馬鋼南區化產區域放散氣收集系統改善

胡孟杰，吳曉慧，車路平，沈江紅

（1.馬鋼股份煤焦化公司，安徽馬鞍山 243000；2.煙臺華順機械工程設備有限公司，山東煙臺 264000）

前言

揮發性有機物（簡稱VOCs）是工業污染中常見的一類污染物，是近地面臭氧和二次有機氣溶膠生成的重要前體物，對大氣環境質量以及光化學污染等有重要影響［1］。馬鋼煤焦化公司南區擁有4 座焦爐，年產210 萬t焦炭，其配套1 套煤氣凈化系統（煤氣處理量為15.4 萬m3∕h）和1 套生化廢水處理系統（焦化廢水處理量為130 m3∕h）。化產區域生產過程中產生大量VOCs，VOCs中含有揮發氨類、苯類、萘、酚類、硫化物等有害物質，危害人體健康、造成環境污染［2］。

2019 年生態環境部、發展改革委、工業和信息化部、財政部、交通運輸部五部委聯合印發《關于推進實施鋼鐵行業超低排放的意見》（環大氣［2019］35 號），規定煤氣凈化單元各類貯槽（罐）及其他區域焦油、苯等貯槽（罐）的有機廢氣應接入壓力平衡系統或收集凈化處理；生化廢水處理單元調節池、氣浮池、隔油池應加蓋并配備廢氣收集處理設施。馬鋼公司先后對南區化產區域煤氣凈化單元和生化廢水處理單元進行放散氣收集治理。項目建成運行一年后放散氣收集系統出現運行治理效果差等問題，現場環境異味未得到穩定改善，因此急需對放散氣收集系統進行進一步改造完善。

1 放散氣收集系統介紹

1.1 煤氣凈化單元放散氣收集系統

煤氣凈化單元按照焦爐近幾年產能升級改造及地理布局呈南北縱向分布，從北至南依次為粗苯溶劑工序、老冷凝鼓風工序、煤氣洗滌工序、焦油油庫工序以及新冷凝鼓風工序。其中粗苯溶劑工序、老冷凝鼓風工序、煤氣洗滌工序和新冷凝鼓風工序各槽罐氣體通過支管各自并聯匯入主管進煤氣負壓系統，工藝流程簡圖見圖1。

圖1 放散氣進煤氣負壓工藝流程簡圖

焦油油庫區域各槽罐氣體通過支管并聯匯入引風機增壓后進入預處理裝置，隨后通過油洗塔、水洗塔、堿洗塔處理后就近進入復合克勞斯爐做配風使用，工藝流程簡圖見圖2。

圖2 放散氣進克勞斯爐工藝流程簡圖

1.2 生化廢水單元放散氣收集系統

生化廢水單元放散氣收集點位為2 座厭氧池、1 座調節池、1 座事故池以及3 座氣浮池。其中厭氧池、調節池、事故池區域上口采用弧形有機玻璃蓋板密封，在弧形有機玻璃鋼蓋板上設置氣體收集管道。3 座氣浮池采用鋼結構及彩鋼板全密封形式，預留窗戶和進出口。以上點位放散氣通過引風機抽送至好氧池前的鼓風機進氣口除塵罩內，作為好氧池曝氣氣源，工藝流程簡圖見圖3。

圖3 生化廢水處理單元放散氣系統工藝流程簡圖

2 放散氣收集系統運行分析及改善

2.1 系統存在的問題

放散氣收集系統初期運行效果良好，現場異味明顯減小，但經過一段時間的運行，后續問題逐漸暴露。

2.1.1 管道腐蝕、堵塞

老冷凝鼓風工序、新冷凝鼓風工序、煤氣洗滌工序放散氣中主要含有H2S、NH3、萘、焦油氣等腐蝕性物質，導致碳鋼管道腐蝕通洞嚴重，外部伴熱蒸汽管道也受到一定程度腐蝕，蒸汽伴熱效果得不到保證。管道積萘嚴重，出現堵塞-腐蝕循環。但粗苯溶劑工序因放散氣主要成分為苯類物質，系統運行良好。

放散氣收集接入煤氣負壓系統點位設在煤氣鼓風機前電捕后，放散氣直接進入煤氣鼓風機，造成鼓風機積萘、焦油嚴重，煤氣水封冷排管堵塞，增加鼓風機跳機概率。同時部分萘、焦油氣通過鼓風機增壓升溫后帶入煤氣洗滌單元，造成洗滌塔器阻力上升。

2.1.2 原焦油油庫工序放散氣收集設計缺陷

焦油油庫工序放散氣收集經過預處理裝置后進入復合克勞斯爐配風燃燒。放散氣的主要收集點為焦油產品槽，其為固定頂，但需經常性進行進料、出料、80 ℃高溫靜置脫水等操作，會引起較大的逸散氣量。引風機在吸入焦油產品槽放散氣的同時還要兼顧地下氨水槽、離心機和焦油渣液化罐逸散氣的吸入，系統設計風量嚴重低于實際風量。放散氣中含有大量萘和焦油氣，造成收集管道頻繁堵塞。大量的萘進入預處理裝置造成堿洗塔、水洗塔內部積萘嚴重，油洗塔內洗油短時間內達到萘飽和。預處理后的放散氣內可燃氣體含量（萘、焦油氣等有機物）偏高，導致可燃氣體分析儀頻繁報警，復合克勞斯爐入口切斷閥自動關閉，氣體被迫直接放散。另外系統設計時未考慮到焦油裝車及出廠正壓煤氣水封的逸散氣收集，造成焦油裝車期間及煤氣水封周邊異味嚴重。

2.1.3 原生化廢水單元放散氣收集設計缺陷

生化廢水單元各收集廢水池放散氣抽氣量設計偏低，各收集點位觀察口處基本無吸力，廢氣易從觀察口、窗戶逸散。氣浮池陽光房長時間失修，多處部位腐蝕通洞。引風機布置在各收集匯總點最近處，風機出口至好氧池有近100 多米的正壓管道，長時間運行后管道存在多處泄漏。

2.1.4 原生化廢水單元放散氣收集后未有效治理

生化廢水單元放散氣系統設計直接將放散氣作為曝氣氣源供至好氧池配風使用，未綜合評估好氧池鼓風對非甲烷總烴、H2S、NH3等惡臭物質的有效分解、吸收，造成實際運行后好氧池周邊異味明顯。

2.2 放散氣收集系統改善

2.2.1 管道腐蝕、堵塞改善

針對老冷凝鼓風工序、新冷凝鼓風工序、煤氣洗滌工序放散氣系統堵塞、腐蝕問題，2021 年將以上工序的放散氣收集碳鋼材質管道更換成304不銹鋼管道。將負壓煤氣接入點由原煤氣鼓風機前電捕后改成初冷器前負壓煤氣管道處，利用初冷器和電捕回收放散氣里的焦油氣和萘，減少對煤氣鼓風機、洗滌工序設備腐蝕、堵塞的影響。制定定期吹掃制度，要求每月對冷凝鼓風工序放散氣收集管道進行2 次氮氣吹掃，對煤氣洗滌工序進行1 次氮氣吹掃，并根據現場運行實際情況，對堵塞的收集支管進行拆卸清堵。管道材質的更換和日常運行管理的加強，使得放散氣系統運行穩定性明顯提高。

2.2.2 原焦油油庫工序放散氣收集設計缺陷改善

針對焦油油庫區域VOCs 放散氣量大且含有大量萘、焦油氣等物質，嚴重影響預處理裝置和克勞斯爐配風安全運行的問題。經與設計院研究，決定對焦油油庫區域VOCs 系統進行兩部分改造。第一是將密封性好的5座焦油槽放散氣單獨鋪設管道送入新冷凝鼓風工序初冷器前負壓煤氣管道，利用初冷器和電捕回收放散氣里的焦油氣和萘。第二是對前期未納入放散氣收集的點位（出廠煤氣水封、焦油裝車平臺）和原密封性較差的點位（地下氨水槽、焦油離心機、焦油渣干化裝置）重新進行風量計算，引風機風量由原設計風量800 m3∕h 增加至1 200 m3∕h，放散氣收集匯總進入預處理裝置處理后進復合克勞斯爐配風。目前該系統運行良好，大大降低了因可燃氣體含量高報警而造成的不必要放散。

2.2.3 原生化廢水單元放散氣收集設計缺陷改善

針對生化廢水單元風量設計偏小、陽光房腐蝕通洞問題，依據《城鎮污水處理廠臭氣處理技術規程》（CJJ∕T 243-2016）對厭氧池、調節池、事故池風量按單位水面面積臭氣風量指標3 m3∕（m2·h），并增加2 次∕h 的空間換氣量，計算得出理論換氣量為8 000 m3∕h。同時，總管在理論氣量計算得出的管徑基礎上擴大1～2 個等級，將原DN300 主管道更換成DN550 主管道。引風機風量由原來6 000 m3∕h 升級成12 000 m3∕h。對腐蝕嚴重的氣浮池陽光房進行重建。

2.2.4 原生化廢水單元放散氣治理措施改善

針對生化廢水單元收集后的放散氣未進行有效治理問題，公司對該單元放散氣收集系統增設放散氣末端“堿洗塔+生物過濾+活性炭吸附”生物處理設施。該系統主要是通過各點放散氣收集匯總進入堿洗塔去除廢氣中部分可溶性氣體，如H2S、NH3等，同時對廢氣進行洗滌凈化。隨后進入生物濾池，通過微生物對H2S、NH3、甲硫醇和甲烷等惡臭污染物質進行氧化分解，最后再進入活性炭吸附箱進行深度凈化過濾，從排氣筒高空排放。末端配置鼓風機使整個系統為負壓，有效地解決了正壓造成的放散氣泄漏，工藝流程簡圖見圖4。

圖4 放散氣末端治理工藝流程簡圖

處理后的放散氣經取樣化驗，數據均滿足國家污染物排放標準中對VOCs 無組織排放要求，檢測數據見表1。

表1 處理后廢氣檢測數據

3 結語

馬鋼煤焦化公司南區化產區域放散氣收集系統的改造已初見成效，現場放散氣得到有效收集和治理，大大改善了職工的工作環境，同時滿足了環保法律法規要求。此外，將冷凝鼓風工序、焦油槽等放散氣收集進入初冷器前煤氣負壓系統也間接回收了高附加值的焦油、萘等有機物，不僅降低了物料的損失、減少了氣體排放，也提高了系統運行安全。