危废沥青煤焦油综合利用技术设备

（一）项目来源

煤焦油是一种很有特色的化石燃料。与煤相比，燃烧洁净，热值高；与天然气相比, 安全、易于储存且不受地域限制；与轻油相比, 经济便宜。近年来随着优质燃油和天然气的价格不断上涨，且已被列入微废，必须交由专业厂家处理，处置费用3500-4000元/吨，煤焦油作为替代燃料越来越受到了人们的重视，在此背景下研究煤焦油燃烧技术显然具有十分重要的现实意义，2018年西宁市科学技术局立项研究（项目编号;2018-Y-12）。

（二）项目背景

危险废物因其本身的腐蚀性、毒性、易燃性等特性，若处置不当，不仅对大气、水源、土壤带来污染，而且影响人的身体健康。

危险废物处理、处置不善，会给人民健康、生态环境和经济发展留下极大隐患。

危险废物具有毒性、腐蚀性、化学反应性等危害特性，能通过食物链、呼吸道或皮肤接触对人体造成危害，如不妥善处置将严重危害人民的生命健康。

危险废物的污染特性具有潜在性和长期性，对环境的污染影响表面上看不太明显，也容易被忽视，但其危害作用是长期的，后果一旦表现出来就难以清除，而且耗资巨大。

对危险废物的无害化处置，是巩固废气、废水治理成果的要求。

废气、废水治理过程的污染物大多转化为固态和半固态的固体废物或危险废物，如果这些废物未得到妥善处置，那么此前的工作将前功尽弃。因此，危险废物的有效处置是气污染防治的最终章节，它的成功与否决定了整个环境污染控制的效果和水平。

危险废物处置场所是中心城市重要的环保基础设施之一。

危险废物的集中处置，可以形成规模经营、降低处置成本。危险废物的就近处置，可以减轻企业负担、降低运输过程中的污染风险。危险废物的处置是一项技术要求高，对污染排放控制严格的工程，既要投入大量的资金和物力，又要有强大的技术力量做后盾。只有建设一定规模、技术先进可靠、管理严密、有完善污染防治配套设施的集中处置场，才能降低投资和处置成本，使处置费用较为合理。

沥青是焦油蒸馏提取后的残留物，常温下为黑色固体，无固定的熔点，受热后软化继而熔化。按其软化点高低可分为低温、中温和高温沥青。煤焦油是沥青溶化后析出的重要产品之一，其产量约占沥青量的2%，其组成极为复杂，主要含有 HYPERLINK "http://baike.baidu.com/item/%E8%8B%AF" \t "http://baike.baidu.com/_blank"苯、 HYPERLINK "http://baike.baidu.com/item/%E7%94%B2%E8%8B%AF" \t "http://baike.baidu.com/_blank"甲苯、 HYPERLINK "http://baike.baidu.com/item/%E4%BA%8C%E7%94%B2%E8%8B%AF" \t "http://baike.baidu.com/_blank"二甲苯、萘、 HYPERLINK "http://baike.baidu.com/item/%E8%92%BD" \t "http://baike.baidu.com/_blank"蒽等 HYPERLINK "http://baike.baidu.com/item/%E8%8A%B3%E7%83%83" \t "http://baike.baidu.com/_blank"芳烃，以及芳香族含氧化合物（如 HYPERLINK "http://baike.baidu.com/item/%E8%8B%AF%E9%85%9A" \t "http://baike.baidu.com/_blank"苯酚等 HYPERLINK "http://baike.baidu.com/item/%E9%85%9A%E7%B1%BB%E5%8C%96%E5%90%88%E7%89%A9" \t "http://baike.baidu.com/_blank"酚类化合物），含氮、含硫的 HYPERLINK "http://baike.baidu.com/item/%E6%9D%82%E7%8E%AF%E5%8C%96%E5%90%88%E7%89%A9" \t "http://baike.baidu.com/_blank"杂环化合物等多种有机物。煤焦油又称煤膏、煤馏油、煤焦油溶液。是一种黑色或黑褐色粘稠状液体，比重大于水，具有一定溶性和特殊的臭味，可燃并有 HYPERLINK "http://baike.baidu.com/item/%E8%85%90%E8%9A%80%E6%80%A7" \t "http://baike.baidu.com/_blank"腐蚀性 。

煤焦油是一种很有特色的化石燃料。与煤相比，燃烧洁净，热值高；与天然气相比, 安全、易于储存且不受地域限制；与轻油相比, 经济便宜。近年来 , 随着优质燃油和天然气的价格不断上涨，且已被列入微废，必须交由专业厂家处理，处置费用3500-4000元/吨，煤焦油作为替代燃料越来越受到了人们的重视，在此背景下研究煤焦油燃烧技术显然具有十分重要的现实意义。

（三）项目研究内容

煤焦油燃烧装置是为粘度高、雾化性能差的 HYPERLINK "http://baike.baidu.com/item/%E9%87%8D%E6%B2%B9/3554303" \t "http://baike.baidu.com/item/%E9%87%8D%E6%B2%B9%E7%87%83%E7%83%A7%E5%99%A8/_blank"煤焦油专门设计的提高 HYPERLINK "http://baike.baidu.com/item/%E7%87%83%E7%83%A7%E6%80%A7%E8%83%BD/6320383" \t "http://baike.baidu.com/item/%E9%87%8D%E6%B2%B9%E7%87%83%E7%83%A7%E5%99%A8/_blank"燃烧性能的燃烧装置，主要由煤焦油箱、预热器、 HYPERLINK "http://baike.baidu.com/item/%E6%B2%B9%E8%BF%87%E6%BB%A4%E5%99%A8/8851573" \t "http://baike.baidu.com/item/%E9%87%8D%E6%B2%B9%E7%87%83%E7%83%A7%E5%99%A8/_blank"油过滤器、燃油泵、 HYPERLINK "http://baike.baidu.com/item/%E8%B0%83%E5%8E%8B%E9%98%80/1929521" \t "http://baike.baidu.com/item/%E9%87%8D%E6%B2%B9%E7%87%83%E7%83%A7%E5%99%A8/_blank"调压阀、流量调节阀、 HYPERLINK "http://baike.baidu.com/item/%E7%87%83%E7%83%A7%E5%99%A8/9052252" \t "http://baike.baidu.com/item/%E9%87%8D%E6%B2%B9%E7%87%83%E7%83%A7%E5%99%A8/_blank"燃烧器、电器系统、温控系统、烟气净化系统及其输送管道等组成。

1预热系统

预热系统由油箱、板式预热器、温度计和保温装置组成。用于加热煤焦油至一定温度，减小粘度，以增加煤焦油雾化效果。预热温度以达到燃烧器能喷出的最大粘度为宜，煤焦油喷嘴前的最佳粘度为30mm2/s，煤焦油粘度与温度关系如表1。

表1 煤焦油粘度与温度对应表

温度（℃）

粘度（mm2/s）

32

255

40

184

45

142

50

125

55

73

60

42

65

30

根据表一对应关系，煤焦油温度以加热到65℃为本项目的最低温度，随着温度的升高，粘度会越来越低，但煤焦油挥发分也将越来越多，损耗增大，空气污染也加剧，故最高温度上限控制在80℃。

预热器热源采用蒸汽，既环保又安全，焙烧炉面两侧均布置有蒸汽管线，蒸汽温度在130℃左右，预热器加热面积在2.8m2，双层布置，30min即可将煤焦油从20℃提升到65℃，当温度达到80℃时关闭蒸汽阀门，在保温装置作用下可保温3h。

2过滤系统

过滤系统由三级过滤器、排污阀、反冲洗管路、快开门组成。第一级过滤为3*3mm钢丝筛网，布置在油箱加油口，可避免加油时大颗粒杂物进入到油箱内；第二级过滤为吸吮式过滤器，过滤精度为50目，安装在油泵入口处；第三级过滤为蓝式过滤器，过滤精度为100目，安装在油泵入口管道上，后两级过滤器均可拆卸清洗，使用一定周期后需更换。三级过滤装置保证了油质的清洁，避免油泵非正常磨损，最主要是防止燃烧器烧嘴的堵塞。当使用一定周期后打开排污阀将油箱内的油垢排出，防止形成结垢堵塞过滤器。油泵溢流回油管安装在吸吮式过滤器旁边，只要油泵工作时高速回油就一直对过滤器表面进行冲洗，可起到自洁作用。

3加压系统

加压系统由加压油泵、给油阀、溢流阀、单向阀、压力表和高压油管组成。加压后的油通过烧嘴时可两种状态，当油压超过1Mpa时高度雾化，低于1Mpa时低度雾化。根据焙烧炉燃烧室火焰喷射方向与烟气流动方向垂直结构特点，本方案采用低雾化技术加大火焰的喷射长度，保证炉室底部也能得到均匀加热，油压选定在0.5~0.7Mpa之间。加压油泵选用压力4Mpa，流量2.5m3/h齿轮泵，结构简单、故障率低，溢流阀选用量程在0~1Mpa。

4燃烧系统

燃烧系统由燃烧器、金属软管、脉冲阀、流量调节阀组成。为保证压力油的喷射效果，本方案选用喷嘴直径为0.8mm，流量为30L/h的燃烧器。脉冲阀为二位三通电磁阀，电压等级DC24V；金属软管耐高温高压；流量调节阀为波纹管截止阀，耐压4Mpa。

5燃烧器冷却系统

燃烧器在火道内燃烧时，炙热的高温易将烧嘴内的煤焦油炭化结焦，堵塞油嘴，严重的将烧嘴内的密封铜垫烧化而无法工作。为解决此难题，在火眼口制作一支架，将燃烧器架起来，起到隔热和散热作用，同时在支架上设计一观察口，即可散热，又便于观察燃烧情况。

6点火系统

点火系统的功能在于点燃空气与燃料的混合物，焙烧炉火道内温度一般在800℃以上，大于煤焦油燃点，本技术无需再设置点火装置，只需将煤焦油喷射到需要加热的炉室内，即可快速燃烧，使用方便。

7送风系统

送风系统的功能在于向燃烧室里送入一定风速和风量的空气，本技术利用现有的焙烧炉负压和炉面助燃风机，可补充充足的空气助燃，且为负压，不会出现喷火现象，安全性较高。

8烟气净化系统

烟气净化系统主要是将煤焦油燃烧时所产生的废气予以净化，达到排放标准，本技术应用现有的焙烧烟气净化系统即可。

9电控系统

电控系统是以上各系统的指挥中心，主要控制元件有输入输出电缆、空气开关、变频器、接触器、热继电器、启动停止按、指示灯组成。

10温控系统

温控系统是保证燃烧质量的关键系统，当燃烧室温度低于设定值时，系统发出指令，燃烧器脉冲阀得电打开，燃烧器喷油燃烧，反之失电关闭。主要控制元件有测温元件、变送器、PLC、导线组成。

（四）拟解决的关键技术或研究结果及目的

采用板式预热器，软化煤焦油，以便于管道输送，有利于喷吹雾化改善燃烧效率 ；

确定了软化温度，防止高于 HYPERLINK "http://baike.baidu.com/item/%E9%97%AA%E7%82%B9" \t "http://baike.baidu.com/item/%E9%87%8D%E6%B2%B9/_blank"闪点温度而爆燃现象；

采用三级过滤技术，阻隔了油中的机械杂质，防止油路和喷嘴堵塞；

在焙烧炉内燃烧，无需设置辅助点火系统；

采用自动温控系统，防止过度燃烧；

采用两级净化，降低烟气污染；

系统中应用了密闭存储、隔热保温、溢流恒压技术，安全可靠；

燃烧器采用自然风冷却技术。

提高焙烧炉边火道阳极质量

(五)项目创新点和取得的成果

项目创新点

板式蒸汽预热器，加热速度快、没有火焰，杜绝火险；

自洁式过滤器，无需人为清洗，降低劳动强度；

温控技术，自动控制设定的温度。

隔热、散热燃烧架，避免烧嘴氧化、堵塞。

项目取得的成效

研制了4台套危废煤焦油燃烧综合利用系统，建立高原环境条件下，炭素危废煤焦油综合开发利用系统的生产操作规范和技术方案，完善相关技术规范。

2018年5月经过3个多月的设计、研制、调试，第一台煤焦油燃烧机在一焙烧成功投运。5月8日—7月10日该系统投入生产运行并进行了性能测试，在生产运行过程中，该装置加热软化煤焦油迅速、温度自控，燃烧充分，火道终温达到生产工艺要求，优于天然气燃烧加热；每天消耗的煤焦油达到预期目标，可将生产中产生的煤焦油全部消化；燃烧中产生的烟气可通过焙烧两级烟气净化系统回收，达标排放（鑫业公司自2017年环保局安装24小时在线自动监测系列，在进行煤焦油替代部分天然气在焙烧炉中使用时未发生排放数据超标现象，数据一直达到环保局排放值）。能够满足焙烧生产需求，同时提高了边火道阳极质量，达到了工艺性能要求。

本机器采用蒸汽板式加热、低雾化，自洁式过滤器技术，设备操作简便，安全环保风险低，投资小，收效大，是目前炭素企业降本增效的有效手段。随着环保要求越来越严格以及自动控制技术、电力电子技术地快速发展，煤焦油再生能源技术成功应用，开创了危废煤焦油综合利用和降低环境污染治理的先河，为今后废物治理提供了可供借鉴的宝贵经验。

(六)项目取得的成效

社会效益分析

该研发项目成果可以向铝电解炭阳极生产产生的废沥青煤焦油治理提供应用技术，能够大大降低处置费用和环境污染，全国炭素产能2000万吨，如全面推广每年可产生效益2.7亿元；该技术实施应用后效果明显，操作简便，安全环保风险较小，投资小，收效大，是目前炭素企业降本增效的有效手段，该技术可对炭素可燃废弃物的再利用提供技术借鉴和启发，对提高企业竞争力具有深刻的现实意义，具有广阔的发展前景，对当前建设资源节约型企业和进一步推动我国炭素环保治理都具有十分重要的意义。

经济效益分析

以年产30万吨炭素企业为例，沥青消耗15.5%，即5万吨，其中废沥青煤焦油产生量2%既1000吨。每千克废沥青煤焦油产生的热值与每立方米天然气产生的热值相当，天然气价格为1.8元/m3。利用该技术每年产生经济效益405万元，计算依据如下：

减少天然气用量每年产生经济效益：1.8×1000×1000=180万元；

危废处置费2300元/吨，备件维护费5万元/年，效益：0.23×1000-5=225万元；

合计：每年产生经济效益180+225=405万元

生态效益

随着经济的飞速发展以及工业化水平的不断提高,全球的危固废物排放量日益递增,我国的危固废物产生量也逐年上涨,危固废物环保处置的需求与其处置能力之间的矛盾日益突出。随意堆放危固废物会对生态环境以及人体健康造成严重危害,但如果对危固废物进行二次资源环保处置利用时,不但可以解决环境污染的问题,还能节约资源、减少原矿开采、缓解部分资源短缺,为我国经济和环境的可持续发展提供环境容量,带来积极的生态效益。伴随环境问题的不断增多,我们逐渐意识到有效保护环境以及提升对资源循环利用的重要性。本研发针对危固废物环保处置对生态建设的作用进行研究,,从几个具体方面分析危固废物环保处置对生态建设的作用:一是危废利用可以减少原料消耗和原油的开采量;二是危废环保处置可以减少污染物的排放量;三是危废环保处置可以减少能源的消耗量。