焦化生態圈
晉盛智能裝備制造有限公司立足煤化工行業，以焦化企業現有生產工序為基礎，綜合診斷各生產工序的用能、耗能和污染物排放情況，引進國內外先進節能減排的技術，按照系統思維的方法整體設計，集成創新，形成焦化行業節能減排系統整套技術，對焦化企業進行達標提升改造，從而實現清潔生產，進而打造焦化行業新型生態圈，使企業成為具備社會公共服務職能的循環經濟實體，成為區域經濟的中堅力量。
1.焦化生態圈的政策依據
《中華人民共和國環境保護法》
《煉焦化學工業污染物排放標準》
《余熱暖民工程實施方案》
國務院辦公廳《關于印發控制污染物排放許可制實施方案的通知》
《節約能源法》
《“十三五”生態環境保護規劃》
有關省市《焦化行業提標改造實施方案》
2.焦化生態圈簡介
通過實施焦化生態圈項目改變煤化工行業高能耗高污染的形象，使之成為工業清潔生產的典范，由粗放式單一生產型企業轉變為承擔社會功能的綜合型公共服務單位。打造一個多主體共贏互利的生態圈，更好滿足地方政府、城鎮居民、相關利益方多層次需求的生態大系統。
廢氣：在達標排放的基礎上，將廢氣中余熱及水份吃干榨盡，余熱生產蒸汽，水份用于供暖制冷。
廢水：廢水中的一部分用于新型熄焦工藝并做初步處理后回生化系統，另一部分脫硫廢液用于資源化生產硫酸銨，達到焦化企業零取水零排放。
3.生態圈工程
生態圈一期工程：焦爐煙道氣余熱回收+脫硫+脫硝+脫汞技術
生態圈二期工程：焦化脫硫廢液催化氧化生產硫氰酸銨和硫酸銨技術
生態圈三期工程：新型熄焦與處理焦化廢水技術
生態圈四期工程：利用焦爐煙氣、熄焦低溫水、上升管余熱換熱實施余熱暖民工程技術
生態圈五期工程：城市污水處理技術
4.焦化生態圈發展前景
通過在某一焦化企業實施生態圈模型建設獲得成功和社會的認可后，合作方能夠通過該項目的完善，共同探索出一種生態圈建設的模式，并可以快速在全國焦化企業復制推廣。
因該模式符合國家環境發展的需要，預估全國市場規模在2000億元以上（700家焦企×3-5億元投資），成立若干第三方運營公司，每家年收入5000-8000余萬元，每年開發兩家，收入遞增至億元以上。
5.晉盛超級生態鏈
山西焦炭集團200萬噸/年焦化規模
焦化生態圈建設
可
行
性
研
究
報
告
山西省焦炭集團有限責任公司（以下簡稱山焦焦炭集團）于2002年成立，經營領域涉及焦化生產、運銷、煤焦貿易、進出口貿易、倉儲物流、現代電子交易以及新興產業。目前介休焦化工業園區擁有兩個焦化廠（益興、益隆焦化，4.3米搗固焦）具有焦炭200萬噸/年、甲醇20萬噸/年生產能力。
一、焦化余熱利用可行性分析
1、焦爐煙道氣余熱回收
焦爐的廢熱資源再利用一直是焦化企業容易忽視的環節。在實際生產中，每座焦爐煤氣在燃燒室產生約180000Nm3/h，經過蓄熱室格子磚回收部分顯熱后，其煙道廢氣的溫度一般在260℃左右，其熱量長期以來沒有經過有效的利用就通過焦爐煙囪排到大氣中，浪費了可利用的廢熱能源。山西焦炭集團益興、益隆焦化焦爐煙氣余熱改造，利用這部分廢熱能源來生產低壓飽和蒸汽，實現資源的再利用和企業的節能降耗。飽和蒸汽壓力1.0MP，兩套產蒸汽量20t/h，年運行時間按8760小時，標準煤的價格按1200元/噸（含稅），蒸汽價格120元/噸，具體如下（兩座焦爐）：
表一
|
名稱 |
小時量 |
年量 |
折算系數 |
折標準煤（噸） |
|
水 |
20t |
175200t |
0.3571千克標煤/噸 |
62.56 |
|
電 |
641.2kwh |
5616912kwh |
0.1229千克標準煤/千瓦時 |
690.32 |
|
蒸汽 |
20t |
175200t |
0.108571噸標準煤/噸蒸汽 |
19021.64 |
|
合計 |
每年可實現節約標煤 |
18268.76 |
||
|
|
年節約人民幣（萬元） |
2192.3 |
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表二
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序號 |
名稱 |
萬元/年 |
|
1 |
人工 |
18 |
|
2 |
維護費 |
48 |
|
3 |
蒸汽 |
2102.4 |
|
4 |
合計效益 |
2036.4 |
綜上所述，200萬噸焦爐余熱回收，年效益為2192.3+2036.4=4228.7萬元，折合噸焦21.14元。
2、新型熄焦產生蒸汽
工藝簡介
在新型熄焦工藝過程中，紅焦從新型熄焦爐頂部裝入，廢水由熄焦爐底部噴灑進入，吸收紅焦顯熱，冷卻后的焦炭從新型熄焦爐底部排出，經熄焦爐環形煙道出來的高溫水煤氣和水蒸氣混合物流經熄焦工藝鍋爐進行熱交換，鍋爐產生蒸汽，冷卻后的水煤氣及冷凝水被匯總收集，根據需要進行合理使用。新型熄焦能在2分鐘內快速熄焦，該熄焦工藝在投資、節能、環保和改善焦炭質量等方面均優于傳統的濕熄焦和干熄焦工藝。
焦化廢水是煤在高位煉焦、煤氣凈化、化工產品回收及精制過程中產生的廢水。從廢水產生的源頭分，有煉焦煤帶入的水分（表面水和化合水）、化工產品回收及精制過程中使用蒸汽時轉化的水、工藝介質洗滌溶鹽等加入的水、添加化學劑帶入的水、工藝管道設備等清洗加入的水、濁循環水系統排污水、煤氣水封水、沖洗地面水、清洗油品槽車水等。
一個化工產品精制比較全的焦化廠，剩余氨水量約占總污水量的50%，化工產品回收及精制過程中工藝介質的分離水的量約占總污水量的25%，其他污水量占25%。
常規濕熄焦，噸焦用廢水0.5噸（循環使用）。每煉1噸焦炭消耗熱量約為3.15～3.36GJ，其中濕熄焦浪費的熱量就有1.45GJ，大約占了45％。
以山西焦炭益興、益隆200萬噸焦爐，新型熄焦工藝經濟效益如下：
每年可處理77萬噸焦化廢水。按處理成本4.5元/噸計算，每年可節約焦化廢水處理成本346.5萬元。
年產過熱蒸汽31.8萬噸，折標煤耗量3.5萬噸。以標煤價格1200元/噸計算，每年可節約資金4200萬元。
蒸汽價格120元/噸，蒸汽效益為3816萬元。
綜上所述，新型熄焦工藝產蒸汽，年節省資金8362.5萬元，折合噸焦41.81元。
3、上升管余熱回收產生蒸汽
煉焦生產有大量的余熱余能資源，其中650℃~750℃的焦爐荒煤氣帶出熱占焦爐輸出熱的37%，其顯熱居第二位，可利用性很高。為回收利用荒煤氣的高溫顯熱，我國焦化工作者在70年代開發了上升管汽化冷卻裝置，用來生產低壓蒸汽。 該系統1971年在首鋼、太鋼首先采用，其后武鋼、鞍鋼、北焦等大型焦化廠陸續采用。在1982年中國金屬學會焦化學術會議上就有4篇論文專門論述。所得的結論是:
(1) 上升管汽化冷卻技術，在工藝上是可行的，節能效果是顯著的(每生產1噸焦炭可副產0.6MPa蒸汽0.1噸)，經濟上是合理的(基建費用2年可收回)；
(2) 降低了上升管表面溫度，減少了焦爐爐頂散熱，改善了爐頂的操作條件；
(3) 該技術已趨于成熟，應加以推廣。
對于山西焦炭益興、益隆焦化年產200萬噸焦炭的焦化廠，上升管汽化冷卻裝置副產蒸汽量約22.8t/h，年產蒸汽20萬噸，每噸蒸汽120元，蒸汽年經濟效益2400萬元。折合系數0.10765，折合標煤2.15萬噸，年可減排二氧化碳量5.62萬噸。
4、清華大學所做余熱暖民工程經濟分析
余熱暖民”指回收利用低品位余熱資源為居民提供供熱（包括供暖和供生活熱水）服務。本實施方案中所指低品位余熱是100℃以下的液體、乏汽余熱、200℃的煙氣余熱、400℃左右的固體顯熱，以及其他因熱源分散、回收成本高等原因尚未充分利用的中高品位余熱資源等。
初步估算， 我國北方地區電力、鋼鐵、水泥、有色金屬、石化等行業約有3 億噸標準煤低品位余熱資源尚未利用，而2014年北方地區采暖用能約為1.8億噸標準煤。
近年來，北方部分城市探索開展了回收利用工業低品位余熱用于城鎮供暖的工作，取得了明顯成效，比如《河北省低品位余熱回收暖民工 程實施方案》。實踐表明，工業低品位余熱為居民供熱在經濟和技術上均具有較好的可行性。實施余熱暖民工程，推進具備條件的地區集中回收利用低品位余熱資源用于供熱，可以降低供熱成本，大幅提高能源利用效率，減少煤炭消耗和污染物排放，是一項重要的民生工程。
因此，國家發展改革委環資司印發了《余熱暖民工程實施方案》 (發改環資[2015]2491號)，對余熱暖民工程的實施進行支持和規范。
堅持安全穩定、因地制宜、鼓勵創新、多方共贏原則，到2020年，通過集中回收利用低品位余熱資源，替代燃煤供熱20 億平方米以上，減少供熱用原煤5000 萬噸以上， 實施余熱暖民示范工程。
約定回水溫度 :余熱熱源提供企業與供熱公司共同協商約定一次網回水溫度，用于雙方進行熱量結算。當供熱系統實施技術改造后引起一次網回水溫度產生較大變化時，雙方可通過協商重新調整約定回水溫度。
基于約定回水溫度的熱量結算：為鼓勵各方面努力降低回水溫度， 提高能源利用效率，鑒于余熱熱源的特殊性，研究提出了基于約定回水溫度的熱量結算方法。
采用基于約定回水溫度進行熱量結算的計算公式如下：
Qj = (Tg-Tyh)×M×Cp÷106
式中： Qj—結算熱量，GJ/h;
Th—一次網供水溫度，℃;
Tyh—一次網約定回水溫度，℃;
M —一次網循環水流量，kg/h;
CP—水的比熱，kJ/kg。
一次網回水溫度通常在50℃左右，則熱力生產企業（熱源企業）與熱力輸送企業（供熱企業）結算熱量為 Q=(Tg-50)×M ×Cp ×10-6，如果采用基于約定回水溫度的熱量結算方法，比如約定回水溫度取45℃，則結算熱量為 Q=(Tg-50) × M ×Cp ×10-6 ，對于熱源企業來說額外獲得了5℃溫差的熱量結算收益；而供熱企業可以通過提高換熱站換熱效率、采用熱泵等先進技術進一步降低一次網回水溫度，假設降至40℃，那么相對于45℃的約定回水溫度，供熱企業也額外獲得了5℃溫差的熱量結算收益，通過降低一次網回水溫度，雙方總共可獲得10℃溫差的額外熱量收益。
相對于通常50℃的一次網回水溫度，將一次網回水溫度降至40℃，余熱熱源提供企業多提供了10℃溫差的熱量，但該部分熱量是由供熱企業投資進行節能改造獲得的，因此應由雙方共同分享降低一次網回水溫度所帶來的收益，而對于整個供熱系統，則相應提高了余熱回收利用效率，減少了能源消耗和污染物排放。
據初步估算，一個100萬噸的焦化企業，其可利用余熱資源可供20萬人以上城鎮居民取暖。其供熱成本僅為3元/m3。若實現以余熱供暖替代燃煤或燃氣供暖，最低效益可達5000萬元以上。200萬噸焦化企業，供暖面積可達 平米，可實現效益8000萬元以上。
二、焦化廢水資源化利用可行性分析
1.脫硫廢液提鹽經濟分析
1.1基礎數據:以200萬噸焦化計算
1.1.1生產規模及產品方案
主產品：硫氰酸銨（w%≥98%） 4000t/a。
硫酸銨 (氮含量 w%≥21%) 4000t/a。
1.1.2 計算期及生產負荷
項目計劃建設期 1年，運營15年，投產期第1年生產負荷按 80%計算，以后各年均按 100%計算。
1.1.3 基準收益率
根據《建設項目經濟評價方法與參數》提供的參數，結合項目情況，確定本項目基準收益率為 15%以上。
1.1.4 產品成本費用
1.主要材料及其他原、輔材料按到廠價格計算，動力按現行
價格計算。
2.工資及福利
全廠設計定員45人，人均年工資及福利費為 36000 元。
3.折舊及攤銷
折舊按固定資產的不同類別分別計算，其中：房屋、構筑物按30年計提折舊；機器、設備按14年計提折舊，殘值率均按 5%計。其他資產按 5年直線攤銷。
4.修理費按固定資產原值的1%計算。
5.其它制造費按固定資產投資（扣除建設期利息）的1%計算。
6.營業費用按銷售收入的1%計算。
7.其它管理費用按工資總額的 1倍計算。
1.1.5 營業收入及稅金根據財務評價的計價原則，結合本行業的現狀及對未來發展預測，本項目確定硫氰酸銨(w%≥98%)稅前價格為 4500 元/噸、硫酸銨(氮含量 w%≥21%)稅前價格為 400 元/噸。以此計算，年均營業收入為 2392.67 萬元。
1.1.6 利潤總額及分配
年均利潤總額為 1200多 萬元。
1.2 財務評價
1.2.1盈利能力分析
1.在項目投資現金流量表中，假定全部投資均為自有資金進行現金流量分析。
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項目投資稅后財務內部收益率 |
% |
41.06 |
|
項目投資稅后財務凈現值 |
萬元 |
5906.61 |
|
項目投資稅前財務內部收益率 |
% |
52.54 |
|
項目投資稅前財務凈現值 |
萬元 |
8254.28 |
|
稅后投資回收期 |
年 |
3.52 |
|
稅前投資回收期 |
年 |
3.02 |
在資本金現金流量表中，從投資者角度進行分析，財務內部收益率為41.06%。
通過利潤與利潤分配表的計算可得如下：
經濟指標：總投資收益率：50.93%。
項目資本金凈利潤率：38.19%。
1.2.2 財務生存能力分析
通過財務計劃現金流量表的計算可以看出，本項目經營期各年
的累計盈余資金均大于零，說明項目的財務生存能力較強，財務風
險較小。
1.2.3不確定性分析
年固定資本
BEP = ———————————————————×100% = 35.61%
年銷售收入—年可變成本—年銷售稅金
計算結果表明，該項目只要達到設計能力的35.61%，企業就可保本，故本項目風險較小。
1.3 財務評價結論
從以上分析可以看出：本項目具有較好的財務指標，內部收益率、總投資收益率、 權益投資凈利潤率均高于行業基準值，投資回收期低于基準回收期，從不確定性分析看，項目具有較強的抗風險能力和市場競爭能力。 綜上所述，本項目在財務上講是可行的。
2.新型熄焦工藝處理剩余氨水
以100萬噸產能的焦化廠為例經濟分析
每年可處理38.5萬噸焦化廢水。按處理成本4.5元/噸計算，每年可節約焦化廢水處理成本170余萬元。
年產過熱蒸汽15.9萬噸，折標煤耗量1.75萬噸。以標煤價格500元/噸計算，每年可節約資金875萬元。
如果焦炭的燒失率提高至2%，每年可回收水煤氣9300萬立方米。以合成噸甲醇消耗2100立方米標準狀態合成氣計算，每年可合成甲醇4.4萬噸，按甲醇價格1500元/噸計算，年效益可達6600余萬元。
3.焦化脫硫廢液、酚氰廢水循環利用方案。
1）目標（社會效益、經濟效益）
實現5m3/h脫硫廢液和一回收28m3/h剩余氨水回用于煉軋廠轉爐除塵濁環水系統，利用高溫煙氣進行催化熱解處理，徹底解決脫硫廢液的治理，停運回收蒸氨系統。
社會效益：徹底解決脫硫廢液的治理，消除焦化當前最頭痛、最難的環保治理問題。另外污水中的有機成分經過高溫熱解為單碳或雙碳的碳氫化合物進入轉爐煤氣，可適當提高轉爐煤氣熱值；即使熱解不完全，也可給轉爐煤氣進行加熱，提高轉爐煤氣使用安全；且在煤氣利用燃燒時，進一步熱解氧化，確保污染物零排放。
經濟效益：
（1）停運一回收蒸氨系統，降低運行成本707萬元；
（2）可消除脫硫廢液建設提銨鹽裝置的一次投資費用約7164萬元，消除建成運行后每年虧損約1680萬元；
（3）優化轉爐凈環水系統水質穩定，按降低補水量25%核算，僅以低壓凈環水為例，可降低新水消耗40m3/h，年節水34.5萬元；
（4）按上海佳吉公司目前提報的處理費為6.5元/ m3，干熄焦系統回用酚氰廢水后每年公司需多支出約347萬元（33 m3/h×24×365×（6.5-1）=159萬元）的水處理穩定藥劑費用。即每年公司可產生效益513.5萬元（707+34.5-159=513.5萬元）。
2）剩余酚氰廢水生化前循環利用方案
經過股份公司考察組對安徽臨渙焦化有限公司、菏澤富海能源發展有限公司、唐山達豐焦化有限公司等焦化企業酚氰廢水回用情況的考察，基本可以確定回用生化處理后酚氰廢水是可行的。通過與上海佳吉公司的深入溝通，該公司承諾可保障生化前酚氰廢水的回用，也為實現股份公司效益最大化，我們建議將35m3/h二回收蒸氨廢水和37m3/h雜廢水在生化前回用于二、三煉焦干熄焦循環水系統，停運焦化生化系統。
回用方案：
（1）利用現有生化系統調節池接受30m3/h一回收蒸氨廢水和37m3/h雜酚水；利用現有酚氰廢水中轉泵房廢水泵和達標水泵，將酚氰廢水送至現有外送集水井；利用現有外送泵將酚氰廢水送至二、三煉焦干熄焦循環水系統作為系統補水。需對廢水泵和達標水泵出水管道進行聯通改造；并在外送集水井投加多功能緩蝕阻垢劑。
（2）在進入二、三煉焦干熄焦循環水系統之前加設管道過濾器和流量計，防止大顆粒雜物和懸浮物進入干熄焦循環水系統；且實現污水回用量的監控，便于依據補水量的變化對水質穩定劑投加量進行調節。管道過濾器反沖洗水排入新建化學除油器進行沉淀治理。
（3）新建化學除油器，用于接受二、三煉焦干熄焦循環水系統的排污水，去除排污水中大顆粒雜物和對懸浮物進行絮凝沉淀及廢水除油處理，在此投加PAC(聚合鋁)和PAM（聚丙烯酰胺）強化絮凝沉淀�；瘜W除油器上清液回至二、三煉焦干熄焦循環水系統循環利用，污泥摻入焦煤處理。
（4）為保障干熄焦循環水水質穩定，做好水質監控，在二三煉焦干熄焦循環水系統加設不銹鋼污垢熱阻儀。
目標（社會效益、經濟效益）
實現35m3/h二回收蒸氨廢水和37m3/h雜廢水回用于二、三煉焦干熄焦循環水系統，停運焦化生化系統。
社會效益：解決酚氰廢水的環保治理問題。
經濟效益：
（1）酚氰廢水不經生化處理直接回用干熄焦循環水系統，每年可減少廢水處理費用約796萬元。上海佳吉公司目前提報的處理費為6.5元/ m3，干熄焦系統回用酚氰廢水后每年公司需多支出約347萬元（72 m3/h×24×365×（6.5-1）=347萬元）的水處理穩定藥劑費用。即每年公司可產生效益450萬元（796-347=450萬元）；
（2）可消除酚氰廢水實現達標排放的一次投資費用約3000萬元，消除改造后年運行費2400萬元左右。
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焦化生態圈投資回報匯總表 |
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項 目 |
投資額 (萬元) |
年利潤 （萬元） |
收益率 |
投資回收期 （年） |
|
|
廢氣余熱利用 |
焦爐煙道氣余熱回收脫硫脫硝 |
5000 |
4428.7 |
0.886 |
1.2 |
|
新型熄焦產生蒸汽 |
6250 |
8362.5 |
1.338 |
0.75 |
|
|
上升管余熱回收產生蒸汽 |
4800 |
2400 |
0.5 |
2 |
|
|
余熱暖民工程 |
15000 |
8000 |
0.53 |
2 |
|
|
廢水資源化利用 |
脫硫廢液提鹽 |
5100 |
1200多 |
0.235 |
4.1 |
|
新型熄焦工藝處理剩余氨水 |
20000 |
13200余 |
0.66 |
1.4 |
|
|
焦化脫硫廢液循環利用 |
1200 |
513.5 |
0.43 |
2.5 |
|
|
剩余酚氰廢水生化前循環利用 |
6800 |
2850 |
0.42 |
2.4 |
|
|
合計 |
64150 |
40954.7 |
0.625 |
1.5 |
|
說明：此表以產量200萬噸/年焦爐初步估算，具體以實際參數測算，材料現價為準。
