焦化工序工业水“零”直排设计

刘 平

(攀钢钒煤化工厂,四川攀枝花 617023)

焦化工序工业水“零”直排设计

刘 平

(攀钢钒煤化工厂,四川攀枝花 617023)

本文结合煤化工厂工业水节水实践,分析了焦化工序工业水“零”直排工艺设计要点,提出了实现煤化工厂工业水“零”直排的改进措施。

焦化工序 工业水 “零”直排 设计

1 前言

焦化工序工业水的“零”直排从运行管理经验上可理解为水系统具有较高的循环率,对于循环过程中因浓缩倍数升高或工艺条件限制而不得不排除的废水实施资源化利用,最终达到向水体不排放废水的目的。

实现焦化工序工业水“零”直排目标是焦化行业构建循环经济发展模式的重要标志之一,符合科学发展观的要求。焦化行业的节水工作应从系统规划、过程控制、末端治理、大小循环结合等多种措施来提高工业水的循环使用率,最终实现工业水的“零”直排。攀钢煤化工厂在这方面做了有益的探索和实践。本文结合煤化工厂节水工作实际,提出了实现焦化企业工业水“零”直排的相关措施和建议。

2 煤化工厂工业水系统简介

煤化工厂具备年产354万吨焦炭、煤焦油18万吨、轻苯5万吨、焦炉煤气处理量21万Nm3/h的加工处理能力及配套相应的HSB+A/O焦化废水处理装置。煤化工厂工业水系统主要是为满足煤焦和化产系统的各生产环节的用水需求。煤化工厂现有一、二系初冷循环水系统、精苯循环水系统和在建的新3#、4#焦炉区循环水系统,系统的循环水总量为13500 t/h。建有3×550万Kcal/h制冷站一座及配套的制冷循环水系统。

经过多年的攻关,新水消耗从1995年的3200 t/h逐步下降到现在的1000 t/h以内,水的复用率从50%上升到了现在的94%,取得了巨大的经济效益和社会效益。煤化工厂现工业水系统水平衡见图1。

3 煤化工厂节水工作的实践和探索

3.1 对水系统进行科学合理的规划,界定水质概念,按工序工艺要求实施工业水的分质、分段、分类使用。

按水质分类,分为新水系统、净环水系统、浊环水系统、中水回用系统。其水质评价标准是以悬浮物为显性评价指标。各水质来源及水质指标及用户分布如表1。

表1 煤化工厂水质分类表

净循环水系统分为高温循环水系统、中温循环水系统、低温循环水系统。各循环水系统水温分类及用户如表2。

表2 净循环水水温分类表

3.2 提高凉水塔制冷能力,扩大循环水使用量

在2005年以前,随着生产规模的扩大和工艺温度的要求越来越高,而相应的制冷降温设施不配套,凉水塔制冷效率低,为此不得不补充新水来保证生产,由此带来了“大补大排”的问题,水资源的利用率极低。2005年煤化工厂结合新1#、2#焦炉易地大修建设,对一系初冷凉水塔在原地进行了扩能改造建设,按工艺要求,初冷工序循环水需求量为6000 t/h,但为了进一步提高水的复用率,我们经过深入分析和考察,要求将设计循环水量提高至8400 t/h,采用高效雾化带填料式样凉水塔。通过扩大循环水量设计,将精制焦油洗涤和新1#、2#焦炉生产用水纳入循环水系统,为此全厂节约新水近500 t/h。

在工业水的运行平衡过程中,因深冷工序使用工业新水而导致的水量不平衡,是造成工业水直排的主要原因之一。2006年前,在高温季节,为保生产指标要求,煤化工厂的引进单元深冷、煤气终冷深冷、焦油结晶系统等不得使用约800 t/h新水冷却,使用后的新水约300 t/h分补入循环水系统,其余500 t/h直排,造成了较大浪费。针对此问题,煤化工厂在2006年新建了三台蒸汽型溴化锂制冷机,单台制冷量为550万KCaL/h,共生产16℃低温水1500～1900 t/h,将煤气终冷深冷、洗苯深冷、蒸氨深冷等工序全部纳入低温循环水系统。低温循环水系统的投运减少直排水约300 t/h。

3.3 改善和稳定水质,合理控制浓缩倍数

煤化工厂新水由动力厂供给,供应的工业水悬浮物指标为≤30 mg/L,按照有关标准规定,冷却设备工业水悬浮物要求≤20 mg/L,但实际运行中新水悬浮物经常在20～50 mg/L,洪水期更高达80 mg/L。由于新水悬浮物和碱度高,导致循环水凉水塔喷头频繁堵塞、换热器结垢腐蚀严重,为维持简单生产,不得不采用大补大排的运行方式来维持循环水水质,同时与工艺问题相互影响,形成恶性循环。针对上述问题,实施了一系列改善水质的技术改造:

1993年在二系初冷循环水系统新建了2台120 t/h重力式无阀旁滤池,过滤效率达75%以上,过滤后循环水悬浮物含量小于5 mg/L,明显改善了水质,延缓了初冷及引进单元换热设备的结垢及腐蚀速率。

为保证初冷循环水系统持续做到阻垢、缓蚀和灭菌,根据攀钢水质和各设备材质,在静态试验、平行试验的基础上选配和投加水质稳定剂,2004年回收二系初冷循环水系统新建了自动投加药装置并实行了专业化托管,实现了规范和合理投加。投加水稳剂后效果明显:缓减了初冷器本体腐蚀,节省了大量维修费用。初冷器一段效率大大提高,不仅节约了大量的新水,更重要的是为煤气净化和输送提供了保证。

上述措施的实施,实现了各循环水系统的常态化闭路循环,浓缩倍数稳定在2.5～3.0。

3.4 生产工艺的改进和参数的优化是系统节水的重要保障

煤化工厂在多年的节水管理实践中强烈感受到了生产参数的优化是系统节水的重要保障,通过采取技术改造和管理措施,先后对煤气初冷、AS脱硫洗氨、终冷、粗苯和设备冷却参数进行了优化和规范。如通过在煤气处理工序设置油洗萘塔,初冷器煤气集合温度由原来工艺要求的19℃提高到了28℃,初冷器深冷段由原先使用新水改为使用25℃的终冷循环水,节约新水消耗约550 t/h。又如通过在二系煤气处理工序设置了终冷碱洗工艺,原AS脱硫洗涤介质深冷温度由设计的22℃提高到了26℃,减少新水消耗约150 t/h;此外我们还对全厂设备的冷却温度进行了严格控制,要求温度控制在工艺安全要求温度±5℃范围内,也取得较好的节水效果。

3.5 冷热工艺介质充分热交换,减少循环水消耗

为避免气阻、减缓设备结垢腐蚀速率,循环水只适宜冷却80℃以下的介质,对于介质温度较高的,应采取工艺冷热介质充分热交换的工艺,减低水冷介质温度。如煤化工厂的粗苯蒸馏工序中,经洗苯过来的冷富油进入油气换热器,利用脱苯塔顶出来的粗苯蒸汽预热至70-80℃后,再进入贫富油换热器与180℃的热贫油换热到130-140℃,进入脱水塔进行脱水作业。工艺介质的热交换,不但节约了贫油冷却水量,而且还减少了洗苯富油脱苯加热蒸汽消耗,一举两得。同样的实例在脱酸蒸氨、工业萘蒸馏和干熄焦的工艺过程中得到了广泛的应用。

3.6 大力推广和实施干法熄焦、干法除尘等节水型工艺

在煤化工厂的三期焦炉工程建设中,采用了干法熄焦和干式除尘工艺,同传统工艺相比,相应焦炉吨焦水耗可降低0.64 t/t焦,还回收利用了0.5～0.6 t/t焦的高品质余热蒸汽资源,避免了水污染与大气污染相互转移的矛盾。

3.7 合理选用换热和制冷设备,实现低耗高效

在凉水塔的建设和改造中,我们的凉水塔选用雾化带压喷头+不锈钢填料层+风机的运行工艺。同以往的溅水式不带压喷头凉水塔相比,具有布水均匀、喷头不易堵塞、制冷效率高、低温季节可停运风机等优点。

在换热设备的选型上,我们优选板式换热器,它具有传热系数高、结构紧凑等优点,针对其易堵塞的缺点,通过设置清扫措施和规范管理等措施进行定期清扫和监测,确保换热效率。

3.8 合理利用余热蒸汽资源,实施工业溴化锂制冷技术

2006年煤化工厂新建了三台溴化锂制冷机和相应的低温循环水系统,总制冷量为1650万KCaL,以攀钢的余热蒸汽为热源,制出16℃低温水约1500～2100 t/h,通过管网优化运行,将煤气终冷、洗苯深冷和蒸氨深冷等工序纳入低温循环水系统,有效改善了工艺工况,减少新水消耗约200 m3/h。近两年的实践表明双效蒸汽型溴化锂制冷机具有制冷效率高、运行稳定、操作控制简单和设备维护费用低等优点。

同时在制冷机的工艺设计上,我们实现了高温季节运行制冷机,冬季停运制冷机,将制冷机负荷转移到制冷凉水塔冷却。

3.9 实施大小循环相结合的水系统运行模式和新水的串级使用方式

水系统的大小循环是一个相对概念。我们把厂内或工序内部的循环称为“小循环”,对于因工艺且缺陷和环境条件限制而导致直排的工业水进入攀钢原水或净化系统,实现公司内部的再生利用称为“大循环”。

在水系统的运行管理上,着重内部挖潜,以实现系统的“小循环”为目标。先后实施了化产车间冬季工业水零直排改造、精苯水系统闭路循环改造、煤焦系统废水集中收集沉淀后回用等改造措施,效果十分明显。在夏季,由于气温较高、低温循环水量不能满足生产要求,大量新水补充导致系统失衡,通过管网改造,我们将这部份水量送入攀钢能动中心轨梁水站和焦化水站,实现再生利用;对于生化废水,采用了HSB+OA处理工艺,处理后的废水送至攀钢环业公司生产用水,实现浊水资源的再用。

对于煤气鼓风机、备煤粉碎机和干熄焦等对水质和安全性要求较高的工序和设备,我们使用高质新水作为冷却用水,经冷却后的回水进入循环水系统作为补水,实现串级使用。

3.10 进一步完善了水系统的计量和监控措施,实施水量的定额考核管理

自2000年以来,煤化工厂对全厂的水系统一、二、三级计量不断进行了完善,现所有外供新水全部实现了一级计量和在线监控。对车间和重要工序的工业水计量实现了二级计量,计量措施的完善为节水工作的开展提高了良好的基础。

在节水管理上,自2006年起实施了定额考核管理办法,超量部分按新水单价的2～10倍进入所在单位成本,有效促进了各单位节水工作的开展。

3.11 对循环水系统实施专业化托管的运作模式,完善水质监测和换热设备监控措施

借鉴先进企业的管理经验,煤化工厂自2004年起对循环水系统实行了专业化托管的运作模式,专业化公司对药剂配比、水质监控及预警、前瞻性技术服务等开展专业化服务工作,有效保证了循环水系统水质和换热设备的稳定运行率。

将换热设备的监测管理纳入生产工艺过程控制管理,定时监测换热设备换热效率、定期清透。

4 煤化工厂工业水系统存在问题

煤化工厂工业节水虽取得了巨大的成绩,但系统还存在约200～300 t/h的直排工业水量,煤气初冷集合温度高出工艺要求温度4～8℃。

5 煤化工厂工业水系统“零直排”工艺设计

我们将全厂工序分为备煤、炼焦、煤气冷凝鼓风、煤气终冷洗苯工序、蒸氨、粗苯蒸馏工序、精制焦油、精苯蒸馏工序、非生产用水。对于工序用水按照分质、分类和分段原则、就进原则和工艺互补的原则进行工艺设计。

5.1 备煤工序用水

备煤生产用水主要为粉碎机冷却用水、煤场抑尘等用水。

备煤粉碎机耦合器油温工艺控制要求小于45℃,工艺上可选用中温净循环水。结合新3#、4#焦炉新建300 t/h中温循环水系统建设工程,将备煤一系粉碎机冷却水纳入该循环水系统,水量消耗约为70 t/h。备煤二系粉碎机就近纳入回收一系初冷循环水系统,使用量约为50 t/h,备煤粉碎机工业水可实现“零”直排。

煤场抑尘喷洒用水为非连续性用水,对水质要求较低,可利用浊水资源。就近利用新3#、4#焦炉上升管水封回水资源,经集中收集后供应煤场除尘呢和环境清扫使用。

5.2 炼焦工序用水

炼焦工序用水主要为焦炉上升管、装煤推焦除尘风机冷却用水、干熄焦设备冷却用水。

焦炉上升管用水主要功能是水封,对水质要求较低,水量约为10 t/h,可利用就进循环水系统的排污置换水作为水源,使用后回水送入备煤工序作为煤场除尘、环境清扫等使用。

推焦装煤除尘设备工艺温度要求为小于55℃,工艺上优先使用中温净循环水资源,水量约为120 t/h,将工序用水纳入就近循环水系统。

干熄焦设备冷却主要集中于干干熄焦锅炉给水泵、强制循环水泵、环境除尘风机等,设备工艺温度要求小于55℃,同样可就近纳入区域循环水系统,实现闭路循环。考虑系统的安全性要求极高,工业新水作为备用冷却水。

培养学生自主学习能力，是现代教育对教师教学的基本要求。就小学语文朗读教学而言，仅仅依靠有限的课堂教学时间，是难以取得好的教学效果的。因此，小学语文教师要本着“学生主体”的教育思想，将朗读训练延伸到课前预习、课后复习环节，通过自主朗读训练的开展，激发学生朗读兴趣，促进学生语言表达能力的提升。首先，预习环节的朗读训练。在课前预习环节，教师要指导学生大胆、大声朗读，熟悉文本的生字词，能够结合自己的理解，有感情朗读，促使学生语感的形成。其次，在复习环节，学生要结合教师在课堂教学中的指导进行自主朗读，改正自己在预习朗读中存在的问题，使自己的朗读更加完善，促进学生朗读能力的提升。

5.3 煤气冷凝工序

一系循环氨水泵和鼓风机冷却水使用新水约150 t/h,回水补入一系初冷循环水系统。

一系初冷分三段冷却,一段使用脱硫循环液冷却水(高温循环水)、二段使用中温循环水、三段使用低温循环水。

二系初冷分两段冷却,一段使用中温循环水、二段使用低温循环水。

5.4 煤气终冷、洗苯工序

煤气终冷分上下段冷却,下段循环冷却约使用循环水冷却、上段循环液使用低温循环水冷却、洗苯深冷使用低温循环水冷却。

5.5 煤气脱硫

真空碳酸盐脱硫循环液采用两段冷却,一段使用中温循环水冷却,冷却后回水送入回收一系初冷一段串级使用,二段使用低温循环水冷却。

5.6 蒸氨工序

蒸氨工序首先应采用工艺介质换热,将冷液介质温度降至80℃以下时,再用工业水进行分段冷却,可按三段冷却来设计,一段使用高温循环水、二段使用中温循环水、三段使用低温循环水。

5.7 粗苯蒸馏工序

粗苯蒸馏工序首先应采用工艺介质换热,将贫油温度降至90℃以下时再采用水冷,实施高、中、低问段分段冷却,分别使用高、中、低温循环水资源。

5.8 精制焦油工序

精制焦油工序工艺冷却温度变化较大,从20～240℃不等。在工艺设计上应充分考虑工艺介质的冷热交换后使用高中温循环水分段冷却、各结晶机系统使用工业新水,回水系统作为补充水;对于沥青链板机应侧重使用循环浊水资源,浊水温度控制在40℃以下,回水冷却方式可采用自然冷却或强制制冷。

在水量的设计上,应按回水温度小于45℃设计,缓减高温带来的结垢腐问题。

5.9 精苯工序

精苯冷却油温要求从约100℃冷却到35℃以下,应先采用分段冷却。一段使用循环水资源冷却至45℃以下,二段用新水冷却,冷却后回水送入生化废水处理工序作为稀释水。

5.10 非生产工序用水

非生产工序用水主要集中于绿化用水,应优先考虑使用经处理后的生活污水或再次利用水。

根据上述工艺思路,我们对全厂的工序用水水量进行了计算。计算结果如表3。

表3 全厂工序用水水量计算表

通过上述计算,实现焦化工序的零直排关键是提高水系统的循环率,其中需高温循环水11757 t/h、中温循环水5700 t/h、低温循环水2840 t/h。按照攀枝花地区敞开式循环水系统3%～4%的蒸发排污损失率计,实现工业水“零”直排时,全厂的新水消耗量为523～698 t/h。

目前煤化工厂的高温循环水系统的运行能力为13500 t/h、中温循环水系统的能力为3200 t/h、低温循环水的供应能力为2100 t/h,工业水“零”直排的工艺障碍是中温循环水和低温循环水量严重不足,针对此问题煤化工厂已开始着手制冷站的扩能改造工作工作,计划新建一台550万KCaL/h溴化锂制冷机,全厂制冷机组及配套系统满足全厂生产3000 t/h低温水的能力。

通过制冷站扩能改造和管网优化运行改造后,煤化工厂工业水系统水量平衡图如图2。

6 焦化工序工业水“零”直排工艺设计建议

在新建焦化工程设计中,工业水的“零”直排是设计中的重要思想和能环评价中的重要标志之一。本文结合攀钢煤化工厂实际,提出了以下设计建议:6.1 应根据工艺用水要求分质、分类、分段用水。对于煤焦工序,抑尘、水封使用循环水系统置换排污的浊环水资源,焦炉配套除尘和干熄焦用水应就近纳入区域中(高)温循环水系统;化产工序的用水应分段使用,根据温度要求合理分配高、中、低温循环水资源,实现闭路循环工艺。

6.2 完善的清污分流措施是提高水资源重复利用率的重要保证。设计中应将生产废水、生活污水、酚水的排水系统彻底分离。

6.3 扩大循环水量,尽可能使用循环水资源,工业新水仅作为系统的蒸发排污补充水,对于余热蒸汽量较为充足的企业,尽可能实施工业化的蒸汽溴化锂制冷技术、深冷负荷尽量使用低温循环水,制冷机的进出水温要确保稳定,必须制冷机出水水温波动带来的恶性循环。

6.4生产工艺应选用短流程低水耗工艺,合理选择工艺参数,工艺上应充分考虑冷热工艺介质的热交换,降低循环水消耗。

6.5 应适度提高凉水塔制冷设计能力,部分循环水可实现串级使用。

6.6 选用高效换热设备和制冷凉水塔。

6.7 对于如鼓风机、干熄焦等设备冷却用水可采用新水冷却后再送入循环水系统作为补水。

6.8 选用合适的水质稳定剂和水质监测系统。

6.9 水系统运行工艺按冬、夏季运行方式进行设计。

6.10 对于钢铁联合企业中的已建焦化企业,工业水存在直排水的,工艺上可采用大小循环相结合的改造和运行方式,将未平衡水量送入公司大系统进行调节和再生使用。

6.11 对于焦化废水进行处理后纳入大循环水系统的浊水系统。

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

刘平,男,生产技术(安全环保)科副科长。