煅后石油焦的生产工艺与环保研究*

2022-07-02李德伟张紫光

云南冶金 2022年3期

李德伟，张紫光

（云南源鑫炭素有限公司，云南昆明 650502）

回转窑煅烧工艺，作为我国最早引入并广泛利用的煅烧生产工艺模式，经过几十年的不断改进优化，在设备的利用效率和产品质量方面都有很大的提高。然而随着社会发展的进步，先进生产力取代落后生产力，安全、环保、节能、高效的发展模式已经成为全社会的共识，回转窑煅烧工艺的各个控制环节，基本上都涉及到烟气排放、余热利用、粉尘除尘收集等一系列问题难点，为此必须更加重视回转窑煅烧工艺与环保的探索研究，解决煅烧工艺控制过程中的难点和瓶颈，为炭素行业的良性绿色发展提供切实可行的解决方案。

1 回转窑煅烧石油焦生产工艺对比

现阶段，国内运行的回转窑都是在日本回转窑的技术基础上对其进行消化引进，从而完成相应的生产设计，但是和日本的回转窑[1]相比的话，我国运行的回转窑产能是比较低的。某公司目前生产中使用的回转窑产能在每小时达到6.5 t左右，与国内同行其他的一些运行回转窑进行对比的话，在石油焦煅烧工艺以及环保治理、节能利用方面，具备的差异还是比较明显的。本篇论文主要以某公司煅烧回转窑为例进行了相应的分析，在对其运行的回转窑以及国内其他一些回转窑进行分析的过程中，总结了以下内容：

1）回转窑设计参数及工艺指标对比。根据相关分析，其设计参数以及工艺指标对比主要如表1所示；

表1 国内某厂回转窑与引进回转窑设计参数及工艺指标对比Tab.1 Comparison of design parameters and process indicators between domestic rotary kiln and imported rotary kiln

2）两种石油焦煅烧回转窑生产工艺配置。国内某厂、某公司回转窑生产工艺具体内容情况如图1、图2所示。

图1 国内某厂回转窑生产工艺示意图Fig.1 Schematic diagram of rotary kiln production process of one domestic plant

图2 某公司煅烧回转窑生产工艺示意图Fig.2 Schematic diagram of calcination rotary kiln production process of one company

从图1、图2中可看出它们虽然在整体工艺及主体设备配置上基本相同，但在部分辅助设备及煅后石油焦的冷却、预热含尘空气的处理方面还是存在差异。图1中国内某厂回转窑在石油焦煅烧过程增加了二次风的供给；有利于煅前石油焦挥发分充分燃烧，还在一定程度上降低了燃料消耗。另外煅后石油焦的冷却不仅有内冷却水直接冷却还增加了外喷水进行间接冷却，冷却效率较高。最后在煅后石油焦冷却过程中产生的预热含尘空气，通过旋风收尘器与布袋除尘器串级收尘后排空，在增加排放、污染现场的同时也造成了部分能源损失。

图2中某公司煅烧回转窑在石油焦煅烧过程没有二次风的供给，煅前石油焦挥发分燃烧不充分，一定程度上增加了燃料消耗。另外在煅后石油焦的冷却只有内冷却水直接冷同时引入自然冷却空气辅助冷却，冷却效率相对降低。最后在煅后石油焦冷却过程中产生的预热含尘空气，通过多管旋风收尘器收尘后排入窑尾燃烧室进行燃烧，有效降低了排放减少现场污染，同时剩余能源得到充分循环利用。

2 回转窑煅烧工艺控制

现阶段绝大多数的回转窑在进行石油焦煅烧的时候都是依靠其中释放出来的挥发分[2]燃烧来完成的，并以此达成煅烧石油焦需要的温度。所以在这种情况之下，窑内的温度可以分为以下几种区域，即：预热区域、煅烧区域以及冷却区域。然而在实际的生产过程中，石油焦煅烧要想对这三个区域的分布进行适当的调节，就必须通过控制回转窑窑体上的三次风机等来完成有关的目的。对于国内的回转窑来说，窑头中的一次风机起到的作用就是为大窑内燃料提供助燃空气，但要是在进行燃烧的时候，生石油焦的挥发分维持在较高的水平上，由于煅前给料系统投料存在物料偏析，为了保证正常生产，就必须对一次风机进行调节使用。由此可以看出，在正常生产的时候，挥发分的燃烧就是石油焦煅烧主要的能源来源，并且在这个过程中，可以不用补充或少量补充的外部燃料，生产也不会受到影响。

3 回转窑燃烧室废气处理

就目前国内的石油焦煅烧现状来看，大部分的石油焦煅烧在进行生产的过程中，少数的挥发分都没有办法进行充分的燃烧，另外在进行相关处理时，这些没有充分燃烧的挥发分就会随着废气一起从燃烧室排出[3]。现阶段重力沉降室和燃烧室是国内大多数回转窑处理废气时采用的方法。

1）重力沉降室。在重力沉降室当中，对窑尾废气中存在的粉尘进行沉降就是其最为主要的作用，但是在重力沉降室里的挥发分并不能进行充分的燃烧，所以在这样的情况之下，重力沉降室的收尘效率就不高；

2）燃烧室。与重力沉降室不同的是，现阶段国内具有的燃烧室已经可以燃烧掉进入其中的挥发分，但由于缺乏相应的燃烧控制，所以当挥发分进入燃烧室时，无法保证废气中的挥发分能够充分的进行燃烧，除此之外，国内的燃烧室也没有办法为余热的锅炉提供相应的废气温度控制。

某公司的回转窑为了可以让窑内的挥发分得到充分燃烧，同时提供给余热锅炉[3]相应的废气温度，在燃烧室设置了助燃风机。生产过程中的燃烧空气包含以下两个部分：①燃烧空气经冷却筒抽风机通过冷却煅后焦进行预热后再送到燃烧室内；②燃烧空气从燃烧室助燃风机中产生。随后对燃烧室尾部的氧气含量进行有效控制，同时调节燃烧室助燃风机的开度，对废气中的挥发分进行充分燃烧，同时为余热锅炉提供热量。

4 冷却筒冷却烟气处理

在国内的冷却筒中，冷却石油焦产生的烟气是先通过旋风收尘器，再经过布袋或水膜除尘器进行收尘来完成收尘处理，收尘处理完成以后就直接排入大气。此方法存在以下几种问题：①布袋收尘器布袋的更换费用较高，增加大了生产运行成本；②当布袋收尘器在进行振打的时候，回转窑窑头负压控制就会受到严重干扰[3]影响煅烧；③无法对烟气中二氧化硫等有害气体[4]进行有效处理。

某公司为减少环境污染在排放烟气前经过钙法脱硫[5]系统，对烟气中二氧化硫等有害气体进行处理。回转窑冷却筒中冷却后烧焦产生的高温延迟，首先通过多管旋风收尘器进行收尘操作，之后利用引风机把这部分烟气输送到窑尾的燃烧室进行燃烧处理，有效避免了相关问题的产生。

5 高温煅烧焦冷却方式

国内回转窑通常采用内外结合的冷却方式，对高温煅烧焦在冷却筒内进行相应的冷却处理。在实际生产的过程中，由于这种方式需要采用外冷，所以冷却筒结构随之变得复杂，增加制造及维护的成本。某公司采用分段式直喷水的内冷方式避免了上述问题的产生。

6 烟气脱硫方式

回转煅烧之后的烟气处置方式，一般通过氨法脱硫或温式钙法脱硫的方式来完成。某公司采用氨法脱硫技术，氨法脱硫以水溶液中的SO2和NH3的反应为基础，吸收：SO2+H2O+2NH3=（NH4）2SO3（亚硫酸铵），氧化：2（NH4）2SO3+O2=2（NH4）2SO4（硫酸铵）。该技术特点：无二次废渣、废水和废气污染；回收SO2生产硫铵，实现SO2回收价值的最大化。氨法脱硫技术的优点：①适合高中低硫烟气，对烟气负荷变化适应性强，反应速度快，脱硫效率高；②原料易得，不产生废水、废液和废渣，没有二次污染；③设备占地面积较小，投资较少；④脱硫脱硝一举两得。氨水对NOX有一定吸收作用。在脱硫工艺过程中，氨水和浆液混合不断循环，在脱硫的同进也在不断的进行脱硝；⑤氨法脱硫不新增CO2附合环保的低碳节能和减排要求。

石灰石（石灰） -石膏湿法脱硫工艺[6]是湿法脱硫的一种，是当前国际上通行的烟气脱硫的基本工艺。采用石灰石或石灰作脱硫吸收剂，石灰石经破碎磨细成粉状与水混合搅拌成吸收浆液，当采用石灰为吸收剂时，石灰粉经消化处理后加水制成吸收剂浆液。在吸收塔内，吸收浆液与烟气接触混合，烟气中的二氧化硫与浆液中的碳酸钙以及鼓入的氧化空气进行化学反应被脱除，最终反应产物为石膏。脱硫后的烟气经除雾器除去带出的细小液滴，经换热器加热升温后排入烟囱。脱硫石膏浆经脱水后回收。该工艺主要优点：①原料来源广泛、易取得、价格优惠；②大型化技术成熟，容量可大可小，应用范围广；③系统运行稳定，变负荷运行特性优良；④副产品是良好的建筑材料，并且可实现无废物排放。某公司在氨法脱硫的基础上新建了石灰-石膏法脱硫装置，运行后脱硫效果达到超净排放的要求。