热净煤气代替冷煤气的研究与应用

戴光辉，邓卫华

(锡矿山闪星锑业有限责任公司，湖南冷水江 417500)

煤气发生炉是竖罐炼锌厂的能源装置，在冷煤气的生产过程中，煤气要经过双竖管等净化设备的处理，以除去煤气中的灰渣和焦油，因此产生大量煤气洗涤废水。锡矿山闪星锑业有限责任公司锌厂(以下简称锡矿山锌厂)对煤气洗涤废水的处理是先自然沉淀，再经冷却塔冷却后循环使用。但随着循环次数增加，污染物的浓度会增大，导致循环水的水质越来越差，最终引起双竖管的管道堵塞、设备的腐蚀及磨损，水温降不到工艺的要求，煤气冷却效率降低，达不到生产要求的指标，造成煤气站不能正常生产，最终破坏煤气洗涤的闭路循环，迫使煤气洗涤废水向外排放，造成水体环境的严重污染。随着国家对环保要求越来越高，锡矿山锌厂通过应用热净煤气代替冷煤气的改造方案，从源头上消除煤气洗涤废水，从根本上解决了这一污染难题。

1 冷煤气工艺流程和存在的问题

1.1 冷煤气工艺流程

两段式煤气发生炉冷煤气工艺流程简介如下:粒度为15～45 mm的中块煤，经过炉顶料仓进入两段式煤气发生炉的干馏段，煤受到来自气化段的热煤气加热而生成半焦。半焦下行至气化段，与由炉底进入的空气和水蒸气进行气化反应，生成发生炉煤气。部分煤气经过包围干馏段的火道引出，称为下段煤气，其出口温度约为600～700℃，煤气压力为1～1.5 kPa，进入双竖管进行降温和洗涤，经间接冷却器、二级电捕，然后经煤气加压后送出;另一部分煤气进入干馏段煤层，与干馏煤气混合后从二段炉顶部引出，称为上段煤气，其出口温度约为100～150℃，煤气压力为0.4～0.5 kPa，经切断水封、一级电捕、间接冷却器后进入二级电捕，然后经煤气加压机加压后送出。其工艺流程如图1所示。

图1 冷煤气工艺流程图

1.2 冷煤气系统存在的问题

1.2.1 煤气洗涤废水污染环境

煤气洗涤水主要是在双竖管中用以洗涤煤气，以除去煤气中的灰渣和焦油，在洗涤过程中产生大量的含酚类、石油类、氰化物、悬浮物等有害污染物的废水。锡矿山锌厂对煤气洗涤废水的处理采用自然沉淀方法，废水靠重力排入沉淀池和澄清池，再经冷却塔冷却后循环使用。煤气洗涤废水虽是闭路循环，但随着循环次数增加，污染物的浓度会增大，需要更长的沉淀时间;该厂煤气用量为20 000 m3/h、煤气洗涤废水量高达230 t/h，而沉淀池容量有限，不可能长时间地沉淀，这就导致循环水的水质越来越差，最终引起双竖管的管道堵塞、设备的腐蚀及磨损，水温降不到工艺的要求，煤气冷却效率降低，煤气质量达不到生产要求的指标，造成煤气站不能正常生产，最终破坏煤气洗涤的闭路循环，迫使煤气洗涤废水向外排放，造成水体环境的严重污染。

1.2.2 冷煤气中水分高，煤气质量差

冷煤气中水分的主要来源是气化过程未分解的水蒸汽、燃料外在水分、燃料低温干馏热解水、冷却水。通过生产过程分析、测算，确定了冷煤气中夹带水分的主要原因是冷却塔冷却效果不好;双竖管的热交换效率低;双竖管出口温度波动较大。该厂冷煤气出站温度一般在45℃左右，但随着热循环废水的水质变差，煤气冷却效率降低，出站温度不断升高，夏季时能达到55℃以上。出站温度升高引起煤气中水蒸汽含量的增加，煤气中水分过多带来的危害是多方面的，主要表现在:(1)随着煤气中水分含量增加，相应干煤气的体积就减少，造成排送机的输送能力降低，增加设备电耗;(2)造成竖罐炉的热效率降低。竖罐炉的热效率与炉子温度有关，因而亦与煤气的理论燃烧温度有关，由于水蒸汽是惰性气体，不能燃烧，所以随着煤气中水分含量增加，煤气热值降低，理论燃烧温度也就降低，从而造成竖罐炉炉温下降，为了保证正常的竖罐炉温度，就必须延长加热时间，导致煤气用量增加，竖罐炉的热效率降低。所以，降低煤气中水蒸汽含量对生产过程具有重要意义。

1.2.3 冷煤气热效率低

在冷煤气流程中热交换损失最大的是在双竖管，从发生炉出来的550℃高温煤气几乎将70%以上的显热传给竖管循环水，竖管循环水受热后，少部分变成水蒸气与煤气一起进入下道工序，大部分升温后回流到平流沉淀池，经过自然冷却和沉淀后，继续循环使用。竖管循环水和煤气直接接触换热，虽然降低了煤气温度，但煤气显热不能回收，造成能源浪费，经济损失明显。

2 热净煤气改造的内容和技术创新点

2.1 改变工艺流程，用热净煤气代替冷煤气

根据该厂竖罐炉对煤气质量要求:含焦油＜0.2 g/m3、含尘低于0.4 g/m3，将冷煤气改造为热净煤气。改造内容为利用原有煤气炉，对煤气净化系统进行改造。针对上段煤气焦油含量高的特点，选用旋风收尘器+电捕+静电收尘器三级除焦除尘工艺;针对下段煤气含尘量多、温度高(550℃)、焦油含量少的特点，选用旋风收尘器+静电收尘器两级除焦除尘工艺。热净煤气工艺流程如图2所示。

图2 热净煤气工艺流程图

2.2 对电捕进行改造提高捕集效率

因热净煤气系统只使用一级电捕捕集焦油，其运转效率对整个系统的影响非常大。因此该厂采取了以下措施:(1)将冷煤气系统中的二级电捕并入系统中作为备用，定期进行轮换;(2)对电捕瓷瓶的保温方式进行改进，由过去的蒸汽保温改为现在的电保温，减少电捕瓷瓶的故障率。经过5 a的运行检测，电捕运行达到预期效果，确保净化后的热煤气能满足蒸馏竖罐炉和精馏炉的要求。

2.3 对饱和蒸汽与送风流量的调节实现远程控制

改造前饱和蒸汽和送风流量的调节都是采用在现场进行原始的手工调节，存在员工劳动强度大、调节不及时、影响煤气炉运行的问题。现对饱和蒸汽的调节实行自动控制、对送风流量的调节改为远程调节的操作方式，大大方便了员工的操作，也为煤气炉的正常稳定运行创造了条件，提高了煤气炉的效率。

3 改造效果

3.1 从源头上消除洗涤废水

热净煤气系统用旋风收尘器、电捕和静电除尘器除去煤气中的灰渣和焦油，对下煤气不经过喷淋洗涤降温除尘，不产生废水。因此在源头上消除了煤气洗涤废水，彻底根治了煤气站的环保问题。

3.2 满足生产要求、简化工艺流程、节能减排

热净煤气代替冷煤气后，煤气中的含尘量略有增加，但仍能满足竖罐炉的生产要求，改造前后煤气质量见表1。热净煤气只需要少量的软化水用于煤气炉的生产，不对煤气进行喷淋洗涤，用水量大幅削减，煤气站的水耗削减77.9%。通过取消加压机、间冷器、双竖管、二级电捕等设备，简化工艺流程，电耗削减38.2%，改造效果见表2。

3.3 提高煤气质量、提高热利用效率

采用热净煤气后水分的主要来源是气化过程未分解的水蒸汽、燃料外在水分、燃料低温干馏热解水。由于没有用水直接喷淋洗涤煤气降温而使大量的水蒸汽进入煤气，所以提高了煤气质量。热净煤气提高了入炉煤气温度，将煤气出站温度由45℃左右提高到250℃左右，改善了竖罐燃烧条件，提高了热利用率，节约了能源。

表1 改造前后煤气质量

表2 改造前后水电的消耗量

4 结语

锡矿山锌厂自2006年12月完成煤气发生站热净煤气代替冷煤气的改造后，经过5 a多的生产实践证明，热净煤气能够满足竖罐炼锌冶金炉的要求，同时成功地消除了煤气洗涤废水污染环境的问题，水耗削减77.9%，电耗削减38.2%，提高了热利用率，节能减排效果非常显著。

［1］ 宋来洲，郑秋艳，王继斌.煤气洗涤废水处理的实验研究［J］.工业水处理，2008，28(1):34－37.

［2］ 弓朝红.煤气中水分含量升高带来的危害及改进措施［J］.山西焦煤科技，2009，(6):27－29.

［3］ 北京有色冶金设计研究总院.重有色金属冶炼设计手册·铅锌铋卷［M］.北京:冶金工业出版社，2002.

［4］ 《有色冶金炉设计手册》编委会编.有色冶金炉设计手册［M］.北京:冶金工业出版社，2007.