焦化工序工業水“零”直排設計

劉 平

(攀鋼釩煤化工廠,四川攀枝花 617023)

焦化工序工業水“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水節水實踐,分析了焦化工序工業水“零”直排工藝設計要點,提出了實現煤化工廠工業水“零”直排的改進措施。

焦化工序 工業水 “零”直排 設計

1 前言

焦化工序工業水的“零”直排從運行管理經驗上可理解為水系統具有較高的循環率,對于循環過程中因濃縮倍數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。

實現焦化工序工業水“零”直排目標是焦化行業構建循環經濟發展模式的重要標志之一,符合科學發展觀的要求。焦化行業的節水工作應從系統規劃、過程控制、末端治理、大小循環結合等多種措施來提高工業水的循環使用率,最終實現工業水的“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水工作實際,提出了實現焦化企業工業水“零”直排的相關措施和建議。

2 煤化工廠工業水系統簡介

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。煤化工廠工業水系統主要是為滿足煤焦和化產系統的各生產環節的用水需求。煤化工廠現有一、二系初冷循環水系統、精苯循環水系統和在建的新3#、4#焦爐區循環水系統,系統的循環水總量為13500 t/h。建有3×550萬Kcal/h制冷站一座及配套的制冷循環水系統。

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

3 煤化工廠節水工作的實踐和探索

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

按水質分類,分為新水系統、凈環水系統、濁環水系統、中水回用系統。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

凈循環水系統分為高溫循環水系統、中溫循環水系統、低溫循環水系統。各循環水系統水溫分類及用戶如表2。

表2 凈循環水水溫分類表

3.2 提高涼水塔制冷能力,擴大循環水使用量

在2005年以前,隨著生產規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水系統,為此全廠節約新水近500 t/h。

在工業水的運行平衡過程中,因深冷工序使用工業新水而導致的水量不平衡,是造成工業水直排的主要原因之一。2006年前,在高溫季節,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分補入循環水系統,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水系統。低溫循環水系統的投運減少直排水約300 t/h。

3.3 改善和穩定水質,合理控制濃縮倍數

煤化工廠新水由動力廠供給,供應的工業水懸浮物指標為≤30 mg/L,按照有關標準規定,冷卻設備工業水懸浮物要求≤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水水質,同時與工藝問題相互影響,形成惡性循環。針對上述問題,實施了一系列改善水質的技術改造:

1993年在二系初冷循環水系統新建了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。

為保證初冷循環水系統持續做到阻垢、緩蝕和滅菌,根據攀鋼水質和各設備材質,在靜態試驗、平行試驗的基礎上選配和投加水質穩定劑,2004年回收二系初冷循環水系統新建了自動投加藥裝置并實行了專業化托管,實現了規范和合理投加。投加水穩劑后效果明顯:緩減了初冷器本體腐蝕,節省了大量維修費用。初冷器一段效率大大提高,不僅節約了大量的新水,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,實現了各循環水系統的常態化閉路循環,濃縮倍數穩定在2.5～3.0。

3.4 生產工藝的改進和參數的優化是系統節水的重要保障

煤化工廠在多年的節水管理實踐中強烈感受到了生產參數的優化是系統節水的重要保障,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進行了優化和規范。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℃的終冷循環水,節約新水消耗約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,也取得較好的節水效果。

3.5 冷熱工藝介質充分熱交換,減少循環水消耗

為避免氣阻、減緩設備結垢腐蝕速率,循環水只適宜冷卻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。工藝介質的熱交換,不但節約了貧油冷卻水量,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、低溫季節可停運風機等優點。

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

3.8 合理利用余熱蒸汽資源,實施工業溴化鋰制冷技術

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水系統,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水系統,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、運行穩定、操作控制簡單和設備維護費用低等優點。

同時在制冷機的工藝設計上,我們實現了高溫季節運行制冷機,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 實施大小循環相結合的水系統運行模式和新水的串級使用方式

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

在水系統的運行管理上,著重內部挖潛,以實現系統的“小循環”為目標。先后實施了化產車間冬季工業水零直排改造、精苯水系統閉路循環改造、煤焦系統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、低溫循環水量不能滿足生產要求,大量新水補充導致系統失衡,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業公司生產用水,實現濁水資源的再用。

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水系統作為補水,實現串級使用。

3.10 進一步完善了水系統的計量和監控措施,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一、二、三級計量不斷進行了完善,現所有外供新水全部實現了一級計量和在線監控。對車間和重要工序的工業水計量實現了二級計量,計量措施的完善為節水工作的開展提高了良好的基礎。

在節水管理上,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水工作的開展。

3.11 對循環水系統實施專業化托管的運作模式,完善水質監測和換熱設備監控措施

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

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

4 煤化工廠工業水系統存在問題

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

5 煤化工廠工業水系統“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水。結合新3#、4#焦爐新建300 t/h中溫循環水系統建設工程,將備煤一系粉碎機冷卻水納入該循環水系統,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水系統,使用量約為50 t/h,備煤粉碎機工業水可實現“零”直排。

煤場抑塵噴灑用水為非連續性用水,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,可利用就進循環水系統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℃,工藝上優先使用中溫凈循環水資源,水量約為120 t/h,將工序用水納入就近循環水系統。

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

培養學生自主學習能力，是現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、課后復習環節，通過自主朗讀訓練的開展，激發學生朗讀興趣，促進學生語言表達能力的提升。首先，預習環節的朗讀訓練。在課前預習環節，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，在復習環節，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水系統。

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

二系初冷分兩段冷卻,一段使用中溫循環水、二段使用低溫循環水。

5.4 煤氣終冷、洗苯工序

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

5.5 煤氣脫硫

真空碳酸鹽脫硫循環液采用兩段冷卻,一段使用中溫循環水冷卻,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,再用工業水進行分段冷卻,可按三段冷卻來設計,一段使用高溫循環水、二段使用中溫循環水、三段使用低溫循環水。

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水分段冷卻、各結晶機系統使用工業新水,回水系統作為補充水;對于瀝青鏈板機應側重使用循環濁水資源,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,實現焦化工序的零直排關鍵是提高水系統的循環率,其中需高溫循環水11757 t/h、中溫循環水5700 t/h、低溫循環水2840 t/h。按照攀枝花地區敞開式循環水系統3%～4%的蒸發排污損失率計,實現工業水“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水系統的運行能力為13500 t/h、中溫循環水系統的能力為3200 t/h、低溫循環水的供應能力為2100 t/h,工業水“零”直排的工藝障礙是中溫循環水和低溫循環水量嚴重不足,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化運行改造后,煤化工廠工業水系統水量平衡圖如圖2。

6 焦化工序工業水“零”直排工藝設計建議

在新建焦化工程設計中,工業水的“零”直排是設計中的重要思想和能環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、水封使用循環水系統置換排污的濁環水資源,焦爐配套除塵和干熄焦用水應就近納入區域中(高)溫循環水系統;化產工序的用水應分段使用,根據溫度要求合理分配高、中、低溫循環水資源,實現閉路循環工藝。

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、酚水的排水系統徹底分離。

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

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,工藝上應充分考慮冷熱工藝介質的熱交換,降低循環水消耗。

6.5 應適度提高涼水塔制冷設計能力,部分循環水可實現串級使用。

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水系統作為補水。

6.8 選用合適的水質穩定劑和水質監測系統。

6.9 水系統運行工藝按冬、夏季運行方式進行設計。

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

6.11 對于焦化廢水進行處理后納入大循環水系統的濁水系統。

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(安全環保)科副科長。