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  • 焦化行業面臨的大氣污染問題及其減排途徑

    返回列表來源:天正潔能          發布日期:2019/9/5    |    加入收藏關注:

    摘要從國家地方環境政策及焦化行業的大氣污染現狀2個方面總結分析了焦化行業大氣污染目前所面臨的問題,提出了超低排放的技術路線,重點分析了大氣污染減排的途徑,為生态環境主管部門和焦化企業提供技術支持。
    随着我國多地遭遇持續的霧霾天氣,大氣污染防治形勢變得異常嚴峻。國家層面已經明确要加快生态文明體制改革,着力解決突出的環境問題。特别是“氣十條”實施以來,焦化行業的大氣污染治理“攻堅戰”雖然取得了階段性勝利,但與人們對美好生活環境的向往還有一定差距。
    面對焦化行業日益突出的大氣污染問題,國家及地方已經逐步實行焦化行業特别排放限值和秋冬季錯峰生産,《鋼鐵企業超低排放改造工作方案》已經完成征求意見。河北省已經發布了《煉焦化學工業大氣污染物超低排放标準》(DB 13/2863—2018,2019年1月1日執行),部分省市已經開始實施超低排放改造。焦化行業目前面臨的環境形勢十分嚴峻,隻有通過多措施并舉才能盡快改變現實局面,實現焦化行業的可持續發展。
    1焦化行業面臨的環保壓力
    國家和地方對焦化行業提出了嚴格的大氣污染控制要求,焦化行業面臨的大氣減排形勢十分嚴峻,技術裝備和環保升級改造迫在眉睫。
    1.1藍天保衛戰三年行動計劃
    重點區域加大獨立焦化企業淘汰力度,京津冀及周邊地區實施“以鋼定焦”(鋼焦比0.4左右)。重點區域焦化全面執行大氣污染物特别排放限值。重點區域城市建成區内焦爐實施爐體加罩封閉,并對廢氣進行收集處理。
    1.2 2018—2019年秋冬季大氣污染綜合治理攻堅行動方案
    1.2.1京津冀及周邊地區
    河北、山西省全面啟動炭化室高度4.3m及以下、運行壽命超過10年的焦爐淘汰工作。河北、山東、河南省要按照2020年底前鋼焦比不高于0.4的目标,加大獨立焦化企業淘汰力度。深化焦化行業污染治理,強化無組織排放管理,廠内所有散狀物料儲存、輸送及主要生産車間應密閉。鼓勵城市建成區内焦爐實施爐體加罩封閉,并對廢氣進行收集處理。
    各地重點對焦化等高排放行業實施采暖期錯峰生産。對行業污染排放績效水平明顯好于同行業其他企業的環保标杆企業,可不予限産,包括焦爐爐體加罩封閉、配備焦爐煙囪廢氣脫硫脫硝裝置,且達到特别排放限值的企業。
    1.2.2汾渭平原
    加大現有焦化企業整合力度,提升産業裝備水平,大幅減少企業數量。全面啟動炭化室高度4.3m及以下、運行壽命超過10年的焦爐淘汰工作。
    實施焦化行業深度治理。實施精煤、焦炭等散狀物料儲存和輸送密閉改造;焦爐爐體安裝高清紅外視頻監控裝置;焦爐煙囪、裝煤地面站、推焦地面站、幹法熄焦地面站等主要排放口安裝自動監控設施;加強化産區域揮發性有機物(VOCs)的控制和治理,将煤氣淨化系統冷鼓各類貯槽(罐)及其他區域焦油、苯等貯槽(罐)的有機廢氣接入壓力平衡系統或收集淨化處理;酚氰廢水處理設施加蓋并配備廢氣收集處理設施;開展設備和管線洩漏檢測與修複工作;加快推進焦爐機側除塵系統建設;鼓勵城市建成區及周邊區域焦爐實施爐體加罩封閉工作。
    1.3地方要求
    1.3.1山西省打好污染防治攻堅戰推動轉型升級實施方案
    合理平衡淘汰焦炭産能與新建焦炭産能,确保焦炭産能總體穩中有降,先進焦爐占比快速提升,污染排放總量大幅度降低。2019年10月1日起,全省焦化企業全部達到環保特别排放限值标準。到2020年,炭化室高度5.5m以上焦爐産能占比達到50%以上,焦化裝備水平明顯提升。
    加強對焦爐裝煤推焦、物料封閉儲存、除塵等關鍵環節中的無組織排放進行排查和深度治理,加強對無組織排放的監督管理。焦化企業要采用先進技術,加快對傳統濕法熄焦工藝實施改造。
    1.3.2山東省打赢藍天保衛戰作戰方案
    加大落後産能淘汰和過剩産能壓減力度,嚴格執行質量、環保、能耗、安全等法規标準,推動焦化行業轉型升級。加大7個傳輸通道城市獨立焦化企業淘汰力度,全省實施“以鋼定焦”。
    1.3.3河北省打赢藍天保衛戰三年行動方案及深度減排方案
    (1) 三年行動方案。唐山市要把大幅壓減産能、優化産業布局作為主攻方向,強力推進焦化行業退城搬遷和超低排放升級改造。嚴禁新增焦炭産能,焦炭産能控制在8 000萬t左右。全省焦化企業料堆場按照《煤場、料場、渣場揚塵污染控制技術規範》(DB 13/0352—2016)存儲要求,實現規範管理。按照“典型示範、對标先進、分步實施”的原則,全面實施超低排放改造。對城市建成區内焦爐實施加罩封閉,并對廢氣進行收集處理。到2020年10月,全省焦化行業全部完成深度治理,達到超低排放标準。2020年,符合條件的焦化企業完成有色煙羽治理。對傳輸通道城市的焦化企業實行錯峰生産。
    (2) 深度減排方案。焦爐煙囪煙氣顆粒物、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分别不高于10mg/m3、15mg/m3、100mg/m3,焦爐裝煤工序顆粒物、二氧化硫排放濃度分别不高于10mg/m3、50mg/m3,推焦工序顆粒物排放濃度不高于10 mg/m3;焦化行業料場、運輸通廊封閉;焦爐爐體煙塵強化無組織逸散控制;化産回收工序和各類貯罐強化污染物回收處理;管道、閥門、泵站、污水處理等強化精細管控,建立洩漏與檢測修複制度;加強開停車、檢(維)修、生産異常等非正常工況污染控制,減少顆粒物、VOCs等無組織排放。
    2焦化行業大氣污染防治存在的問題
    (1) 焦化行業污染物的排放未全部達标,如裝煤廢氣中的SO2和Bap有超标現象,煤氣淨化區VOCs的治理措施比較薄弱等。
    (2) 焦爐的無組織排放管控相對較差。
    (3) 大氣環境防護距離或衛生防護距離難以滿足要求。
    (4) 産能過剩,市場空間有限。
    (5) 污染治理技術之間差異較大,部分技術不能長期穩定達标。
    (6) 資源配置及産業布局不合理,獨立焦化企業的占比較大,集中度不高,不利于焦化企業餘熱、餘能的回收利用(幹熄焦),不利于焦爐煙囪廢氣氮氧化物的控制,不利于資源的綜合利用及化産品的深加。
    (7)濕法熄焦過程中産生的污染物種類及其排放量有待進一步研究。
    3超低排放限值與特别排放限值的對比
    《鋼鐵企業超低排放改造工作方案(征求意見稿)》(環辦大氣函[2018]242号)中焦化的排放限值總體上嚴于《煉焦化學工業污染排放标準》(GB 16171—2012)中的特别排放限值,詳細對比情況見表1。
    4焦化行業超低排放的技術路線
    焦化行業大氣污染的控制可以通過3類方法來實施:一是源頭減量;二是過程控制;三是末端治理。源頭減量相對于末端治理,通常成本更低、更有效、更可控。企業通過采取以下技術路線并加強管理,可以達到超低排放水平。
    4.1焦爐煙囪廢氣
    (1) 源頭減量。加熱煤氣采用低硫、低氮燃氣,加熱采用廢氣循環與多段加熱相結合的低氮燃燒技術。多段加熱是向立火道分段供入空氣,形成多點燃燒,在實現焦爐均勻加熱的同時,降低燃燒強度,減少NOx産生量;廢氣循環技術是将焦爐燃燒廢氣摻入至立火道燃燒系統,降低氧含量,加快氣流速度,拉長火焰,降低火道溫度,減少NOx産生量,分為爐内廢氣循環和外部煙氣回配2種工藝,其中外部煙氣回配對于使用焦爐煤氣加熱的焦爐更适用。
    (2) 過程控制。加強焦爐生産操作管理,降低空氣過剩系數,加強爐溫管理,避免系統性溫度偏高或高溫火道存在。
    (3) 末端治理。焦爐煙氣脫硫脫硝常見的方法有(半)幹法脫硫+除塵+SCR脫硝、新型催化法脫硫+SCR脫硝、SCR脫硝+ (半)幹法脫硫濕法脫硫+除塵、活性炭活性焦法脫硫脫硝等主流工藝技術。除塵可優先選用高效布袋除塵方式并控制過濾風速。(半)幹法脫硫的脫硫劑可采用鈣基或鈉基脫硫劑。
    4.2裝煤廢氣(含爐頭煙)
    4.2.1頂裝焦爐
    可采用集氣管負壓+高壓氨水噴射+單孔炭化室壓力調節或集氣管負壓+單孔炭化室壓力調節這2種技術路線配合密閉裝煤車實現無煙裝煤。密閉裝煤車設置雙層導套,内外套之間、外套與裝煤孔座之間采用特殊密封結構,減少裝煤煙氣無組織排放。單孔炭化室壓力調節技術是在上升管和集氣管之間的橋管處設有煤氣流量自動調節裝置,在裝煤和結焦過程中通過調節單個炭化室内荒煤氣進入集氣管的流通斷面,穩定炭化室壓力,減少爐門、裝煤孔等處廢氣無組織排放。該技術可單獨使用,也可與高壓氨水噴射技術聯合使用。
    可采用集氣管正壓+高壓氨水噴射+除塵裝煤車+地面除塵站+脫硫的技術路線,将爐頂裝煤逸散的煙氣進行除塵、脫硫。除塵采用幹式地面除塵站,選用覆膜濾料或其他優質濾料。煙氣脫硫可采用活性焦/炭法或幹法脫硫。
    4.2.2搗固焦爐
    可采用集氣管正壓+高壓氨水噴射+雙u形管煙氣轉換技術。煙氣轉換技術是将正在進行裝煤操作的炭化室煙氣導入相鄰炭化室内,減少裝煤煙氣無組織排放。也可采用集氣管負壓+高壓氨水噴射+單孔炭化室壓力調節+雙U形管煙氣轉換技術。
    搗固焦爐和頂裝焦爐的機側爐頭煙治理均采用幹式地面除塵站,選用覆膜濾料或其他優質濾料。
    4.3推焦廢氣
    推焦過程焦側産生的廢氣直接送幹式地面除塵站,選用覆膜濾料或其他優質濾料。
    4.4幹熄焦廢氣
    幹熄焦廢氣中SO2濃度占比最大的煙氣來自于幹熄焦裝置循環風機後放散氣和排焦溜槽廢氣,這部分煙氣量約為除塵風量的10%左右,溫度為100-130°C。針對幹熄焦廢氣特點,可采取以下技術路線。
    (1) 對傳統地面除塵站的除塵系統進行改造升級,優選覆膜濾袋并控制合理的過濾風速。
    (2) 用管道單獨收集含SO2濃度高的循環風機後放散氣體和排焦溜槽廢氣,優先采用除塵+幹法脫硫(SDS、活性焦等)+除塵的工藝路線進行處理後,排至環境地面除塵站煙囪。建有焦爐煙道氣脫硫脫硝裝置的企業,可優先采用将這部分氣體經過除塵後送至焦爐煙道氣脫硫脫硝系統統一處理的技術路線。
    4.5物料及産品的破碎、篩分
    煤粉碎:機械除塵,煤粉經加濕後回到工藝系統。
    煤轉運站:幹霧抑塵或袋式除塵。
    篩焦:設幹式地面除塵站。
    焦轉運站:設袋式除塵。
    焦粉:貯存後用吸排罐車或氣力輸送外運。
    4.6焦爐的無組織排放
    4.6.1爐門
    爐門及小爐門的密封依靠刀邊結構,通過施加彈性力,将爐門刀邊頂壓在爐門框上,形成密封。爐門及小爐門刀邊采用彈性刀邊,刀邊密封采用彈簧頂壓。爐門刀邊、爐門框密封面等需要及時清理。
    4.6.2爐頂
    常規焦爐爐頂無組織污染物逸散口包括裝煤孔(頂裝焦爐)或導煙孔(搗固焦爐)、上升管蓋、橋管與閥體的連接處、上升管底座。
    對于頂裝焦爐,裝煤孔座與蓋應及時清掃,裝煤後采用泥漿密封,保證其密封性能。對于搗固焦爐,采用水封式導煙孔,可杜絕該部位污染物洩漏。上升管蓋、橋管與閥體承插均采用水封結構,可杜絕該部位污染物洩漏。上升管底座與爐體之間采用陶瓷纖維繩及耐火泥密封,減少洩漏。
    采用單孔炭化室壓力調節技術,在裝煤和結焦過程中通過調節單個炭化室内荒煤氣進入集氣管的流通斷面,穩定炭化室壓力,減少爐門、裝煤孔等處廢氣無組織排放。
    4.6.3焦爐加罩
    傳統焦爐設備和機械均露天布置、操作和生産,焦爐設置了除塵系統,對生産過程産生的大量煙塵進行了有效除塵,但除塵系統工作的前期、末期,其捕集率達不到100% ,仍有少量煙塵逸散到大氣中。
    另外,在焦爐其他部位(如爐頭、小爐門、裝煤孔等處)仍可能有連續或非連續的少量煙塵外逸,由于外逸點多,無法将其統一有效收集。焦爐加罩的實施可使焦爐生産過程中存在的大氣污染物無組織排放變為有組織排放,進一步降低焦爐生産對大氣環境的影響,控制效果更好。
    盡管部分省市鼓勵有條件的焦化企業實施焦爐加罩密閉,但是還存在一定的風險因素,如加罩對焦爐爐體負荷的影響甚至可能導緻焦爐結構的重新設計,對焦爐區域防火防爆設計、設備的選型、煤氣放散方式和焦爐區域的操作環境等均有影響。另外在沿海地區台風也會對焦爐大罩的結構甚至爐體本身造成巨大破壞,這一自然風險也必須考慮在内。隻有将這些問題進行詳細論證後方可實施焦爐加罩方案。
    4.7煤氣淨化裝置廢氣
    4.7.1煤氣淨化裝置無組織排放有機廢氣
    對于煤氣淨化裝置無組織排放的有機廢氣,其技術路線如下。
    (1) 設置壓力平衡系統送至負壓煤氣管道,實現廢氣的零排放。壓力平衡技術是利用管道将煤氣淨化單元各貯槽及相關設備的放散口與煤氣管道連接在一起,通過充入氮氣的方式調節系統壓力,保證整個系統處于與環境壓差-150~-50 Pa的壓力範圍,各放散口放散氣引入煤氣鼓風機前的負壓煤氣管道内,避免放散氣外排。
    (2) 将各貯槽産生的廢氣集中收集送排氣洗淨塔進行洗滌淨化,排氣洗淨塔通常采用酸洗、堿洗、洗油洗滌、水洗等措施,洗滌後送至焦爐或其他燃用煤氣的設施焚燒,實現廢氣零排放。
    其中,壓力平衡系統進行有機廢氣的治理是一種發展趨勢。煤氣淨化裝置區應盡快開展設備和管線洩漏檢測與修複工作。
    4.7.2脫硫再生尾氣
    脫硫再生尾氣設有三級洗滌:先經堿洗,除去尾氣中的酸性物質;再經酸洗,除去尾氣中的堿性物質;最後經水洗,以進一步除去尾氣中夾帶的殘留物質。經過三級洗滌淨化後的再生尾氣送至焦爐處理系統。
    4.7.3粗苯管式爐
    設粗苯管式爐時,可采用淨化後焦爐煤氣或混合煤氣燃燒加熱富油,并将管式爐産生的燃燒廢氣送至焦爐煙氣的脫硫脫硝裝置;未設粗苯管式爐時,可采用中壓蒸汽加熱富油。取消粗苯管式爐或許會是一種趨勢,有的企業已經或準備實施。
    5焦化行業的環保發展趨勢
    焦化行業面對國家及地方産業政策的調整、環保政策的日趨嚴格等前所未有的壓力與挑戰,隻有采用合理的措施嚴格控制焦化行業的大氣污染物排放總量,才能推進焦化行業的可持續性發展。
    (1) 嚴格控制焦炭産能,嚴守生态保護紅線、環境質量底線、資源利用上線,科學規劃焦化産業布局。
    (2) 提高行業準入門檻,大力發展循環經濟,制定嚴格的準入條件及污染物控制标準。
    (3) 調整産業結構,優化行業布局,推動企業兼并重組并延長産業鍊,實現鋼焦聯合也是焦化行業的一種發展方向,但禁止“全國一刀切”,要根據地區間的差異區别對待。鼓勵鋼鐵企業并購重組獨立焦化企業,國有企業應起示範作用。
    (4) 将化解過剩産能和淘汰落後産能相結合,逐步淘汰爐齡較長、環保措施不完善的4.3m及以下焦爐,合理平衡淘汰焦爐和新建焦爐産能,實現鋼鐵行業的可持續性發展,使大氣污染物排放量大幅降低。
    (5) 構建專業焦化園區,提高集中度,在産業園區内布設的焦化生産總體規模不應低于500萬t/a。
    (6) 不斷提高設備的裝備技術和污染防治技術水平,有效減少污染物排放,推動焦化産業的綠色發展和轉型升級,實現超低排放。焦爐爐體大型化也是一種趨勢,目前已經有部分省市明确焦爐炭化室的高度。大型焦爐有利于采用各種節能措施,降低煉焦工序的能耗,環保措施更加完善,可大大減少出爐次數,減少裝煤和推焦陣發性污染物的排放。
    ① 推廣高效清潔智能化的大容積焦爐(頂裝焦爐6.98 m及以上,搗固焦爐6m及以上),延長焦化産業鍊條。焦化企業可圍繞焦爐煤氣綜合利用、化産品深加工等方向拓展産業鍊,大力發展循環經濟,實施源頭有效減排+過程控制+末端高效治理等全過程治理措施。焦化行業是節能減排的重點行業,應抓住國家鼓勵政策的支持和市場機遇,進一步提高焦化清潔利用的相關技術、相關産品的開發與應用水平,推進焦化産業結構優化。
    ② 逐步推進焦化行業的超低排放,重點區域超低排放要嚴于特别排放限值要求。
    ③ 制定焦化行業污染防治技術指南并實時更新,及時推廣先進煉焦技術和污染防治技術。
    ④ 為有效降低粉塵的無組織排放,煤場、焦場等将逐步實現全封閉/半封閉;煤、焦的場内輸送将全部采用封閉通廊,場外運輸将逐步實現由汽運為主轉為火車(或水上)運輸為主的局面。為有效降低揮發性有機物的排放,壓力平衡系統将逐步取代排氣洗淨技術。對泵、壓縮機、閥門、法蘭等易發生洩漏的設備與管線組件,制定洩漏檢測與修複計劃,定期檢測,及時修複,減少跑、冒、滴、漏現象。
    ⑤ 爐頭煙、煤氣淨化VOCs以及酚氰廢水處理站異味等的治理是一種趨勢,壓力平衡系統将逐步取代排氣洗淨技術。
    (7)建立焦化行業科學發展評價體系,實施“一企一策”的策略方案。加強對焦化企業的科學監管,制定科學的監管制度和秋冬季/重污染天氣的停限産方案,加大日常環境監管和執法力度。焦化行業的環境監察和執法力度将會逐步加強,焦化企業不僅要求安裝在線監測裝置,同時也要與環保部門聯網,實現焦化行業污染物排放動态實時監控。對超标和超總量排污的企業實行限期整改,經整改仍然達不到環保标準的企業,要堅決予以關閉。
    6結語

    焦化行業的發展将統籌污染防治與經濟發展,焦化的環保要求日趨嚴格,環境準入門檻将有所提高,焦化行業的環保監管更加嚴格。隻有将焦化行業大氣污染減排等措施落到實處,才能促進焦化行業走向綠色健康的發展之路,推進焦化企業科學化、規範化、标準化和清潔化發展。

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