杜生強

（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、苯類等，有機物含量高，低溫情況下容易結(jié)晶凝固。煉焦VOC氣體含有苯、酚、甲醛等有機物，除了對人體感官有刺激之外，還會對人體粘膜產(chǎn)生刺激并導(dǎo)致病態(tài)，更為嚴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格，VOC已被列入強行治理的行列之中，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，通過綜合考慮，采用了一種簡單、安全、可靠、運行成本低的方法來處置VOC尾氣。

2 八鋼焦化VOC氣體治理新工藝

八鋼焦化有4座焦爐，焦炭產(chǎn)能220萬t，配有2套干熄焦系統(tǒng)、儲運系統(tǒng)及1套煤氣回收系統(tǒng)。

煤氣回收系統(tǒng)主要作用是：來自焦爐約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進入并聯(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℃，由煤氣鼓風機壓送脫硫工段、洗氨、洗苯工段。洗苯后的凈煤氣除部分供給本廠焦爐和粗苯管式爐、氨分解加熱外，其余送八鋼生產(chǎn)用戶及民用。而VOC氣體就產(chǎn)生于煤氣凈化過程中的冷凝液塔、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)進行焚燒處理，有機物質(zhì)燃燒可提供熱量，而且燃燒后的尾氣可通過環(huán)保設(shè)備進行二次治理，實現(xiàn)達標排放。

2.1 八鋼焦化VOC氣體排放點

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、油庫區(qū)域、蒸氨區(qū)域，總計84個排放點。主要特點是排放點多、廢氣中物質(zhì)組分復(fù)雜、機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。排放點如圖1所示。

圖1 八鋼焦化VOC氣體排放點

2.2 八鋼焦化VOC氣體收集方法

VOC氣體排放點非常分散，并且鼓冷氣體中含有容易冷凝結(jié)晶的萘，往往會造成管道堵塞，同時對裝有氨水罐、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VOC尾氣治理的難點之一在于氣體的有效收集。八鋼對VOC氣體收集充分結(jié)合了現(xiàn)場工藝特點，首先要保證科學、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、蒸氨6個區(qū)域進行模塊化設(shè)計每個區(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，并進行荷載確認。

2.2.2 工藝設(shè)施密封性和安全性要求

對所有塔、罐、槽的密封性進行檢查，并進行封堵。脫硫塔所有檢修人孔加裝玻璃鋼。5臺機械化氨水澄清槽和1臺機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。

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

2.2.3 系統(tǒng)壓力平衡

每個點采用微負壓控制，壓力為-150Pa～0Pa，并引入化工中控、電腦控制，根據(jù)各支管壓力情況實時調(diào)節(jié)，保證整個系統(tǒng)壓力平衡。

各廢氣收集點需加裝閥門，在單個系統(tǒng)出現(xiàn)問題后，能及時進行有效切斷，便于檢修。

對罐、槽進行氮氣穩(wěn)壓，當罐、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，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)，既不向負壓系統(tǒng)呼出廢氣，也不向槽內(nèi)注入氮氣，當貯槽內(nèi)壓力繼續(xù)下降至設(shè)定下限時，氮氣穩(wěn)壓裝置開啟，向貯槽內(nèi)注入氮氣，使槽內(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

對每個收集點對應(yīng)的管道加裝伴熱管進行保溫，對每個收集點對應(yīng)的管道增設(shè)蒸汽反吹掃聯(lián)接閥，引風機電機采用變頻調(diào)速，連入電腦并根據(jù)壓力情況自動調(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；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，要求實施嚴格的施工安裝以及現(xiàn)場操作管理，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)過現(xiàn)場考察及充分論證，認為可以將鍋爐當作燃燒爐，鍋爐燃燒VOC氣體的方法簡單可靠，投資少。理論分析認為，鍋爐消耗風量大，燃燒溫度高，可將有機物質(zhì)充分燃燒、氨類物質(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標。同時，鍋爐風道為負壓管道，與VOC氣體管道連接后可形成負壓，減少風機的電能消耗。八鋼4*180t鍋爐離焦化最近，直線距離為150m，可以通過管道輸送VOC氣體?？紤]到VOC氣體中含有大量有機物質(zhì)，進行了氣體成分及爆炸性能分析，如表1。

表1 VOC氣體檢測及安全性分析

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

分析發(fā)現(xiàn)，各VOC尾氣收集點全部投產(chǎn)后，未達爆炸極限的下限值，焦爐VOC氣體濃度是安全的。經(jīng)過檢測，管道內(nèi)氣體流量約為6000Nm3/h，而180t鍋爐入口空氣流量為6萬～10萬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爐煤氣的混合煤氣，煤氣流量約18萬m3，廢氣量約59萬m3/臺。另有4臺空氣鼓風機，設(shè)有垂直風道，風道入口為負壓，風機后為正壓，混合煤氣在鍋爐內(nèi)部預(yù)空氣進行燃燒。

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

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

鍋爐燃燒VOC氣體對2019年1～12月鍋爐排放指標進行了統(tǒng)計，鍋爐外排指標見表2。

圖2 VOC氣體進入鍋爐風道

表2 2019年八鋼4×180t外排指標 mg/m3

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

4 八鋼VOC氣體治理新工藝的優(yōu)點

八鋼焦化VOC治理技術(shù)結(jié)合本企業(yè)的特點，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約900萬元，而常規(guī)方法約在4500萬元；

（2）八鋼VOC氣體治理新工藝一次性燃燒處理，無其它外排點，并且有機物質(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壓煤氣管道，存在回收時氧含量超標，影響煤氣管網(wǎng)安全且存在電捕跳電及爆炸的風險；

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

5 結(jié)束語

八鋼VOC氣體治理新工藝中鍋爐充當了燃燒爐，VOC氣體為鍋爐提供燃料；同時VOC氣體中的有機物質(zhì)燃燒生成的二氧化碳及水提供了熱量。最主要的是實施過程中依靠已有設(shè)備，投資省、占地少、工藝簡單、安全可靠、無二次污染、可操作性強，在國內(nèi)屬首套。經(jīng)過半年的使用，裝置穩(wěn)定，滿足環(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氣體簡單化，不但節(jié)省占地與投資，而且安全可靠，實用性強，可在行業(yè)內(nèi)推廣應(yīng)用。