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《降低焦爐煙氣NOX排放量的前端治理技術原理》

一種前端治理的低NOx排放濃度的節能環保型煉焦工藝專利技術
專利權人：劉新蕾  肖鐘如 張靖一 趙振峰

氮氧化物（NOx）是大氣污染的主要有害物質之一，氮氧化物有N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4和N2O5，總稱為NOx，其中污染大氣的主要氮氧化物是NO和NO2。大氣中的氮氧化物是形成酸雨酸霧的主要污染物，同時破壞臭氧層，形成光化學煙霧，對人體具有致毒作用。因此，在燃燒過程中，必須對氮氧化物的排放進行嚴格控制。2015年1月1日開始執行的******標準《煉焦化學工業污染物排放標準》對大氣污染物NOX排放規定了限值如下：一般地區：500mg/Nm3，重點地區：150mg/Nm3。（注：國際上焦爐煙氣中的含氧量要求為：5～7%）

一、焦化企業是NOx排放的主要來源之一

二、焦化企業焦爐煙氣NOx的排放現狀

獨立的焦化企業，COG加熱，NOx的排放量普遍在800～2000mg/m3；鋼鐵聯合企業配套的焦化廠普遍采用BFG或者MG加熱，NOx的排放量普遍在350～650mg/m3（廢氣中O2含量普遍>7%，部分企業廢氣中O2含量>10%）。

三、焦化企業焦爐煙氣脫硝技術（DeNOx）的應用現狀

目前國內主要采用廢氣脫硝技術（后端治理）控制氮氧化物。廢氣脫硝主要分為以下幾種方法：1)選擇性催化還原法；2)選擇性非催化還原法；3)液體吸收法；4)吸附法。其中選擇性催化還原法SCR脫硫脫硝投資運行成本如下：一組焦爐大約4000～6000萬元（年焦炭產量60～150萬噸）；運行成本大約20-30元/噸焦

• 選擇性非催化還原SNCR：在一定溫度下廢氣中的NOx被液氨或者尿素等還原劑還原為氮氣。選擇性非催化還原法反應溫度高、燃料耗量大，需增設熱回收裝置，投資較大，在國內外應用較少。

• 選擇性催化還原SCR：在一定溫度（300～350℃）和催化劑作用下，廢氣中的NOx與還原劑（液氨）反應被還原為氮氣。此法具有流程簡單、設備少、操作溫度低和還原劑用量少等優點，工業上廣泛應用于火電行業。

• 液體吸收法：NOx是酸性氣體，可采用水或某些堿性溶液來吸收，投資少，能以硝酸鹽等形式回收廢氣中的NOx，達到綜合利用的目的。包括堿性溶液中和吸收法、氧化吸收法、氧化還原吸收法等。

• 吸附法：采用固體吸附劑吸附廢氣中的NOx，在一定條件下脫附NOx，使吸附劑再生回用。該法對NOx的凈化效率高，且能回收有用的NOx。但由于吸附劑的吸附容量小，需要的吸附劑量大，因而設備龐大、投資高、功率消耗大。

• 排煙脫硝方法還包括：燃燒法、石灰-石膏法、電子束照射法等，其中石灰-石膏法可同時脫除煙氣中的SO2和NOx，是一種值得推廣的方法

• 焦爐加熱煤氣在焦爐燃燒室立火道內的燃燒屬于擴散燃燒，在燃燒過程中，氮氧化物的生成機理主要有：1)熱力型：高溫燃燒引起；2)燃料型：燃料中有含氮物質；3)快速型：燃料濃度過高。在焦爐加熱燃燒過程中產生的氮氧化物95％來自于熱力型。

熱力型NOx生成濃度的兩個主要因素：高溫，高溫區滯留時間。

從熱力型NOx曲線可以看出，在溫度低于1500K時，熱力型的氮氧化物濃度很低，當溫度超過1500K以后，熱力型的氮氧化物濃度呈指數規律快速增長。

下圖為焦爐火道中心的溫度分布，火焰中心溫度******點1850～2000K，高度約1.5m。

下圖為立火道寬度中心NO的濃度分布。從圖可看出，NO的生成主要集中在上升火道的高溫區，這也是熱力型NO的生成特點。

五、控制措施和效益

•  焦爐標準火道溫度（焦爐立火道底部耐火磚表面溫度）

焦爐標準火道溫度一般控制在1200～1350℃（比火焰鋒面溫度低：200～300℃），略高于熱力型的氮氧化物溫度曲線的拐點（1500K）?；鹧鏈囟龋ㄌ貏e是火焰鋒面溫度）隨加熱燃燒控制狀況的不同，一般都在1400～1700℃范圍內，高于熱力型的氮氧化物溫度曲線的拐點。因此控制火焰溫度（特別是火焰鋒面溫度）是控制焦爐氮氧化物排放的關鍵所在?？刂泼簹馊紵俣?，降低火焰鋒面溫度。從源頭上控制NOx的產生，控制效果好，投資非常低。

• 焦爐煤氣脫氫和凈化

焦爐煤氣富含大量氫氣（55～60%），另外還含有少量的氨和氰化物。焦爐煤氣回爐加熱前應盡量脫出氨和氰化物。氫氣是寶貴的化工原料。氫氣的著火點溫度低且燃燒速度快，使焦爐煤氣在立火道中燃燒的火焰短且局部形成高溫區。焦爐煤氣脫出氫氣可以為后續加氫單元提供原料。

• 脫氫焦爐煤氣摻混廢氣

焦爐煤氣脫氫后摻混廢氣還可以有限降低可燃組分濃度，降低燃燒速度，從而降低火焰鋒面溫度。

下圖為脫氫都后焦爐煤氣摻混煙道廢氣溫度場

• 保持燃燒氣氛為微還原態

通過脫氫后焦爐煤氣摻混煙道廢氣以及生產中對空氣過剩系數的控制，保持立火道中下部的燃燒氣氛保持微還原態，以此達到減少NOx生成的目的。

• 獨立焦化企業延伸產業鏈

焦化嚴重產能過剩，獨立焦化企業只有通過延伸產業鏈才能求生存謀發展。氫氣是聯系下游產業鏈的必不可少的原材料，通過焦爐煤氣脫氫不僅可以實現前端治理NOx排放量的目的，也為企業的發展和技術進步夯實了基礎，實現了環保的綜合治理和可持續發展目標，為企業創造財富。

六、焦爐調火和焦爐溫度分析系統

• 焦爐爐體的嚴密性和氣流分布的均勻性是降低NOx排放濃度的前提條件和基本保障。

• 焦爐氣流分布的均勻性既有設計計算是否合理的因素也有調火工作是否及時準確的原因。

• 焦爐爐體的嚴密性（串漏率）與設計、施工和生產維護息息相關，并且隨著爐齡的增加，焦爐爐體的串漏率會愈加嚴重。

• 應用先進的焦爐溫度分析系統對焦爐爐體加熱狀況和串漏情況進行預判，在溫度分析系統的指導下合理的對焦爐進行調火和熱工操作，可以有效的降低NOx的排放量。