熱凈煤氣代替冷煤氣的研究與應(yīng)用

戴光輝，鄧衛(wèi)華

(錫礦山閃星銻業(yè)有限責(zé)任公司，湖南冷水江 417500)

煤氣發(fā)生爐是豎罐煉鋅廠(chǎng)的能源裝置，在冷煤氣的生產(chǎn)過(guò)程中，煤氣要經(jīng)過(guò)雙豎管等凈化設(shè)備的處理，以除去煤氣中的灰渣和焦油，因此產(chǎn)生大量煤氣洗滌廢水。錫礦山閃星銻業(yè)有限責(zé)任公司鋅廠(chǎng)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)錫礦山鋅廠(chǎng))對(duì)煤氣洗滌廢水的處理是先自然沉淀，再經(jīng)冷卻塔冷卻后循環(huán)使用。但隨著循環(huán)次數(shù)增加，污染物的濃度會(huì)增大，導(dǎo)致循環(huán)水的水質(zhì)越來(lái)越差，最終引起雙豎管的管道堵塞、設(shè)備的腐蝕及磨損，水溫降不到工藝的要求，煤氣冷卻效率降低，達(dá)不到生產(chǎn)要求的指標(biāo)，造成煤氣站不能正常生產(chǎn)，最終破壞煤氣洗滌的閉路循環(huán)，迫使煤氣洗滌廢水向外排放，造成水體環(huán)境的嚴(yán)重污染。隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保要求越來(lái)越高，錫礦山鋅廠(chǎng)通過(guò)應(yīng)用熱凈煤氣代替冷煤氣的改造方案，從源頭上消除煤氣洗滌廢水，從根本上解決了這一污染難題。

1 冷煤氣工藝流程和存在的問(wèn)題

1.1 冷煤氣工藝流程

兩段式煤氣發(fā)生爐冷煤氣工藝流程簡(jiǎn)介如下:粒度為15～45 mm的中塊煤，經(jīng)過(guò)爐頂料倉(cāng)進(jìn)入兩段式煤氣發(fā)生爐的干餾段，煤受到來(lái)自氣化段的熱煤氣加熱而生成半焦。半焦下行至氣化段，與由爐底進(jìn)入的空氣和水蒸氣進(jìn)行氣化反應(yīng)，生成發(fā)生爐煤氣。部分煤氣經(jīng)過(guò)包圍干餾段的火道引出，稱(chēng)為下段煤氣，其出口溫度約為600～700℃，煤氣壓力為1～1.5 kPa，進(jìn)入雙豎管進(jìn)行降溫和洗滌，經(jīng)間接冷卻器、二級(jí)電捕，然后經(jīng)煤氣加壓后送出;另一部分煤氣進(jìn)入干餾段煤層，與干餾煤氣混合后從二段爐頂部引出，稱(chēng)為上段煤氣，其出口溫度約為100～150℃，煤氣壓力為0.4～0.5 kPa，經(jīng)切斷水封、一級(jí)電捕、間接冷卻器后進(jìn)入二級(jí)電捕，然后經(jīng)煤氣加壓機(jī)加壓后送出。其工藝流程如圖1所示。

圖1 冷煤氣工藝流程圖

1.2 冷煤氣系統(tǒng)存在的問(wèn)題

1.2.1 煤氣洗滌廢水污染環(huán)境

煤氣洗滌水主要是在雙豎管中用以洗滌煤氣，以除去煤氣中的灰渣和焦油，在洗滌過(guò)程中產(chǎn)生大量的含酚類(lèi)、石油類(lèi)、氰化物、懸浮物等有害污染物的廢水。錫礦山鋅廠(chǎng)對(duì)煤氣洗滌廢水的處理采用自然沉淀方法，廢水靠重力排入沉淀池和澄清池，再經(jīng)冷卻塔冷卻后循環(huán)使用。煤氣洗滌廢水雖是閉路循環(huán)，但隨著循環(huán)次數(shù)增加，污染物的濃度會(huì)增大，需要更長(zhǎng)的沉淀時(shí)間;該廠(chǎng)煤氣用量為20 000 m3/h、煤氣洗滌廢水量高達(dá)230 t/h，而沉淀池容量有限，不可能長(zhǎng)時(shí)間地沉淀，這就導(dǎo)致循環(huán)水的水質(zhì)越來(lái)越差，最終引起雙豎管的管道堵塞、設(shè)備的腐蝕及磨損，水溫降不到工藝的要求，煤氣冷卻效率降低，煤氣質(zhì)量達(dá)不到生產(chǎn)要求的指標(biāo)，造成煤氣站不能正常生產(chǎn)，最終破壞煤氣洗滌的閉路循環(huán)，迫使煤氣洗滌廢水向外排放，造成水體環(huán)境的嚴(yán)重污染。

1.2.2 冷煤氣中水分高，煤氣質(zhì)量差

冷煤氣中水分的主要來(lái)源是氣化過(guò)程未分解的水蒸汽、燃料外在水分、燃料低溫干餾熱解水、冷卻水。通過(guò)生產(chǎn)過(guò)程分析、測(cè)算，確定了冷煤氣中夾帶水分的主要原因是冷卻塔冷卻效果不好;雙豎管的熱交換效率低;雙豎管出口溫度波動(dòng)較大。該廠(chǎng)冷煤氣出站溫度一般在45℃左右，但隨著熱循環(huán)廢水的水質(zhì)變差，煤氣冷卻效率降低，出站溫度不斷升高，夏季時(shí)能達(dá)到55℃以上。出站溫度升高引起煤氣中水蒸汽含量的增加，煤氣中水分過(guò)多帶來(lái)的危害是多方面的，主要表現(xiàn)在:(1)隨著煤氣中水分含量增加，相應(yīng)干煤氣的體積就減少，造成排送機(jī)的輸送能力降低，增加設(shè)備電耗;(2)造成豎罐爐的熱效率降低。豎罐爐的熱效率與爐子溫度有關(guān)，因而亦與煤氣的理論燃燒溫度有關(guān)，由于水蒸汽是惰性氣體，不能燃燒，所以隨著煤氣中水分含量增加，煤氣熱值降低，理論燃燒溫度也就降低，從而造成豎罐爐爐溫下降，為了保證正常的豎罐爐溫度，就必須延長(zhǎng)加熱時(shí)間，導(dǎo)致煤氣用量增加，豎罐爐的熱效率降低。所以，降低煤氣中水蒸汽含量對(duì)生產(chǎn)過(guò)程具有重要意義。

1.2.3 冷煤氣熱效率低

在冷煤氣流程中熱交換損失最大的是在雙豎管，從發(fā)生爐出來(lái)的550℃高溫煤氣幾乎將70%以上的顯熱傳給豎管循環(huán)水，豎管循環(huán)水受熱后，少部分變成水蒸氣與煤氣一起進(jìn)入下道工序，大部分升溫后回流到平流沉淀池，經(jīng)過(guò)自然冷卻和沉淀后，繼續(xù)循環(huán)使用。豎管循環(huán)水和煤氣直接接觸換熱，雖然降低了煤氣溫度，但煤氣顯熱不能回收，造成能源浪費(fèi)，經(jīng)濟(jì)損失明顯。

2 熱凈煤氣改造的內(nèi)容和技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

2.1 改變工藝流程，用熱凈煤氣代替冷煤氣

根據(jù)該廠(chǎng)豎罐爐對(duì)煤氣質(zhì)量要求:含焦油＜0.2 g/m3、含塵低于0.4 g/m3，將冷煤氣改造為熱凈煤氣。改造內(nèi)容為利用原有煤氣爐，對(duì)煤氣凈化系統(tǒng)進(jìn)行改造。針對(duì)上段煤氣焦油含量高的特點(diǎn)，選用旋風(fēng)收塵器+電捕+靜電收塵器三級(jí)除焦除塵工藝;針對(duì)下段煤氣含塵量多、溫度高(550℃)、焦油含量少的特點(diǎn)，選用旋風(fēng)收塵器+靜電收塵器兩級(jí)除焦除塵工藝。熱凈煤氣工藝流程如圖2所示。

圖2 熱凈煤氣工藝流程圖

2.2 對(duì)電捕進(jìn)行改造提高捕集效率

因熱凈煤氣系統(tǒng)只使用一級(jí)電捕捕集焦油，其運(yùn)轉(zhuǎn)效率對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響非常大。因此該廠(chǎng)采取了以下措施:(1)將冷煤氣系統(tǒng)中的二級(jí)電捕并入系統(tǒng)中作為備用，定期進(jìn)行輪換;(2)對(duì)電捕瓷瓶的保溫方式進(jìn)行改進(jìn)，由過(guò)去的蒸汽保溫改為現(xiàn)在的電保溫，減少電捕瓷瓶的故障率。經(jīng)過(guò)5 a的運(yùn)行檢測(cè)，電捕運(yùn)行達(dá)到預(yù)期效果，確保凈化后的熱煤氣能滿(mǎn)足蒸餾豎罐爐和精餾爐的要求。

2.3 對(duì)飽和蒸汽與送風(fēng)流量的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制

改造前飽和蒸汽和送風(fēng)流量的調(diào)節(jié)都是采用在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行原始的手工調(diào)節(jié)，存在員工勞動(dòng)強(qiáng)度大、調(diào)節(jié)不及時(shí)、影響煤氣爐運(yùn)行的問(wèn)題?，F(xiàn)對(duì)飽和蒸汽的調(diào)節(jié)實(shí)行自動(dòng)控制、對(duì)送風(fēng)流量的調(diào)節(jié)改為遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)的操作方式，大大方便了員工的操作，也為煤氣爐的正常穩(wěn)定運(yùn)行創(chuàng)造了條件，提高了煤氣爐的效率。

3 改造效果

3.1 從源頭上消除洗滌廢水

熱凈煤氣系統(tǒng)用旋風(fēng)收塵器、電捕和靜電除塵器除去煤氣中的灰渣和焦油，對(duì)下煤氣不經(jīng)過(guò)噴淋洗滌降溫除塵，不產(chǎn)生廢水。因此在源頭上消除了煤氣洗滌廢水，徹底根治了煤氣站的環(huán)保問(wèn)題。

3.2 滿(mǎn)足生產(chǎn)要求、簡(jiǎn)化工藝流程、節(jié)能減排

熱凈煤氣代替冷煤氣后，煤氣中的含塵量略有增加，但仍能滿(mǎn)足豎罐爐的生產(chǎn)要求，改造前后煤氣質(zhì)量見(jiàn)表1。熱凈煤氣只需要少量的軟化水用于煤氣爐的生產(chǎn)，不對(duì)煤氣進(jìn)行噴淋洗滌，用水量大幅削減，煤氣站的水耗削減77.9%。通過(guò)取消加壓機(jī)、間冷器、雙豎管、二級(jí)電捕等設(shè)備，簡(jiǎn)化工藝流程，電耗削減38.2%，改造效果見(jiàn)表2。

3.3 提高煤氣質(zhì)量、提高熱利用效率

采用熱凈煤氣后水分的主要來(lái)源是氣化過(guò)程未分解的水蒸汽、燃料外在水分、燃料低溫干餾熱解水。由于沒(méi)有用水直接噴淋洗滌煤氣降溫而使大量的水蒸汽進(jìn)入煤氣，所以提高了煤氣質(zhì)量。熱凈煤氣提高了入爐煤氣溫度，將煤氣出站溫度由45℃左右提高到250℃左右，改善了豎罐燃燒條件，提高了熱利用率，節(jié)約了能源。

表1 改造前后煤氣質(zhì)量

表2 改造前后水電的消耗量

4 結(jié)語(yǔ)

錫礦山鋅廠(chǎng)自2006年12月完成煤氣發(fā)生站熱凈煤氣代替冷煤氣的改造后，經(jīng)過(guò)5 a多的生產(chǎn)實(shí)踐證明，熱凈煤氣能夠滿(mǎn)足豎罐煉鋅冶金爐的要求，同時(shí)成功地消除了煤氣洗滌廢水污染環(huán)境的問(wèn)題，水耗削減77.9%，電耗削減38.2%，提高了熱利用率，節(jié)能減排效果非常顯著。

［1］ 宋來(lái)洲，鄭秋艷，王繼斌.煤氣洗滌廢水處理的實(shí)驗(yàn)研究［J］.工業(yè)水處理，2008，28(1):34－37.

［2］ 弓朝紅.煤氣中水分含量升高帶來(lái)的危害及改進(jìn)措施［J］.山西焦煤科技，2009，(6):27－29.

［3］ 北京有色冶金設(shè)計(jì)研究總院.重有色金屬冶煉設(shè)計(jì)手冊(cè)·鉛鋅鉍卷［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2002.

［4］ 《有色冶金爐設(shè)計(jì)手冊(cè)》編委會(huì)編.有色冶金爐設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2007.