膜滤料或其他优质滤料。

4.4干熄焦废气

干熄焦废气中SO2浓度占比最大的烟气来自于干熄焦装置循环风机后放散气和排焦溜槽废气,这部分烟气量约为除尘风量的10%左右,温度为100-130°C。针对干熄焦废气特点,可采取以下技术路线。

(1)对传统地面除尘站的除尘系统进行改造升级,优选覆膜滤袋并控制合理的过滤风速。

(2)用管道单独收集含SO2浓度高的循环风机后放散气体和排焦溜槽废气,优先采用除尘+干法脱硫(SDS、活性焦等)+除尘的工艺路线进行处理后,排至环境地面除尘站烟囱。建有焦炉烟道气脱硫脱硝装置的企业,可优先采用将这部分气体经过除尘后送至焦炉烟道气脱硫脱硝系统统一处理的技术路线。

4。5物料及产品的破碎、筛分

煤粉碎:机械除尘,煤粉经加湿后回到工艺系统。

煤转运站:干雾抑尘或袋式除尘。

筛焦:设干式地面除尘站。

焦转运站:设袋式除尘。

焦粉:贮存后用吸排罐车或气力输送外运。

4.6焦炉的无组织排放

4.6.1炉门

炉门及小炉门的密封依靠刀边结构,通过施加弹性力,将炉门刀边顶压在炉门框上,形成密封。炉门及小炉门刀边采用弹性刀边,刀边密封采用弹簧顶压。炉门刀边、炉门框密封面等需要及时清理。

4.6.2炉顶

常规焦炉炉顶无组织污染物逸散口包括装煤孔(顶装焦炉)或导烟孔(捣固焦炉)、上升管盖、桥管与阀体的连接处、上升管底座。

对于顶装焦炉,装煤孔座与盖应及时清扫,装煤后采用泥浆密封,保证其密封性能。对于捣固焦炉,采用水封式导烟孔,可杜绝该部位污染物泄漏。上升管盖、桥管与阀体承插均采用水封结构,可杜绝该部位污染物泄漏。上升管底座与炉体之间采用陶瓷纤维绳及耐火泥密封,减少泄漏。

采用单孔炭化室压力调节技术,在装煤和结焦过程中通过调节单个炭化室内荒煤气进入集气管的流通断面,稳定炭化室压力,减少炉门、装煤孔等处废气无组织排放。

4.6.3焦炉加罩

传统焦炉设备和机械均露天布置、操作和生产,焦炉设置了除尘系统,对生产过程产生的大量烟尘进行了有效除尘,但除尘系统工作的前期、末期,其捕集率达不到100% ,仍有少量烟尘逸散到大气中。

另外,在焦炉其他部位(如炉头、小炉门、装煤孔等处)仍可能有连续或非连续的少量烟尘外逸,由于外逸点多,无法将其统一有效收集。焦炉加罩的实施可使焦炉生产过程中存在的大气污染物无组织排放变为有组织排放,进一步降低焦炉生产对大气环境的影响,控制效果更好。

尽管部分省市鼓励有条件的焦化企业实施焦炉加罩密闭,但是还存在一定的风险因素,如加罩对焦炉炉体负荷的影响甚至可能导致焦炉结构的重新设计,对焦炉区域防火防爆设计、设备的选型、煤气放散方式和焦炉区域的操作环境等均有影响。另外在沿海地区台风也会对焦炉大罩的结构甚至炉体本身造成巨大破坏,这一自然风险也必须考虑在内。只有将这些问题进行详细论证后方可实施焦炉加罩方案。

4.7煤气净化装置废气

4。7。1煤气净化装置无组织排放有机废气

对于煤气净化装置无组织排放的有机废气,其技术路线如下。

(1)设置压力平衡系统送至负压煤气管道,实现废气的零排放。压力平衡技术是利用管道将煤气净化单元各贮槽及相关设备的放散口与煤气管道连接在一起,通过充入氮气的方式调节系统压力,保证整个系统处于与环境压差-150~-50 Pa的压力范围,各放散口放散气引入煤气鼓风机前的负压煤气管道内,避免放散气外排。

(2)将各贮槽产生的废气集中收集送排气洗净塔进行洗涤净化,排气洗净塔通常采用酸洗、碱洗、洗油洗涤、水洗等措施,洗涤后送至焦炉或其他燃用煤气的设施焚烧,实现废气零排放。

其中,压力平衡系统进行有机废气的治理是一种发展趋势。煤气净化装置区应尽快开展设备和管线泄漏检测与修复工作。

4.7.2脱硫再生尾气

脱硫再生尾气设有三级洗涤:先经碱洗,除去尾气中的酸性物质;再经酸洗,除去尾气中的碱性物质;最后经水洗,以进一步除去尾气中夹带的残留物质。经过三级洗涤净化后的再生尾气送至焦炉处理系统。

4.7.3粗苯管式炉

设粗苯管式炉时,可采用净化后焦炉煤气或混合煤气燃烧加热富油,并将管式炉产生的燃烧废气送至焦炉烟气的脱硫脱硝装置;未设粗苯管式炉时,可采用中压蒸汽加热富油。取消粗苯管式炉或许会是一种趋势,有的企业已经或准备实施。

5焦化行业的环保发展趋势

焦化行业面对国家及地方产业政策的调整、环保政策的日趋严格等前所未有的压力与挑战,只有采用合理的措施严格控制焦化行业的大气污染物排放总量,才能推进焦化行业的可持续性发展。(1)严格控制焦炭产能,严守生态保护红线、环境质量底线、资源利用上线,科学规划焦化产业布局。

(2)提高行业准入门槛,大力发展循环经济,制定严格的准入条件及污染物控制标准。

(3)调整产业结构,优化行业布局,推动企业兼并重组并延长产业链,实现钢焦联合也是焦化行业的一种发展方向,但禁止“全国一刀切”,要根据地区间的差异区别对待。鼓励钢铁企业并购重组独立焦化企业,国有企业应起示范作用。

(4)将化解过剩产能和淘汰落后产能相结合,逐步淘汰炉龄较长、环保措施不完善的4。3m及以下焦炉,合理平衡淘汰焦炉和新建焦炉产能,实现钢铁行业的可持续性发展,使大气污染物排放量大幅降低。

(5)构建专业焦化园区,提高集中度,在产业园区内布设的焦化生产总体规模不应低于500万t/a。

(6)不断提高设备的装备技术和污染防治技术水平,有效减少污染物排放,推动焦化产业的绿色发展和转型升级,实现超低排放。焦炉炉体大型化也是一种趋势,目前已经有部分省市明确焦炉炭化室的高度。大型焦炉有利于采用各种节能措施,降低炼焦工序的能耗,环保措施更加完善,可大大减少出炉次数,减少装煤和推焦阵发性污染物的排放。

①推广高效清洁智能化的大容积焦炉(顶装焦炉6。98 m及以上,捣固焦炉6m及以上),延长焦化产业链条。焦化企业可围绕焦炉煤气综合利用、化产品深加工等方向拓展产业链,大力发展循环经济,实施源头有效减排+过程控制+末端高效治理等全过程治理措施。焦化行业是节能减排的重点行业,应抓住国家鼓励政策的支持和市场机遇,进一步提高焦化清洁利用的相关技术、相关产品的开发与应用水平,推进焦化产业结构优化。

②逐步推进焦化行业的超低排放,重点区域超低排放要严于特别排放限值要求。

③制定焦化行业污染防治技术指南并实时更新,及时推广先进炼焦技术和污染防治技术。

④为有效降低粉尘的无组织排放,煤场、焦场等将逐步实现全封闭/半封闭;煤、焦的场内输送将全部采用封闭通廊,场外运输将逐步实现由汽运为主转为火车(或水上)运输为主的局面。为有效降低挥发性有机物的排放,压力平衡系统将逐步取代排气洗净技术。对泵、压缩机、阀门、法兰等易发生泄漏的设备与管线组件,制定泄漏检测与修复计划,定期检测,及时修复,减少跑、冒、滴、漏现象。

⑤炉头烟、煤气净化VOCs以及酚氰废水处理站异味等的治理是一种趋势,压力平衡系统将逐步取代排气洗净技术。

(7)建立焦化行业科学发展评价体系,实施“一企一策”的策略方案。加强对焦化企业的科学监管,制定科学的监管制度和秋冬季/重污染天气的停限产方案,加大日常环境监管和执法力度。焦化行业的环境监察和执法力度将会逐步加强,焦化企业不仅要求安装在线监测装置,同时也要与环保部门联网,实现焦化行业污染物排放动态实时监控。对超标和超总量排污的企业实行限期整改,经整改仍然达不到环保标准的企业,要坚决予以关闭。

6结语

焦化行业的发展将统筹污染防治与经济发展,焦化的环保要求日趋严格,环境准入门槛将有所提高,焦化行业的环保监管更加严格。只有将焦化行业大气污染减排等措施落到实处,才能促进焦化行业走向绿色健康的发展之路,推进焦化企业科学化、规范化、标准化和清洁化发展。

来源:《燃料与化工》 作者:许为 王琳等

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