杜生强

（新疆八一钢铁股份有限公司炼铁厂）

1 前言

化工尾气含有异味，气体成分有氨、非甲烷总烃、硫化氢、萘、苯类等，有机物含量高，低温情况下容易结晶凝固。炼焦VOC气体含有苯、酚、甲醛等有机物，除了对人体感官有刺激之外，还会对人体粘膜产生刺激并导致病态，更为严重的是其具有基因毒性和致癌性，而且在自然环境下又难以降解。

随着保要求的日趋严格，VOC已被列入强行治理的行列之中，并且治理方式较为繁多。常用的方法主要有冷凝回收法、吸收法、燃烧法、催化法、吸附法以及引入煤气负压系统法等。八钢公司根据自有装备及厂区布置特点，通过综合考虑，采用了一种简单、安全、可靠、运行成本低的方法来处置VOC尾气。

2 八钢焦化VOC气体治理新工艺

八钢焦化有4座焦炉，焦炭产能220万t，配有2套干熄焦系统、储运系统及1套煤气回收系统。

煤气回收系统主要作用是：来自焦炉约82℃的荒煤气，与焦油和氨水沿吸煤气管道流至气液分离器后，荒煤气由气液分离器上部出来进入并联操作的横管初冷器。横管初冷器上段用32℃循环水将煤气冷却至40～45℃。横管初冷器下段用16℃的制冷水（由制冷站供给）将煤气冷却至21±1℃，由煤气鼓风机压送脱硫工段、洗氨、洗苯工段。洗苯后的净煤气除部分供给本厂焦炉和粗苯管式炉、氨分解加热外，其余送八钢生产用户及民用。而VOC气体就产生于煤气净化过程中的冷凝液塔、罐、槽等装置。

八钢焦化充分利用了八钢的生产特性及装置特性，将VOC气体收集后送入其它功能区块的高温设备内进行焚烧处理，有机物质燃烧可提供热量，而且燃烧后的尾气可通过环保设备进行二次治理，实现达标排放。

2.1 八钢焦化VOC气体排放点

八钢焦化厂VOC排放工序主要包括鼓冷区域、洗涤区域、粗苯区域、提盐区域、油库区域、蒸氨区域，总计84个排放点。主要特点是排放点多、废气中物质组分复杂、机械化氨水澄清槽密封性差，VOC气体收集难度大，收集后的气体成分复杂，且具有氧含量高等特点。排放点如图1所示。

图1 八钢焦化VOC气体排放点

2.2 八钢焦化VOC气体收集方法

VOC气体排放点非常分散，并且鼓冷气体中含有容易冷凝结晶的萘，往往会造成管道堵塞，同时对装有氨水罐、粗苯罐、焦油罐、洗油罐的罐体结构安全性构成威胁，因此可以说VOC尾气治理的难点之一在于气体的有效收集。八钢对VOC气体收集充分结合了现场工艺特点，首先要保证科学、合理及安全，其次是尽可能控制投资。

2.2.1 VOC气体管道架设及布置

按照鼓冷、洗涤、提盐、粗苯、油库、蒸氨6个区域进行模块化设计每个区域设主干管道；在附八路管架上部设置VOC气体收集总管，并将各支路主管与总管相联接；各支管充分利用现有能源介质管架，并进行荷载确认。

2.2.2 工艺设施密封性和安全性要求

对所有塔、罐、槽的密封性进行检查，并进行封堵。脱硫塔所有检修人孔加装玻璃钢。5台机械化氨水澄清槽和1台机械化焦油澄清槽排渣口与大气接通，必须为其配备密闭排渣装置。

每个点的废气出口处加装压力调节阀，每个区域加装压力调节阀（6个），并安装于各个大槽废气管道的起始端。优点是大槽内部压力可以保持较低水平，但是部分废气管道为微负压，可能导致吸入空气；每个大槽需设置1台废气调节阀，阀门数量较多，投资成本大。

2.2.3 系统压力平衡

每个点采用微负压控制，压力为-150Pa～0Pa，并引入化工中控、电脑控制，根据各支管压力情况实时调节，保证整个系统压力平衡。

各废气收集点需加装阀门，在单个系统出现问题后，能及时进行有效切断，便于检修。

对罐、槽进行氮气稳压，当罐、槽由于出料或温度下降，导致槽内压力下降至设定下限时，废气出口压力调节阀逐渐关闭，贮槽处于密闭状态，既不向负压系统呼出废气，也不向槽内注入氮气，当贮槽内压力继续下降至设定下限时，氮气稳压装置开启，向贮槽内注入氮气，使槽内压力保持的设定上限与下限之间。

2.2.4 收集装置的完善

对每个收集点对应的管道加装伴热管进行保温，对每个收集点对应的管道增设蒸汽反吹扫联接阀，引风机电机采用变频调速，连入电脑并根据压力情况自动调节转速。尾气收集管道要有一定倾角，部分汇集管道增设冷凝液排放管，加装废气管道的流量计；苯槽加装氮封装置；槽、焦油槽、洗油槽尾气排出管道上加装阻火器，保证系统安全。

焦化VOC气体收集系统的改进，要求实施严格的施工安装以及现场操作管理，以保证VOC气体被有效的收集。

3 工艺安全性分析及锅炉外排情况

3.1 安全性分析

经过现场考察及充分论证，认为可以将锅炉当作燃烧炉，锅炉燃烧VOC气体的方法简单可靠，投资少。理论分析认为，锅炉消耗风量大，燃烧温度高，可将有机物质充分燃烧、氨类物质充分分解，并且可利用锅炉的原有尾气处理设施，保证锅炉排放气体达标。同时，锅炉风道为负压管道，与VOC气体管道连接后可形成负压，减少风机的电能消耗。八钢4*180t锅炉离焦化最近，直线距离为150m，可以通过管道输送VOC气体。考虑到VOC气体中含有大量有机物质，进行了气体成分及爆炸性能分析，如表1。

表1 VOC气体检测及安全性分析

依据表1数据，按单种气体最大检测浓度核算最大百分浓度，所有数值低于对应爆炸极限的下线值，且混合气体爆炸极限＜1。

分析发现，各VOC尾气收集点全部投产后，未达爆炸极限的下限值，焦炉VOC气体浓度是安全的。经过检测，管道内气体流量约为6000Nm3/h，而180t锅炉入口空气流量为6万～10万Nm3/h，混合后稀释倍数为10～16.7倍，稀释后的各气体成分浓度值更低于爆炸下限值，更安全。

3.2 工艺安全保障措施

八钢能源中心4×180t锅炉，燃料为高炉煤气与焦炉煤气的混合煤气，煤气流量约18万m3，废气量约59万m3/台。另有4台空气鼓风机，设有垂直风道，风道入口为负压，风机后为正压，混合煤气在锅炉内部预空气进行燃烧。

（1）VOC气体进入能锅炉是1开2备，而在锅炉正常工况条件下，实施2开1备。VOC气体进入后稀释倍数可达到20～33.4倍，安全性得到提升。

（2）收集VOC气体主管与4×180t锅炉风道采用并联方式连接，并且与每台锅炉用翻板阀、眼镜阀连接，便于锅炉检修，并能保证VOC气体100%输送进入风道。如图2所示。

锅炉燃烧VOC气体对2019年1～12月锅炉排放指标进行了统计，锅炉外排指标见表2。

图2 VOC气体进入锅炉风道

表2 2019年八钢4×180t外排指标 mg/m3

由表2可知，2019年1～12月4×180锅炉外排数据，全部达到特排指标要求。

4 八钢VOC气体治理新工艺的优点

八钢焦化VOC治理技术结合本企业的特点，与常规处理方法相比较，有如下优越性：

（1）较常规工艺方法即酸洗、碱洗的一次性投资明显降低，八钢采用的处理工艺投资总计约900万元，而常规方法约在4500万元；

（2）八钢VOC气体治理新工艺一次性燃烧处理，无其它外排点，并且有机物质替代了一部分锅炉的燃料；

（3）新工艺安全性好。常规方法中，一部分气体回收后送入负压煤气管道，存在回收时氧含量超标，影响煤气管网安全且存在电捕跳电及爆炸的风险；

（4）新工艺设备少。关键设备是小型风机、调节阀、呼吸阀等，因此故障率将明显降低，维修费用大幅度降低。

5 结束语

八钢VOC气体治理新工艺中锅炉充当了燃烧炉，VOC气体为锅炉提供燃料；同时VOC气体中的有机物质燃烧生成的二氧化碳及水提供了热量。最主要的是实施过程中依靠已有设备，投资省、占地少、工艺简单、安全可靠、无二次污染、可操作性强，在国内属首套。经过半年的使用，装置稳定，满足环保要求。

此工艺突破了常规化工VOC气体的治理方式，治理VOC气体简单化，不但节省占地与投资，而且安全可靠，实用性强，可在行业内推广应用。