環保在線APP
環保在線手機站
環保在線小程序
微信公眾號
回放
回放
回放
品牌
天爾
【中國環保在線 技術前沿】焦爐是冶金行業中造成大氣污染嚴重的設備之一。焦爐排放的污染物成分復雜，含有氮氧化物(NOx)、二氧化硫、一氧化碳、二氧化碳、硫化氫、氰化氫、殘氨、酚以及煤塵、焦油等。2012年6月27日發布的《煉焦化學工業污染物排放標準》(GB16171-2012)，次將焦爐排放的NOx列為我國焦化企業大氣污染物排放的控制指標，并對顆粒物和二氧化硫的排放提出了更嚴格的要求，要求所有企業自2015年1月1日起，焦爐煙囪排放二氧化硫小于50mg/m3，NOx小于500mg/m3(機焦)，顆粒物小于50mg/m3。
目前，對于新建的焦爐，煉焦工業污染物排放并非難以達標。但是，對運行了十幾年或者二十年，壽命已經達到中后期的焦爐，這將是嚴峻的考驗。我國大多數焦爐，特別是采用焦爐煤氣加熱的焦爐，煙囪排放的NOx一般高于500mg/m3。焦化企業若要降低焦爐煙氣中NOx排放，在不采用末端治理的情況下，應該控制焦爐立火道溫度，控制空氣過剩系數，采用高爐煤氣或者混合煤氣加熱，能使焦爐煙氣排放達標。此外，還要加強對焦爐的日常維護管理，減少爐體串漏，能大限度地減少燃料型氮氧化物生成和二氧化硫排放。
焦爐煙氣氮氧化物的形成機理
燃燒過程中氮氧化物形成機理可分3種：一是由大氣中的氮在高溫下形成的溫度熱力型NOx;二是在低溫火焰中，由于含碳自由基的存在而生成的瞬時型NOx；三是燃料中固定氮生成的燃料型NOx。
一般情況下，焦爐主要利用焦爐煤氣、高爐煤氣或者二者的混合煤氣來做熱源對煤炭進行干餾。如果單獨采用焦爐煤氣加熱，由于其可燃成分濃度高、燃燒速度快、火焰短而亮、燃燒時火焰局部溫度高、提供一定熱量所需煤氣量少、加熱系統阻力小、煉焦耗熱量低，產生的熱力型NOx比高爐煤氣多。同時，由于焦爐煤氣中含有未處理干凈的焦油、萘，除易堵塞管道外，還會產生燃料型NOx，這使得只采用焦爐煤氣做熱源的焦爐所生成的NOx一般都高于500mg/m3。
高爐煤氣不可燃燒成分約占70%，故熱值低、提供一定的熱量所需煤氣多、燃燒速度慢、火焰長、高向加熱均勻性好。若單獨采用高爐煤氣，則基本不產生燃料型NOx。因此，在相同條件下，采用焦爐煤氣加熱比采用高爐煤氣加熱所產生的NOx要多。但是，高爐煤氣必須預熱至1000℃以上，才能滿足燃燒室溫度要求，且廢氣量較多、耗熱量高、加熱系統阻力大。為使高爐煤氣加熱順利，鋼鐵企業常采用焦爐煤氣與高爐煤氣的混合煤氣(焦爐煤氣含量為2%~5%)。
據了解，當焦爐加熱立火道溫度在1300℃~1350℃、溫差為±10℃時，NOx生成量在±30mg/m3波動。燃燒溫度對溫度熱力型NOx生成有決定性作用，當燃燒溫度高于1600℃時，NOx生成量按指數規律迅速增加。可見，焦爐煙氣中的氮氧化物主要是溫度熱力型。
焦爐煙氣氮氧化物的控制
燃燒廢氣的NOx排放控制技術可分為兩類：類是在燃燒過程中抑制NOx生成的技術，第二類是燃燒后終端治理。
終端治理目前常用的方法是SCR脫硝法，但處理成本高昂，企業難以承受。該方法對使用純焦爐煤氣做熱源的煉焦企業有一定的運行空間。但是目前，SCR脫硝法成熟的工藝主要應用在電廠煙氣脫硝，其所需催化劑活性區間一般在300℃以上，比焦爐煙囪排放的煙氣溫度要高，如果焦爐煙氣要采用SCR脫硝法，需要催化劑活性區間小于250℃。
對于使用高爐煤氣或混合煤氣做熱源的煉焦企業，采用合理的燃燒過程中控制NOx技術基本能達到國家標準，并不需要采用末端治理技術。其中，廢氣循環、分段加熱、控制實際燃燒溫度以及將它們相結合的復合技術等都是能降低燃燒廢氣中NOx含量的有效措施。
廢氣循環。廢氣循環是目前使用較多的低NOx燃燒技術。該技術是在空氣預熱器前抽取一部分低溫煙氣直接送入爐膛，或者摻入一次風或二次風中。因煙氣的吸熱和對氧氣的稀釋作用會降低燃燒速度和爐內溫度，從而抑制了熱力型NOx的生成。
立火道采用廢氣循環可以降低煤氣中可燃成分和空氣中氧的濃度，并加快氣流速度，從而拉長火焰，這有利于焦餅上下加熱均勻、改善焦炭質量、縮短結焦時間、增加產量并降低耗熱量。廢氣循環法適用于含氮量低的燃料，降氮效果高達25%。經驗表明，煙氣再循環量一般控制在10%~20%，若超過30%，燃燒效率則會降低。
分段加熱。該技術一般是只用空氣分段，或空氣和貧煤氣分段供給加熱。采用分段加熱的一般都是7米以上焦爐，由于焦爐較大，分段加熱可以使焦爐受熱更均勻。
控制實際燃燒溫度。焦爐使用高爐煤氣或混合煤氣加熱，燃燒過程中所生成的主要是溫度熱力型NOx。當空氣過剩系數α=1.1，空氣預熱到1100℃時，高爐煤氣理論燃燒溫度為2150℃，實際燃燒溫度比測定的火道溫度相差200℃左右，燃燒溫度稍有衰減，實際燃燒溫度介于理論燃燒溫度和測定火道溫度之間，這就為NOx的生成提供了適宜的高溫環境。
一般情況下，可通過降低火道溫度、改變焦爐煤氣組分、降低空氣過剩系數、優化焦爐熱工制度來降低燃燒溫度。但是，降低火道溫度在一定條件下無法改變，焦爐煤氣組分一般無法改變，而降低空氣過剩系數和優化焦爐熱工制度可在生產過程中不斷調整，因此，這兩點特別是控制空氣過剩系數可在實際生產中做到。
廢氣循環與分段加熱技術是在設計焦爐時就已經設計完成。對于運行多年的焦爐，爐體結構、加熱方式等條件已固定。目前運行的焦爐大多有廢氣循環的功能，而分段加熱技術一般在7米以上大型焦爐才有應用，中小型焦爐基本沒有。而通過控制實際燃燒溫度減少溫度熱力型NOx對于任何類型的焦爐都有實際操作的可能性。
對于減少燃料型NOx，主要是采用高爐煤氣做熱源。在采用混合煤氣時，應減少焦爐煤氣的摻混比例。此外，爐體串漏的荒煤氣中含氮化合物，是焦爐煙氣中燃料型NOx的主要來源之一，因此，控制爐體串漏的荒煤氣也十分必要。
焦爐煙氣二氧化硫的控制
焦爐煙氣中SO2來源于焦爐加熱用煤氣中H2S和有機硫的燃燒，以及焦爐爐體串漏的荒煤氣進入燃燒系統后，其所含的全硫化物的燃燒。
SO2的排放量取決于加熱煤氣的種類，當使用高爐煤氣加熱時，因高爐煤氣含硫量低，所以廢氣中SO2含量不高。如果使用焦爐煤氣，那么焦爐煤氣中含有一定量的H2S以及有機硫，后會變成SO2排放。有資料顯示，焦爐煤氣在脫硫以后，其中H2S的含量仍有20mg/m3~800mg/m3。而焦爐荒煤氣中有機硫總質量濃度為500mg/m3~900mg/m3，其中含硫質量濃度為300mg/m3~600mg/m3。在焦爐煤氣凈化過程中，幾乎所有工序都有脫除有機硫化物的作用，且工藝過程條件越適合有機硫化物的脫除，其脫除率也越高。
焦爐爐體串漏導致荒煤氣中的硫化物從炭化室經爐墻縫隙串漏至燃燒室，并燃燒生成SO2，使得焦爐煙囪廢氣中SO2濃度升高。荒煤氣含硫化物(以H2S為主)總質量濃度一般為6500mg/m3~10000mg/m3，是凈化后煤氣中硫含量的15~25倍。由于混合煤氣中焦爐煤氣比例較低，此時的SO2主要來源于爐體串漏的荒煤氣，特別是運行壽命到達中后期的焦爐，爐體串漏處較多，會導致煙氣中SO2的含量較高。因此，加強焦爐日常維護，減少爐體串漏是減少SO2排放的主要措施。
原標題：焦爐煙氣污染物排放控制
