馬鋼南區(qū)化產(chǎn)區(qū)域放散氣收集系統(tǒng)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(jī)械工程設(shè)備有限公司，山東煙臺 264000）

前言

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

2019 年生態(tài)環(huán)境部、發(fā)展改革委、工業(yè)和信息化部、財政部、交通運(yùn)輸部五部委聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于推進(jìn)實(shí)施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見》（環(huán)大氣［2019］35 號），規(guī)定煤氣凈化單元各類貯槽（罐）及其他區(qū)域焦油、苯等貯槽（罐）的有機(jī)廢氣應(yīng)接入壓力平衡系統(tǒng)或收集凈化處理；生化廢水處理單元調(diào)節(jié)池、氣浮池、隔油池應(yīng)加蓋并配備廢氣收集處理設(shè)施。馬鋼公司先后對南區(qū)化產(chǎn)區(qū)域煤氣凈化單元和生化廢水處理單元進(jìn)行放散氣收集治理。項(xiàng)目建成運(yùn)行一年后放散氣收集系統(tǒng)出現(xiàn)運(yùn)行治理效果差等問題，現(xiàn)場環(huán)境異味未得到穩(wěn)定改善，因此急需對放散氣收集系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步改造完善。

1 放散氣收集系統(tǒng)介紹

1.1 煤氣凈化單元放散氣收集系統(tǒng)

煤氣凈化單元按照焦?fàn)t近幾年產(chǎn)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(fēng)工序、煤氣洗滌工序、焦油油庫工序以及新冷凝鼓風(fēng)工序。其中粗苯溶劑工序、老冷凝鼓風(fēng)工序、煤氣洗滌工序和新冷凝鼓風(fēng)工序各槽罐氣體通過支管各自并聯(lián)匯入主管進(jìn)煤氣負(fù)壓系統(tǒng)，工藝流程簡圖見圖1。

圖1 放散氣進(jìn)煤氣負(fù)壓工藝流程簡圖

焦油油庫區(qū)域各槽罐氣體通過支管并聯(lián)匯入引風(fēng)機(jī)增壓后進(jìn)入預(yù)處理裝置，隨后通過油洗塔、水洗塔、堿洗塔處理后就近進(jìn)入復(fù)合克勞斯?fàn)t做配風(fēng)使用，工藝流程簡圖見圖2。

圖2 放散氣進(jìn)克勞斯?fàn)t工藝流程簡圖

1.2 生化廢水單元放散氣收集系統(tǒng)

生化廢水單元放散氣收集點(diǎn)位為2 座厭氧池、1 座調(diào)節(jié)池、1 座事故池以及3 座氣浮池。其中厭氧池、調(diào)節(jié)池、事故池區(qū)域上口采用弧形有機(jī)玻璃蓋板密封，在弧形有機(jī)玻璃鋼蓋板上設(shè)置氣體收集管道。3 座氣浮池采用鋼結(jié)構(gòu)及彩鋼板全密封形式，預(yù)留窗戶和進(jìn)出口。以上點(diǎn)位放散氣通過引風(fēng)機(jī)抽送至好氧池前的鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)氣口除塵罩內(nèi)，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(tǒng)工藝流程簡圖

2 放散氣收集系統(tǒng)運(yùn)行分析及改善

2.1 系統(tǒng)存在的問題

放散氣收集系統(tǒng)初期運(yùn)行效果良好，現(xiàn)場異味明顯減小，但經(jīng)過一段時間的運(yùn)行，后續(xù)問題逐漸暴露。

2.1.1 管道腐蝕、堵塞

老冷凝鼓風(fēng)工序、新冷凝鼓風(fēng)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(zhì)，導(dǎo)致碳鋼管道腐蝕通洞嚴(yán)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(yán)重，出現(xiàn)堵塞-腐蝕循環(huán)。但粗苯溶劑工序因放散氣主要成分為苯類物質(zhì)，系統(tǒng)運(yùn)行良好。

放散氣收集接入煤氣負(fù)壓系統(tǒng)點(diǎn)位設(shè)在煤氣鼓風(fēng)機(jī)前電捕后，放散氣直接進(jìn)入煤氣鼓風(fēng)機(jī)，造成鼓風(fēng)機(jī)積萘、焦油嚴(yán)重，煤氣水封冷排管堵塞，增加鼓風(fēng)機(jī)跳機(jī)概率。同時部分萘、焦油氣通過鼓風(fēng)機(jī)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(shè)計缺陷

焦油油庫工序放散氣收集經(jīng)過預(yù)處理裝置后進(jìn)入復(fù)合克勞斯?fàn)t配風(fēng)燃燒。放散氣的主要收集點(diǎn)為焦油產(chǎn)品槽，其為固定頂，但需經(jīng)常性進(jìn)行進(jìn)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(fēng)機(jī)在吸入焦油產(chǎn)品槽放散氣的同時還要兼顧地下氨水槽、離心機(jī)和焦油渣液化罐逸散氣的吸入，系統(tǒng)設(shè)計風(fēng)量嚴(yán)重低于實(shí)際風(fēng)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(jìn)入預(yù)處理裝置造成堿洗塔、水洗塔內(nèi)部積萘嚴(yán)重，油洗塔內(nèi)洗油短時間內(nèi)達(dá)到萘飽和。預(yù)處理后的放散氣內(nèi)可燃?xì)怏w含量（萘、焦油氣等有機(jī)物）偏高，導(dǎo)致可燃?xì)怏w分析儀頻繁報警，復(fù)合克勞斯?fàn)t入口切斷閥自動關(guān)閉，氣體被迫直接放散。另外系統(tǒng)設(shè)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(yán)重。

2.1.3 原生化廢水單元放散氣收集設(shè)計缺陷

生化廢水單元各收集廢水池放散氣抽氣量設(shè)計偏低，各收集點(diǎn)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(fēng)機(jī)布置在各收集匯總點(diǎn)最近處，風(fēng)機(jī)出口至好氧池有近100 多米的正壓管道，長時間運(yùn)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(tǒng)設(shè)計直接將放散氣作為曝氣氣源供至好氧池配風(fēng)使用，未綜合評估好氧池鼓風(fēng)對非甲烷總烴、H2S、NH3等惡臭物質(zhì)的有效分解、吸收，造成實(shí)際運(yùn)行后好氧池周邊異味明顯。

2.2 放散氣收集系統(tǒng)改善

2.2.1 管道腐蝕、堵塞改善

針對老冷凝鼓風(fēng)工序、新冷凝鼓風(fēng)工序、煤氣洗滌工序放散氣系統(tǒng)堵塞、腐蝕問題，2021 年將以上工序的放散氣收集碳鋼材質(zhì)管道更換成304不銹鋼管道。將負(fù)壓煤氣接入點(diǎn)由原煤氣鼓風(fēng)機(jī)前電捕后改成初冷器前負(fù)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(fēng)機(jī)、洗滌工序設(shè)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(fēng)工序放散氣收集管道進(jìn)行2 次氮?dú)獯祾?，對煤氣洗滌工序進(jìn)行1 次氮?dú)獯祾?，并根?jù)現(xiàn)場運(yùn)行實(shí)際情況，對堵塞的收集支管進(jìn)行拆卸清堵。管道材質(zhì)的更換和日常運(yùn)行管理的加強(qiáng)，使得放散氣系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性明顯提高。

2.2.2 原焦油油庫工序放散氣收集設(shè)計缺陷改善

針對焦油油庫區(qū)域VOCs 放散氣量大且含有大量萘、焦油氣等物質(zhì)，嚴(yán)重影響預(yù)處理裝置和克勞斯?fàn)t配風(fēng)安全運(yùn)行的問題。經(jīng)與設(shè)計院研究，決定對焦油油庫區(qū)域VOCs 系統(tǒng)進(jìn)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(dú)鋪設(shè)管道送入新冷凝鼓風(fēng)工序初冷器前負(fù)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(diǎn)位（出廠煤氣水封、焦油裝車平臺）和原密封性較差的點(diǎn)位（地下氨水槽、焦油離心機(jī)、焦油渣干化裝置）重新進(jìn)行風(fēng)量計算，引風(fēng)機(jī)風(fēng)量由原設(shè)計風(fēng)量800 m3∕h 增加至1 200 m3∕h，放散氣收集匯總進(jìn)入預(yù)處理裝置處理后進(jìn)復(fù)合克勞斯?fàn)t配風(fēng)。目前該系統(tǒng)運(yùn)行良好，大大降低了因可燃?xì)怏w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(shè)計缺陷改善

針對生化廢水單元風(fēng)量設(shè)計偏小、陽光房腐蝕通洞問題，依據(jù)《城鎮(zhèn)污水處理廠臭氣處理技術(shù)規(guī)程》（CJJ∕T 243-2016）對厭氧池、調(diào)節(jié)池、事故池風(fēng)量按單位水面面積臭氣風(fēng)量指標(biāo)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(chǔ)上擴(kuò)大1～2 個等級，將原DN300 主管道更換成DN550 主管道。引風(fēng)機(jī)風(fēng)量由原來6 000 m3∕h 升級成12 000 m3∕h。對腐蝕嚴(yán)重的氣浮池陽光房進(jìn)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(jìn)行有效治理問題，公司對該單元放散氣收集系統(tǒng)增設(shè)放散氣末端“堿洗塔+生物過濾+活性炭吸附”生物處理設(shè)施。該系統(tǒng)主要是通過各點(diǎn)放散氣收集匯總進(jìn)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(jìn)行洗滌凈化。隨后進(jìn)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(zhì)進(jìn)行氧化分解，最后再進(jìn)入活性炭吸附箱進(jìn)行深度凈化過濾，從排氣筒高空排放。末端配置鼓風(fēng)機(jī)使整個系統(tǒng)為負(fù)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(jīng)取樣化驗(yàn)，數(shù)據(jù)均滿足國家污染物排放標(biāo)準(zhǔn)中對VOCs 無組織排放要求，檢測數(shù)據(jù)見表1。

表1 處理后廢氣檢測數(shù)據(jù)

3 結(jié)語

馬鋼煤焦化公司南區(qū)化產(chǎn)區(qū)域放散氣收集系統(tǒng)的改造已初見成效，現(xiàn)場放散氣得到有效收集和治理，大大改善了職工的工作環(huán)境，同時滿足了環(huán)保法律法規(guī)要求。此外，將冷凝鼓風(fēng)工序、焦油槽等放散氣收集進(jìn)入初冷器前煤氣負(fù)壓系統(tǒng)也間接回收了高附加值的焦油、萘等有機(jī)物，不僅降低了物料的損失、減少了氣體排放，也提高了系統(tǒng)運(yùn)行安全。