焦化生态圈
晋盛智能装备制造有限公司立足煤化工行业，以焦化企业现有生产工序为基础，综合诊断各生产工序的用能、耗能和污染物排放情况，引进国内外先进节能减排的技术，按照系统思维的方法整体设计，集成创新，形成焦化行业节能减排系统整套技术，对焦化企业进行达标提升改造，从而实现清洁生产，进而打造焦化行业新型生态圈，使企业成为具备社会公共服务职能的循环经济实体，成为区域经济的中坚力量。
1.焦化生态圈的政策依据
《中华人民共和国环境保护法》
《炼焦化学工业污染物排放标准》
《余热暖民工程实施方案》
国务院办公厅《关于印发控制污染物排放许可制实施方案的通知》
《节约能源法》
《“十三五”生态环境保护规划》
有关省市《焦化行业提标改造实施方案》
2.焦化生态圈简介
通过实施焦化生态圈项目改变煤化工行业高能耗高污染的形象，使之成为工业清洁生产的典范，由粗放式单一生产型企业转变为承担社会功能的综合型公共服务单位。打造一个多主体共赢互利的生态圈，更好满足地方政府、城镇居民、相关利益方多层次需求的生态大系统。
废气：在达标排放的基础上，将废气中余热及水份吃干榨尽，余热生产蒸汽，水份用于供暖制冷。
废水：废水中的一部分用于新型熄焦工艺并做初步处理后回生化系统，另一部分脱硫废液用于资源化生产硫酸铵，达到焦化企业零取水零排放。
3.生态圈工程
生态圈一期工程：焦炉烟道气余热回收+脱硫+脱硝+脱汞技术
生态圈二期工程：焦化脱硫废液催化氧化生产硫氰酸铵和硫酸铵技术
生态圈三期工程：新型熄焦与处理焦化废水技术
生态圈四期工程：利用焦炉烟气、熄焦低温水、上升管余热换热实施余热暖民工程技术
生态圈五期工程：城市污水处理技术
4.焦化生态圈发展前景
通过在某一焦化企业实施生态圈模型建设获得成功和社会的认可后，合作方能够通过该项目的完善，共同探索出一种生态圈建设的模式，并可以快速在全国焦化企业复制推广。
因该模式符合国家环境发展的需要，预估全国市场规模在2000亿元以上（700家焦企×3-5亿元投资），成立若干第三方运营公司，每家年收入5000-8000余万元，每年开发两家，收入递增至亿元以上。
5.晋盛超级生态链
山西焦炭集团200万吨/年焦化规模
焦化生态圈建设
可
行
性
研
究
报
告
山西省焦炭集团有限责任公司（以下简称山焦焦炭集团）于2002年成立，经营领域涉及焦化生产、运销、煤焦贸易、进出口贸易、仓储物流、现代电子交易以及新兴产业。目前介休焦化工业园区拥有两个焦化厂（益兴、益隆焦化，4.3米捣固焦）具有焦炭200万吨/年、甲醇20万吨/年生产能力。
一、焦化余热利用可行性分析
1、焦炉烟道气余热回收
焦炉的废热资源再利用一直是焦化企业容易忽视的环节。在实际生产中，每座焦炉煤气在燃烧室产生约180000Nm3/h，经过蓄热室格子砖回收部分显热后，其烟道废气的温度一般在260℃左右，其热量长期以来没有经过有效的利用就通过焦炉烟囱排到大气中，浪费了可利用的废热能源。山西焦炭集团益兴、益隆焦化焦炉烟气余热改造，利用这部分废热能源来生产低压饱和蒸汽，实现资源的再利用和企业的节能降耗。饱和蒸汽压力1.0MP，两套产蒸汽量20t/h，年运行时间按8760小时，标准煤的价格按1200元/吨（含税），蒸汽价格120元/吨，具体如下（两座焦炉）：
表一
|
名称 |
小时量 |
年量 |
折算系数 |
折标准煤（吨） |
|
水 |
20t |
175200t |
0.3571千克标煤/吨 |
62.56 |
|
电 |
641.2kwh |
5616912kwh |
0.1229千克标准煤/千瓦时 |
690.32 |
|
蒸汽 |
20t |
175200t |
0.108571吨标准煤/吨蒸汽 |
19021.64 |
|
合计 |
每年可实现节约标煤 |
18268.76 |
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|
|
年节约人民币（万元） |
2192.3 |
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表二
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序号 |
名称 |
万元/年 |
|
1 |
人工 |
18 |
|
2 |
维护费 |
48 |
|
3 |
蒸汽 |
2102.4 |
|
4 |
合计效益 |
2036.4 |
综上所述，200万吨焦炉余热回收，年效益为2192.3+2036.4=4228.7万元，折合吨焦21.14元。
2、新型熄焦产生蒸汽
工艺简介
在新型熄焦工艺过程中，红焦从新型熄焦炉顶部装入，废水由熄焦炉底部喷洒进入，吸收红焦显热，冷却后的焦炭从新型熄焦炉底部排出，经熄焦炉环形烟道出来的高温水煤气和水蒸气混合物流经熄焦工艺锅炉进行热交换，锅炉产生蒸汽，冷却后的水煤气及冷凝水被汇总收集，根据需要进行合理使用。新型熄焦能在2分钟内快速熄焦，该熄焦工艺在投资、节能、环保和改善焦炭质量等方面均优于传统的湿熄焦和干熄焦工艺。
焦化废水是煤在高位炼焦、煤气净化、化工产品回收及精制过程中产生的废水。从废水产生的源头分，有炼焦煤带入的水分（表面水和化合水）、化工产品回收及精制过程中使用蒸汽时转化的水、工艺介质洗涤溶盐等加入的水、添加化学剂带入的水、工艺管道设备等清洗加入的水、浊循环水系统排污水、煤气水封水、冲洗地面水、清洗油品槽车水等。
一个化工产品精制比较全的焦化厂，剩余氨水量约占总污水量的50%，化工产品回收及精制过程中工艺介质的分离水的量约占总污水量的25%，其他污水量占25%。
常规湿熄焦，吨焦用废水0.5吨（循环使用）。每炼1吨焦炭消耗热量约为3.15～3.36GJ，其中湿熄焦浪费的热量就有1.45GJ，大约占了45％。
以山西焦炭益兴、益隆200万吨焦炉，新型熄焦工艺经济效益如下：
每年可处理77万吨焦化废水。按处理成本4.5元/吨计算，每年可节约焦化废水处理成本346.5万元。
年产过热蒸汽31.8万吨，折标煤耗量3.5万吨。以标煤价格1200元/吨计算，每年可节约资金4200万元。
蒸汽价格120元/吨，蒸汽效益为3816万元。
综上所述，新型熄焦工艺产蒸汽，年节省资金8362.5万元，折合吨焦41.81元。
3、上升管余热回收产生蒸汽
炼焦生产有大量的余热余能资源，其中650℃~750℃的焦炉荒煤气带出热占焦炉输出热的37%，其显热居第二位，可利用性很高。为回收利用荒煤气的高温显热，我国焦化工作者在70年代开发了上升管汽化冷却装置，用来生产低压蒸汽。 该系统1971年在首钢、太钢首先采用，其后武钢、鞍钢、北焦等大型焦化厂陆续采用。在1982年中国金属学会焦化学术会议上就有4篇论文专门论述。所得的结论是:
(1) 上升管汽化冷却技术，在工艺上是可行的，节能效果是显著的(每生产1吨焦炭可副产0.6MPa蒸汽0.1吨)，经济上是合理的(基建费用2年可收回)；
(2) 降低了上升管表面温度，减少了焦炉炉顶散热，改善了炉顶的操作条件；
(3) 该技术已趋于成熟，应加以推广。
对于山西焦炭益兴、益隆焦化年产200万吨焦炭的焦化厂，上升管汽化冷却装置副产蒸汽量约22.8t/h，年产蒸汽20万吨，每吨蒸汽120元，蒸汽年经济效益2400万元。折合系数0.10765，折合标煤2.15万吨，年可减排二氧化碳量5.62万吨。
4、清华大学所做余热暖民工程经济分析
余热暖民”指回收利用低品位余热资源为居民提供供热（包括供暖和供生活热水）服务。本实施方案中所指低品位余热是100℃以下的液体、乏汽余热、200℃的烟气余热、400℃左右的固体显热，以及其他因热源分散、回收成本高等原因尚未充分利用的中高品位余热资源等。
初步估算， 我国北方地区电力、钢铁、水泥、有色金属、石化等行业约有3 亿吨标准煤低品位余热资源尚未利用，而2014年北方地区采暖用能约为1.8亿吨标准煤。
近年来，北方部分城市探索开展了回收利用工业低品位余热用于城镇供暖的工作，取得了明显成效，比如《河北省低品位余热回收暖民工 程实施方案》。实践表明，工业低品位余热为居民供热在经济和技术上均具有较好的可行性。实施余热暖民工程，推进具备条件的地区集中回收利用低品位余热资源用于供热，可以降低供热成本，大幅提高能源利用效率，减少煤炭消耗和污染物排放，是一项重要的民生工程。
因此，国家发展改革委环资司印发了《余热暖民工程实施方案》 (发改环资[2015]2491号)，对余热暖民工程的实施进行支持和规范。
坚持安全稳定、因地制宜、鼓励创新、多方共赢原则，到2020年，通过集中回收利用低品位余热资源，替代燃煤供热20 亿平方米以上，减少供热用原煤5000 万吨以上， 实施余热暖民示范工程。
约定回水温度 :余热热源提供企业与供热公司共同协商约定一次网回水温度，用于双方进行热量结算。当供热系统实施技术改造后引起一次网回水温度产生较大变化时，双方可通过协商重新调整约定回水温度。
基于约定回水温度的热量结算：为鼓励各方面努力降低回水温度， 提高能源利用效率，鉴于余热热源的特殊性，研究提出了基于约定回水温度的热量结算方法。
采用基于约定回水温度进行热量结算的计算公式如下：
Qj = (Tg-Tyh)×M×Cp÷106
式中： Qj—结算热量，GJ/h;
Th—一次网供水温度，℃;
Tyh—一次网约定回水温度，℃;
M —一次网循环水流量，kg/h;
CP—水的比热，kJ/kg。
一次网回水温度通常在50℃左右，则热力生产企业（热源企业）与热力输送企业（供热企业）结算热量为 Q=(Tg-50)×M ×Cp ×10-6，如果采用基于约定回水温度的热量结算方法，比如约定回水温度取45℃，则结算热量为 Q=(Tg-50) × M ×Cp ×10-6 ，对于热源企业来说额外获得了5℃温差的热量结算收益；而供热企业可以通过提高换热站换热效率、采用热泵等先进技术进一步降低一次网回水温度，假设降至40℃，那么相对于45℃的约定回水温度，供热企业也额外获得了5℃温差的热量结算收益，通过降低一次网回水温度，双方总共可获得10℃温差的额外热量收益。
相对于通常50℃的一次网回水温度，将一次网回水温度降至40℃，余热热源提供企业多提供了10℃温差的热量，但该部分热量是由供热企业投资进行节能改造获得的，因此应由双方共同分享降低一次网回水温度所带来的收益，而对于整个供热系统，则相应提高了余热回收利用效率，减少了能源消耗和污染物排放。
据初步估算，一个100万吨的焦化企业，其可利用余热资源可供20万人以上城镇居民取暖。其供热成本仅为3元/m3。若实现以余热供暖替代燃煤或燃气供暖，最低效益可达5000万元以上。200万吨焦化企业，供暖面积可达 平米，可实现效益8000万元以上。
二、焦化废水资源化利用可行性分析
1.脱硫废液提盐经济分析
1.1基础数据:以200万吨焦化计算
1.1.1生产规模及产品方案
主产品：硫氰酸铵（w%≥98%） 4000t/a。
硫酸铵 (氮含量 w%≥21%) 4000t/a。
1.1.2 计算期及生产负荷
项目计划建设期 1年，运营15年，投产期第1年生产负荷按 80%计算，以后各年均按 100%计算。
1.1.3 基准收益率
根据《建设项目经济评价方法与参数》提供的参数，结合项目情况，确定本项目基准收益率为 15%以上。
1.1.4 产品成本费用
1.主要材料及其他原、辅材料按到厂价格计算，动力按现行
价格计算。
2.工资及福利
全厂设计定员45人，人均年工资及福利费为 36000 元。
3.折旧及摊销
折旧按固定资产的不同类别分别计算，其中：房屋、构筑物按30年计提折旧；机器、设备按14年计提折旧，残值率均按 5%计。其他资产按 5年直线摊销。
4.修理费按固定资产原值的1%计算。
5.其它制造费按固定资产投资（扣除建设期利息）的1%计算。
6.营业费用按销售收入的1%计算。
7.其它管理费用按工资总额的 1倍计算。
1.1.5 营业收入及税金根据财务评价的计价原则，结合本行业的现状及对未来发展预测，本项目确定硫氰酸铵(w%≥98%)税前价格为 4500 元/吨、硫酸铵(氮含量 w%≥21%)税前价格为 400 元/吨。以此计算，年均营业收入为 2392.67 万元。
1.1.6 利润总额及分配
年均利润总额为 1200多 万元。
1.2 财务评价
1.2.1盈利能力分析
1.在项目投资现金流量表中，假定全部投资均为自有资金进行现金流量分析。
|
项目投资税后财务内部收益率 |
% |
41.06 |
|
项目投资税后财务净现值 |
万元 |
5906.61 |
|
项目投资税前财务内部收益率 |
% |
52.54 |
|
项目投资税前财务净现值 |
万元 |
8254.28 |
|
税后投资回收期 |
年 |
3.52 |
|
税前投资回收期 |
年 |
3.02 |
在资本金现金流量表中，从投资者角度进行分析，财务内部收益率为41.06%。
通过利润与利润分配表的计算可得如下：
经济指标：总投资收益率：50.93%。
项目资本金净利润率：38.19%。
1.2.2 财务生存能力分析
通过财务计划现金流量表的计算可以看出，本项目经营期各年
的累计盈余资金均大于零，说明项目的财务生存能力较强，财务风
险较小。
1.2.3不确定性分析
年固定资本
BEP = ———————————————————×100% = 35.61%
年销售收入—年可变成本—年销售税金
计算结果表明，该项目只要达到设计能力的35.61%，企业就可保本，故本项目风险较小。
1.3 财务评价结论
从以上分析可以看出：本项目具有较好的财务指标，内部收益率、总投资收益率、 权益投资净利润率均高于行业基准值，投资回收期低于基准回收期，从不确定性分析看，项目具有较强的抗风险能力和市场竞争能力。 综上所述，本项目在财务上讲是可行的。
2.新型熄焦工艺处理剩余氨水
以100万吨产能的焦化厂为例经济分析
每年可处理38.5万吨焦化废水。按处理成本4.5元/吨计算，每年可节约焦化废水处理成本170余万元。
年产过热蒸汽15.9万吨，折标煤耗量1.75万吨。以标煤价格500元/吨计算，每年可节约资金875万元。
如果焦炭的烧失率提高至2%，每年可回收水煤气9300万立方米。以合成吨甲醇消耗2100立方米标准状态合成气计算，每年可合成甲醇4.4万吨，按甲醇价格1500元/吨计算，年效益可达6600余万元。
3.焦化脱硫废液、酚氰废水循环利用方案。
1）目标（社会效益、经济效益）
实现5m3/h脱硫废液和一回收28m3/h剩余氨水回用于炼轧厂转炉除尘浊环水系统，利用高温烟气进行催化热解处理，彻底解决脱硫废液的治理，停运回收蒸氨系统。
社会效益：彻底解决脱硫废液的治理，消除焦化当前最头痛、最难的环保治理问题。另外污水中的有机成分经过高温热解为单碳或双碳的碳氢化合物进入转炉煤气，可适当提高转炉煤气热值；即使热解不完全，也可给转炉煤气进行加热，提高转炉煤气使用安全；且在煤气利用燃烧时，进一步热解氧化，确保污染物零排放。
经济效益：
（1）停运一回收蒸氨系统，降低运行成本707万元；
（2）可消除脱硫废液建设提铵盐装置的一次投资费用约7164万元，消除建成运行后每年亏损约1680万元；
（3）优化转炉净环水系统水质稳定，按降低补水量25%核算，仅以低压净环水为例，可降低新水消耗40m3/h，年节水34.5万元；
（4）按上海佳吉公司目前提报的处理费为6.5元/ m3，干熄焦系统回用酚氰废水后每年公司需多支出约347万元（33 m3/h×24×365×（6.5-1）=159万元）的水处理稳定药剂费用。即每年公司可产生效益513.5万元（707+34.5-159=513.5万元）。
2）剩余酚氰废水生化前循环利用方案
经过股份公司考察组对安徽临涣焦化有限公司、菏泽富海能源发展有限公司、唐山达丰焦化有限公司等焦化企业酚氰废水回用情况的考察，基本可以确定回用生化处理后酚氰废水是可行的。通过与上海佳吉公司的深入沟通，该公司承诺可保障生化前酚氰废水的回用，也为实现股份公司效益最大化，我们建议将35m3/h二回收蒸氨废水和37m3/h杂废水在生化前回用于二、三炼焦干熄焦循环水系统，停运焦化生化系统。
回用方案：
（1）利用现有生化系统调节池接受30m3/h一回收蒸氨废水和37m3/h杂酚水；利用现有酚氰废水中转泵房废水泵和达标水泵，将酚氰废水送至现有外送集水井；利用现有外送泵将酚氰废水送至二、三炼焦干熄焦循环水系统作为系统补水。需对废水泵和达标水泵出水管道进行联通改造；并在外送集水井投加多功能缓蚀阻垢剂。
（2）在进入二、三炼焦干熄焦循环水系统之前加设管道过滤器和流量计，防止大颗粒杂物和悬浮物进入干熄焦循环水系统；且实现污水回用量的监控，便于依据补水量的变化对水质稳定剂投加量进行调节。管道过滤器反冲洗水排入新建化学除油器进行沉淀治理。
（3）新建化学除油器，用于接受二、三炼焦干熄焦循环水系统的排污水，去除排污水中大颗粒杂物和对悬浮物进行絮凝沉淀及废水除油处理，在此投加PAC(聚合铝)和PAM（聚丙烯酰胺）强化絮凝沉淀。化学除油器上清液回至二、三炼焦干熄焦循环水系统循环利用，污泥掺入焦煤处理。
（4）为保障干熄焦循环水水质稳定，做好水质监控，在二三炼焦干熄焦循环水系统加设不锈钢污垢热阻仪。
目标（社会效益、经济效益）
实现35m3/h二回收蒸氨废水和37m3/h杂废水回用于二、三炼焦干熄焦循环水系统，停运焦化生化系统。
社会效益：解决酚氰废水的环保治理问题。
经济效益：
（1）酚氰废水不经生化处理直接回用干熄焦循环水系统，每年可减少废水处理费用约796万元。上海佳吉公司目前提报的处理费为6.5元/ m3，干熄焦系统回用酚氰废水后每年公司需多支出约347万元（72 m3/h×24×365×（6.5-1）=347万元）的水处理稳定药剂费用。即每年公司可产生效益450万元（796-347=450万元）；
（2）可消除酚氰废水实现达标排放的一次投资费用约3000万元，消除改造后年运行费2400万元左右。
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焦化生态圈投资回报汇总表 |
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项 目 |
投资额 (万元) |
年利润 （万元） |
收益率 |
投资回收期 （年） |
|
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废气余热利用 |
焦炉烟道气余热回收脱硫脱硝 |
5000 |
4428.7 |
0.886 |
1.2 |
|
新型熄焦产生蒸汽 |
6250 |
8362.5 |
1.338 |
0.75 |
|
|
上升管余热回收产生蒸汽 |
4800 |
2400 |
0.5 |
2 |
|
|
余热暖民工程 |
15000 |
8000 |
0.53 |
2 |
|
|
废水资源化利用 |
脱硫废液提盐 |
5100 |
1200多 |
0.235 |
4.1 |
|
新型熄焦工艺处理剩余氨水 |
20000 |
13200余 |
0.66 |
1.4 |
|
|
焦化脱硫废液循环利用 |
1200 |
513.5 |
0.43 |
2.5 |
|
|
剩余酚氰废水生化前循环利用 |
6800 |
2850 |
0.42 |
2.4 |
|
|
合计 |
64150 |
40954.7 |
0.625 |
1.5 |
|
说明：此表以产量200万吨/年焦炉初步估算，具体以实际参数测算，材料现价为准。
