實施焦化清潔生產(chǎn) 促進(jìn)鋼鐵企業(yè)可持續(xù)發(fā)展

1、清潔生產(chǎn)宣傳資料 之二實施焦化清潔生產(chǎn) 促進(jìn)鋼鐵企業(yè)可持續(xù)發(fā)展溫燕明，朱玉廷，陳昌華 （濟(jì)南鋼鐵集團(tuán)總公司，山東 濟(jì)南 250101） 摘要：按照清潔生產(chǎn)理論來審視焦化廠生產(chǎn)工藝過程及其特點，認(rèn)為焦化廠應(yīng)該而且能夠成為鋼鐵企業(yè)能源轉(zhuǎn)化中心，是鋼鐵企業(yè)清潔生產(chǎn)、實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的落腳點。為此，濟(jì)鋼開發(fā)并實施了一大批具有自主知識產(chǎn)權(quán)的清潔生產(chǎn)集成技術(shù)，取得了焦化廠環(huán)境、質(zhì)量、效益與能耗等的和諧發(fā)展，為鋼鐵企業(yè)推進(jìn)清潔生產(chǎn)，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。 關(guān)鍵詞：焦化；清潔生產(chǎn)；鋼鐵企業(yè)可持續(xù)發(fā)展 1 鋼鐵企業(yè)焦化廠清潔生產(chǎn)的思考焦化廠作為鋼鐵企業(yè)長流程中一個能耗高、污染重、生產(chǎn)裝備和工藝相對落

2、后的重要生產(chǎn)工序，如何實施清潔生產(chǎn)，如何參與鋼鐵企業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，實現(xiàn)與社會的協(xié)調(diào)發(fā)展，是鋼鐵企業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，需要重點關(guān)注、思考和研究解決的重要課題。用清潔生產(chǎn)的眼光來審視焦化的工藝特點和整個生產(chǎn)過程，我們認(rèn)識到，焦化廠作為主要一次能源煤炭的加工轉(zhuǎn)化工序，應(yīng)該是煤炭高效綜合利用和二次能源制造中心，通過與鋼鐵企業(yè)內(nèi)其他工序的聯(lián)合，可實現(xiàn)焦化產(chǎn)品和能源資源的優(yōu)化配置和重復(fù)利用。但傳統(tǒng)的焦化生產(chǎn)對于能源使用的合理性、污染治理的科學(xué)性和有效性，并沒有進(jìn)行系統(tǒng)深入的研究和探討，以至于對焦化的認(rèn)識長期停留在“焦化生產(chǎn)本來就會有污染，其工藝本身就是高能源消耗”的層面上。觀念的落后導(dǎo)致了長期以來對焦化工藝

3、認(rèn)識上的膚淺、技術(shù)把握的不到位和管理細(xì)節(jié)的欠缺，工藝裝備水平得不到本質(zhì)的改進(jìn)和提高，能源利用效率和環(huán)保水平長期處于落后地位。具體表現(xiàn)在：（1）蒸汽一直是焦化化工生產(chǎn)過程中所依賴的最主要的能源介質(zhì)，人們并沒有認(rèn)識到它是一種劣質(zhì)低效的能源。一方面是其本身傳熱效率不高；另一方面難以重復(fù)利用，變成冷凝水后成為生產(chǎn)污水。（2）使用中溫循環(huán)水冷卻化工產(chǎn)品，存在循環(huán)量大、蒸發(fā)量多、化產(chǎn)品的冷卻效率低、化產(chǎn)品揮發(fā)量大等缺陷，造成能源動力消耗和操作費用高、環(huán)境污染大，新水消耗居高不下。（3）以紅焦、荒煤氣顯熱為主的余熱大量存在，不但沒有很好地回收利用，反而需要耗費更多的冷媒水進(jìn)行冷卻，同時化產(chǎn)系統(tǒng)還存在著頻繁的

4、加熱與冷卻過程，造成了能源的巨大浪費。（4）以裝煤、推焦和篩焦過程為主的揚塵問題，因為對環(huán)境保護(hù)的認(rèn)識水平不夠高和單純出于對經(jīng)濟(jì)效益的考慮，一直未引起足夠的重視。（5）“三大惡臭氣”即：粗酚分解氣、高溫瀝青煙、蒸氨分縮冷凝氣的污染，由于工藝、裝備落后，長期得不到良好的解決。（6）生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的焦粉、化產(chǎn)渣、酸焦油等一直被視作廢棄物，在浪費資源的同時，也造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。（7）廢水外排，不但浪費了資源，還需交納排污費。尤其是作為鋼鐵聯(lián)合企業(yè)內(nèi)部的焦化廠，沒有認(rèn)真分析廢水在全公司范圍內(nèi)可能的使用途徑。（8）落后的濃氨水生產(chǎn)工藝帶來了氨資源的浪費和環(huán)境的污染。（9）落后的裝備和控制水平導(dǎo)致生產(chǎn)

5、效率低，使資源、能源的浪費和環(huán)境污染問題難以有效的解決。經(jīng)過以上認(rèn)真調(diào)研和分析，濟(jì)南鋼鐵集團(tuán)總公司（簡稱濟(jì)鋼）對焦化廠進(jìn)行了重新認(rèn)識和定位，并將焦化廠列為實現(xiàn)鋼鐵企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重點和突破點，形成了焦化廠清潔生產(chǎn)全新觀念：（1）焦化廠應(yīng)由傳統(tǒng)的“供應(yīng)焦炭、滿足鋼鐵生產(chǎn)的角色”轉(zhuǎn)變?yōu)椤颁撹F企業(yè)的能源轉(zhuǎn)化中心”；（2）焦化廠在鋼鐵企業(yè)中是能源、資源、產(chǎn)品、工藝、技術(shù)密集型生產(chǎn)單元，也應(yīng)是最具潛力、最有條件、最迫切需要發(fā)展的環(huán)節(jié)；（3）實現(xiàn)焦化生產(chǎn)的高效化、清潔化是實現(xiàn)鋼鐵企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的落腳點；（4）焦化廠應(yīng)成為支撐鋼鐵企業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)單位。2 鋼鐵企業(yè)焦化廠清潔生產(chǎn)技術(shù)開發(fā)與實踐2.1

6、以開發(fā)直燃型制冷機(jī)技術(shù)為突破口，大面積應(yīng)用低溫循環(huán)水，實現(xiàn)工業(yè)水的高效、低污染綜合利用針對采用中、低溫循環(huán)水做冷媒存在的不足，濟(jì)鋼采取了以下措施： 一是對焦化循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行大面積改造，在化產(chǎn)品加工工序中廣泛采用低溫水用于冷卻，使焦化循環(huán)水量比原來降低了60%，年可減少循環(huán)水蒸發(fā)量35.04萬t，同時換熱速度加快減少了化產(chǎn)品的揮發(fā)，解決了大量使用中溫水存在的運行成本高、環(huán)境污染大的問題； 二是在國內(nèi)首家研究應(yīng)用了直燃型制冷技術(shù)，制冷機(jī)直接以燃燒煤氣為熱源，能源利用率明顯提高，且杜絕了蒸汽生產(chǎn)和輸送過程的能源浪費，大大提高了熱效率，使制冷機(jī)的運行成本明顯降低。與蒸汽型制冷機(jī)相比，其熱效率由32.1

7、3%提高到92%，每噸制冷水能耗由4.08kg標(biāo)煤降到0.823kg標(biāo)煤。熱效率的提高使焦化工序噸焦能耗降低了12.84kg標(biāo)煤。2.2 開發(fā)無蒸汽蒸氨新工藝，提高能源利用效率，降低了生產(chǎn)成本，解決了蒸氨的環(huán)境污染問題針對傳統(tǒng)蒸氨生產(chǎn)中存在的能耗高、效率低、污染大、設(shè)備腐蝕嚴(yán)重的問題，濟(jì)鋼研究并移植了多溢流復(fù)合型斜孔塔板和以熱導(dǎo)油為熱媒介質(zhì)替代蒸汽加熱兩項核心技術(shù)，成功開發(fā)出了無蒸汽高效蒸氨新工藝，提高了蒸氨塔的效率。（1）高效塔板由于具有獨特的結(jié)構(gòu)，使蒸氨塔的空速得以提高，消除了舊蒸氨工藝存在的氣、液相并流的問題，大大提高了氣、液相的接觸時間，從而提高了蒸氨塔的傳質(zhì)和傳熱效率。（2）用熱媒介

8、質(zhì)代替蒸汽作熱源，解決了蒸汽使用效率低、廢水量大的問題，大大降低了能源消耗。（3）蒸氨后的氨在密閉狀態(tài)下直接送至脫硫系統(tǒng)做堿源，消除了因氨氣外逸造成的環(huán)境污染。（4）自主開發(fā)高防腐不銹鋼復(fù)合板，應(yīng)用于蒸氨裝置，大大提高了蒸氨塔壽命，降低了運行成本。新蒸氨工藝與舊蒸氨工藝比較：不用蒸汽年少產(chǎn)生污水21.02萬t，氨利用率提高78%，熱效率提高54.2%，焦化工序噸焦能耗降低22.16kg標(biāo)煤。2.3 開發(fā)自帶除塵式裝煤車，實現(xiàn)了裝煤的低耗高效除塵針對目前裝煤除塵技術(shù)的不足，濟(jì)鋼設(shè)計、制造了國內(nèi)第一臺集除塵和加煤于一體的車載式干式除塵加煤車。該新式裝煤車除塵采用非燃燒、干式煙塵凈化、低阻文丘里脈沖

9、袋式除塵器和預(yù)噴涂技術(shù)，裝煤采用螺旋給料和球面密封導(dǎo)套。它的投用克服了地面站除塵系統(tǒng)處理大量荒煤氣的弊端，提高了除塵效率，也沒有水的二次污染問題。經(jīng)除塵收集下來的粉塵又摻入裝爐煤使用，解決了粉塵外排問題。與除塵地面站相比，不但達(dá)到了相同的除塵效果（煙塵捕集率大于95%、除塵凈化率大于99），而且節(jié)省了大量投資，操作方便、運行費用低，不需配備操作人員及額外占地，還實現(xiàn)了粉塵的回收利用。2.4 研究開發(fā)了高壓水自動清掃爐門新技術(shù)，徹底改善爐門部位的荒煤氣泄漏，減輕了環(huán)境污染焦?fàn)t爐門高壓水自動清掃系統(tǒng)通過在上下及兩側(cè)設(shè)置水壓高達(dá)65MPa的高壓水噴槍，產(chǎn)生高壓高速的水流對爐門不銹鋼刀邊、密封槽以及耐

10、火磚進(jìn)行全方位、高效率清掃，實現(xiàn)了爐門管理的自動化，提高了爐門的密封質(zhì)量，杜絕了爐門處外泄煙氣對環(huán)境造成的污染，降低了操作者的勞動強(qiáng)度。2.5 改進(jìn)干熄焦工藝，實現(xiàn)焦炭余熱的資源化利用（1）在干熄爐耐火材料砌筑方面，濟(jì)鋼成功研究應(yīng)用了五段組合式砌爐技術(shù)。該技術(shù)針對干熄爐不同部位對耐溫、耐壓和耐磨要求的不同，研究開發(fā)了相應(yīng)的耐火材料，并采取了不同的組合砌筑方法，大大提高了干熄爐爐體的使用壽命，由設(shè)計的0.5年提高到2年，降低了干熄焦的運行成本。（2）余熱鍋爐采用自然循環(huán)工藝，降低了鍋爐的泄漏率，節(jié)省了強(qiáng)制循環(huán)所用的設(shè)備投資和運行費用，提高了鍋爐的熱效率。（3）研究應(yīng)用濕式陶瓷多管除塵專利技術(shù)，提

11、高了除塵效率，減少了環(huán)境污染。2.6 研究開發(fā)濕磨焦粉配煤煉焦新工藝，實現(xiàn)了焦粉低污染、高效益的最佳資源化利用研究認(rèn)為，焦粉在水中出現(xiàn)滲淅及水膜現(xiàn)象，強(qiáng)度和耐磨性大幅度降低，據(jù)此原理濟(jì)鋼成功開發(fā)了焦粉濕磨配煤煉焦新工藝。其主要流程是利用球磨機(jī)將焦粉摻水后進(jìn)行細(xì)磨，細(xì)磨后的焦粉通過真空過濾機(jī)過濾，達(dá)到粒度要求的經(jīng)沉淀脫水后送至配煤系統(tǒng)，粒度較大的部分重新回到球磨機(jī)二次研磨直至合格。焦粉配煤研究與應(yīng)用，實現(xiàn)了焦粉的無污染閉路循環(huán)利用，獲得了環(huán)境和效益的雙豐收。2.7 開發(fā)化產(chǎn)廢渣粘結(jié)劑技術(shù)配煤煉焦新工藝技術(shù)，實現(xiàn)了焦化三大渣資源化閉路應(yīng)用利用化產(chǎn)廢渣做粘結(jié)劑生產(chǎn)型煤進(jìn)行配煤煉焦，既解決了化產(chǎn)廢渣對

12、環(huán)境造成的污染問題，又可使廢物變成資源得到利用。此外，濟(jì)鋼還開發(fā)了工業(yè)水小半徑使用和分區(qū)域循環(huán)的高效低污染利用技術(shù)，實現(xiàn)了工業(yè)水外排為零；開發(fā)利用焦?fàn)t煙道廢氣分解酚鈉鹽工藝，解決了硫酸分解工藝廢氣對環(huán)境的污染問題；自主開發(fā)單塔脫苯工藝，大大縮短了粗苯生產(chǎn)的工藝流程，降低了設(shè)備投資和生產(chǎn)運行成本；實現(xiàn)利用導(dǎo)熱油代替蒸汽進(jìn)行苯精制和精苯生產(chǎn)氣相連料技術(shù)，大大降低了苯精制的能耗，減少了污水的產(chǎn)生；開發(fā)多焦?fàn)t集氣管壓力模糊自動控制技術(shù)，實現(xiàn)了集氣管壓力的穩(wěn)定控制，解決了因集氣管壓力波動造成的荒煤氣外逸所產(chǎn)生的環(huán)境污染問題；研究焦化廢水分級處理技術(shù)，實現(xiàn)了焦化蒸氨廢水用于煉鐵沖渣；實施余熱采暖技術(shù)，年回

13、收余熱415.32108kJ,焦化工序噸焦能耗降低22.52kg標(biāo)煤等。另外，引進(jìn)瀝青水下成型技術(shù)，消滅了瀝青煙對環(huán)境的污染；應(yīng)用焦側(cè)推焦攔焦除塵地面站技術(shù)，徹底解決了推焦過程中的揚塵污染問題。在新上的煤氣回收凈化系統(tǒng)中，首次把脫硫系統(tǒng)放在鼓風(fēng)機(jī)前（負(fù)壓區(qū)域），實現(xiàn)了煤氣凈化系統(tǒng)半負(fù)壓工藝技術(shù)的應(yīng)用，避免了原有工藝中存在的機(jī)后高溫煤氣進(jìn)脫硫系統(tǒng)前需二次冷卻而造成的能源浪費。3 焦化廠清潔生產(chǎn)效果（1）焦化工序能耗持續(xù)大幅降低，從最初的高于202kg標(biāo)煤降到94kg標(biāo)煤，如圖1所示。圖1 濟(jì)鋼焦化廠歷年綜合工序能耗趨勢圖（2）實現(xiàn)了工業(yè)水循環(huán)、廢水零排放。噸焦耗新水從以前的20.98 m3降至目

14、前的1.23 m3，節(jié)新水經(jīng)濟(jì)效益顯著。如圖2所示。圖2 濟(jì)鋼焦化廠噸焦耗水歷史趨勢圖（3）蒸汽消耗逐年減少，節(jié)能效果和環(huán)保效益顯著。噸焦耗蒸汽由410kg降至26kg，因化工工序用汽量大大減少，杜絕了由純凈的蒸汽在生產(chǎn)過程中變?yōu)閺U水對環(huán)境造成的污染。如圖3所示。圖3 濟(jì)鋼焦化廠歷年噸焦耗蒸汽趨勢圖（4）工業(yè)廢氣排放量顯著降低。噸焦排放量由以前的2311m3降至1506m3，噸焦SO2、煙塵、粉塵排放量分別由原0.7、0.1、0.17kg降至0.05、0.004、0.08kg。年回收利用粉塵12775t，廢渣3712t。（5）直接經(jīng)濟(jì)效益顯著。焦化清潔生產(chǎn)技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用后，年經(jīng)濟(jì)效益達(dá)2.68

15、億元。若在全國推廣應(yīng)用，按年產(chǎn)焦炭1.36億t計，年可創(chuàng)直接經(jīng)濟(jì)效益236.6億元。（6）焦化區(qū)域大氣環(huán)境得以改善，基本實現(xiàn)了舒適、美麗的現(xiàn)代化花園式工廠的目標(biāo)。4 用循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念構(gòu)建焦化生產(chǎn)新流程隨著濟(jì)鋼發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)規(guī)劃方案的全面啟動，今后將按照資源高效利用、能源高效轉(zhuǎn)化、代謝物高效再生的原則，積極開發(fā)焦化生產(chǎn)的綠色新工藝，構(gòu)建焦化廠的反饋式物質(zhì)循環(huán)新流程，吸納、消化社會廢棄物應(yīng)用于焦化生產(chǎn)，進(jìn)一步實現(xiàn)物質(zhì)-能源循環(huán)鏈的延伸和擴(kuò)展，充分發(fā)揮焦化廠“能源轉(zhuǎn)化中心”的功能，向鋼鐵流程和周邊社區(qū)提供清潔能源和產(chǎn)品，實現(xiàn)鋼鐵企業(yè)的社會友好型轉(zhuǎn)換。如圖4所示。圖4 焦化廠能源轉(zhuǎn)化示意圖4.1 主要思路

16、（1）從能源的高效利用與轉(zhuǎn)化、資源的高效利用和廢棄物的高效再生、服務(wù)社會功能的充分發(fā)揮方面，開展清潔生產(chǎn)。（2）更注重能源、資源的高效利用，追求企業(yè)效益、環(huán)境效益、社會效益的和諧統(tǒng)一。（3）更加重視以自動化水平的提升提高生產(chǎn)效率，實現(xiàn)高效經(jīng)濟(jì)，滿足循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需求。4.2 具體措施4.2.1 “三干”技術(shù)的開發(fā)（1）開發(fā)以焦?fàn)t煙道廢氣為熱源的風(fēng)選破碎技術(shù)與煤調(diào)濕相結(jié)合的煤熱整粒工藝技術(shù)，達(dá)到焦炭產(chǎn)量提高5%10%、質(zhì)量明顯改善、噸焦工序能耗降低15.2kg標(biāo)煤、減少剩余氨水6萬t/a的目標(biāo)。（2）研究應(yīng)用處理能力達(dá)到150t/h的大型干熄焦技術(shù)，更好地回收利用焦炭余熱，改善焦炭質(zhì)量。（3）以

17、導(dǎo)熱油技術(shù)的推廣應(yīng)用為主線，開發(fā)以熱媒油為熱源的新型制冷機(jī)和太陽能利用等技術(shù)，全面實現(xiàn)化產(chǎn)工序無蒸汽生產(chǎn)，并逐步實現(xiàn)生活用能方式的改變，進(jìn)一步降低焦化工序能耗。4.2.2 上升管余熱回收利用發(fā)電技術(shù) 充分利用國際先進(jìn)的上升管余熱回收技術(shù)，結(jié)合已有的熱媒油利用技術(shù)，研究開發(fā)用熱媒油回收上升管荒煤氣余熱并生產(chǎn)蒸汽用于發(fā)電的新技術(shù)。4.2.3 化產(chǎn)蒸餾系統(tǒng) 推廣應(yīng)用負(fù)壓蒸餾工藝技術(shù)，降低能耗，減少污染。4.2.4 自動化升級改造 實現(xiàn)翻車機(jī)無人操作；逐步實現(xiàn)焦?fàn)t機(jī)車無人操作；實現(xiàn)苯精制系統(tǒng)離線自動操作。4.2.5 開展配煤技術(shù)的深入研究，開發(fā)弱粘低灰、低硫煤配煤煉焦技術(shù)，緩解資源壓力，提高產(chǎn)品清潔度

18、，減少對環(huán)境的硫污染。4.2.6 研究開發(fā)廢塑料配煤煉焦技術(shù)，實現(xiàn)企業(yè)社會友好功能。5 焦化清潔生產(chǎn)推動循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式開發(fā)5.1 源于焦化的清潔生產(chǎn)理念，提出鋼鐵企業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)指導(dǎo)思想蒸汽是劣質(zhì)低效的傳熱介質(zhì)；減少用水就是節(jié)能；減少蒸汽使用就是減少污染；污染是放錯位置的資源；實施污染資源化治理就是可持續(xù)發(fā)展。5.2 源于焦化廠清潔生產(chǎn)技術(shù)，為鋼鐵企業(yè)實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)提供堅強(qiáng)的技術(shù)支撐第一個大型余熱回收項目“干熄焦”的成功實施，拉開了濟(jì)鋼實施“分布式發(fā)電”的序幕；第一個實現(xiàn)工業(yè)用水閉路，其“小半徑循環(huán)、分質(zhì)用水、分區(qū)域閉路”的用水模式延伸到了濟(jì)鋼水系統(tǒng)調(diào)整中；第一個采用熱導(dǎo)油技術(shù)，為濟(jì)鋼余熱高效回收、余熱資源高效利用提供了一種嶄新的模式；第一個采用溴化鋰制冷技術(shù)，推動濟(jì)鋼利用余熱蒸汽制冷代替低效高能耗制冷設(shè)備成為現(xiàn)實；第一個實現(xiàn)取消蒸汽傳熱介質(zhì)，帶來濟(jì)鋼高效熱能傳質(zhì)開發(fā)理念的更新。5.3 源于焦化的資源、能源使用模式，帶動鋼鐵企業(yè)工藝結(jié)構(gòu)和能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整焦化廠水質(zhì)技術(shù)的開發(fā)、管理與運行，推動了濟(jì)鋼用水結(jié)構(gòu)的調(diào)整和節(jié)約；借鑒焦化廠焦?fàn)t蓄熱式燃燒技術(shù)，實現(xiàn)了濟(jì)鋼加熱爐的蓄熱化；焦?fàn)t改燒低熱值煤氣，帶動了濟(jì)鋼的煤氣熱值調(diào)整和結(jié)構(gòu)調(diào)整，為最終實現(xiàn)燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電創(chuàng)造了條件；焦化高鹽水用于燒結(jié)廠配料，焦化污水用于煉鐵廠泡渣，開創(chuàng)了工序間廢棄物資源化治理