焦炉烟气污染物排放的控制

焦炉烟气污染物排放的控制

段东涛

段东涛

中国启源工程设计研究院有限公司陕西省西安市710018

摘要：焦炉是焦化企业中必不可少的重要设备之一，同样也是冶金行业中造成严重的大气污染的主要设备之一。焦炉烟气中的污染物成分比较复杂，为了降低焦炉烟气排放污染物对大气的污染程度，需要采取有效措施控制焦炉烟气中的污染物排放量，确保污染排放达标。这就需要焦化企业根据我国相关的工业污染物排放标准对企业焦炉烟气污染物排放进行严格控制，才能促进焦化工业生产持续稳定发展。因此，本文对焦炉烟气污染物排放的控制进行分析。

关键词：焦炉烟气；污染物排放；控制措施

1焦炉烟气氮氧化物的形成机理

燃烧过程中氮氧化物形成机理可分3种:一是由大气中的氮在高温下形成的温度热力型NOx；二是在低温火焰中，由于含碳自由基的存在而生成的瞬时型NOx；三是燃料中固定氮生成的燃料型NOx。一般情况下，焦炉主要利用焦炉煤气、高炉煤气或者二者的混合煤气来作热源对煤炭进行干馏。如果单独采用焦炉煤气加热，由于其可燃成分浓度高、燃烧速度快、火焰短而亮、燃烧时火焰局部温度高、提供一定热量所需煤气量少、加热系统阻力小、炼焦耗热量低，产生的热力型NOx比高炉煤气多。同时，由于焦炉煤气中含有未处理干净的焦油、萘，除易堵塞管道外，还会产生燃料型NOx，这使得只采用焦炉煤气作热源的焦炉所生成的NOx一般都高于500mg/m3。

高炉煤气不可燃烧成分约占70%，故热值低、提供一定的热量所需煤气多、燃烧速度慢、火焰长、高向加热均匀性好。若单独采用高炉煤气，则基本不产生燃料型NOx。因此，在相同条件下，采用焦炉煤气加热比采用高炉煤气加热所产生的NOx要多。但是，高炉煤气必须预热至1000℃以上，才能满足燃烧室温度要求，且废气量较多、耗热量高、加热系统阻力大。为使高炉煤气加热顺利，钢铁企业常采用焦炉煤气与高炉煤气的混合煤气(焦炉煤气含量为2%～5%)。

据了解，当焦炉加热立火道温度在1300～1350℃、温差为±10℃时，NOx生成量在±30mg/m3波动。燃烧温度对温度热力型NOx生成有决定性作用，当燃烧温度高于1600℃时，NOx生成量按指数规律迅速增加。可见，焦炉烟气中的氮氧化物主要是温度热力型。

2对焦炉烟气中氮氧化物的控制

对焦炉烟气内的氮氧化物进行控制主要是从其燃烧过程与终端治理两方面进行，其中在燃烧过程中对NOx进行控制的常见措施包括废弃循环、分段加热以及对实际燃烧温度进行控制等措施；而对焦炉烟气内NOx进行终端治理的措施常见的是SCR脱硝法，这种方法的处理成本较高，会增加焦化企业的经济投入负担，并且对使用的煤气类型也有一定要求，因此，不能大范围推广与应用。因此，主要分析燃烧过程中对焦炉烟气内的NOx进行控制的措施。

3废气循环技术

现阶段，对焦炉炼焦过程中烟气内的NOx进行控制时，使用最多的就是废气循环措施。废弃循环其实是一种低NOx燃烧技术，这种燃烧技术可以在空气预热器之前抽取部分低温烟气，将这部分低温烟气直接送入炉膛内，或者将这部分低温烟气直接掺入一次风中或者二次风中。这种燃烧技术的应用原理主要是：烟气在吸热过程与对氧气的稀释作用会使炉膛内的燃烧速度与温度降低，可以有效抑制热力型NOx的生成。使用废气循环技术能够大大降低煤气内的可燃成分与空气中的氧气浓度，同时能够加快气流的速度，可以拉长火焰，对确保焦饼的上下加热的均匀性十分有利，并且能够有效改善焦炭质量，在一定程度上能够缩短结焦时间，在增加产量的同时降低热量消耗。需要注意的是废气循环技术适用于含氮量较低的燃料中，可以有效加降低焦炉烟气内的含氮量。经过试验发现，将烟气再循环量控制在10%～20%之间燃烧效率最佳，如果烟气再循环量超过30%，就会使燃烧效率降低。

4对焦炉烟气中二氧化硫的控制

首先，要选择质量较好的加热煤气种类，减少燃烧过程中SO2的排放量。在高炉煤气加热过程中，使用的高炉煤气本身的含硫量较低时，产生的烟气中二氧化硫的含量也比较低。而在焦炉炼焦过程中使用的焦炉煤气本身就含有H2S以及有机硫等成分，经过燃烧系统加热后，焦炉产生的烟气内就会含有一定量的二氧化硫。因此，必须选择含硫量较低的加热煤气，减少焦炉烟气内的二氧化硫含量。

其次，提升脱硫工艺水平。通常对焦炉煤气进行脱硫后，其含有的H2S为20～800mg/m3，而焦炉荒煤气内含有的有机硫总量为500～900mg/m3，其中包含300～600mg/m3的硫含量。因此，必须重视焦炉煤气净化工艺，对加热煤气内的硫化物进行有效脱除，减少加热煤气内的含硫量，从而达到减少焦炉烟气内SO2含量的目的。

最后，要加强对焦炉的日常维护管理工作，减少焦炉炉体的串漏问题，才能降低焦炉烟气内的SO2含量。焦炉炉体串漏会使荒煤气内的硫化物通过炭化室的炉墙缝隙串漏到燃烧室内，经过燃烧加热后产生SO2，从而使焦炉烟气内的SO2含量增加。荒煤气内的含硫化物以H2S为主，而含硫化物的总质量为6500～10000mg/m3，其含量是净化后的加热煤气内含硫量的15～25倍，因此，一旦荒煤气进入到燃烧室后会使焦炉烟气内的SO2含量急剧增加。因此，必须重视焦炉的日常维护管理工作，对出现串漏的部分及时修复，尤其是运行时间较长的焦炉，必须加强日常维护管理，才能减少焦炉炉体串漏的部分，从而降低焦炉烟气内的SO2含量。

5废气净化措施

国内焦炉烟气中硫的含量一般都可达标，脱硫工艺及技术研究也很深入，但国内焦炉烟气脱氮的研究刚刚开始，现在据说做的较好的有以下两种。

5.1中国科学院大连化学物理研究所的高效蜂窝状SCR脱硝催化剂法。

2014年2月，中科院大连化物所与宁夏宝丰集团签订技术协议，共同进行焦炉烟气脱硝侧线实验。4月7日至5月29日，侧线实验累计进行约1200h，实验期间脱硝率基本稳定在98%～99%之间，反应器尾气出口氮氧化物浓度小于20mg/m3，远低于国家排放标准限值。

5.2合肥晨晰环保工程有限公司等单位研发的“焦炉煤气焚烧尾气中低温SCR脱硝研究及应用技术”。

2015年1月中国高科技产业化研究会组织召开科技成果评价会，对合肥晨晰环保工程有限公司等单位研发的“焦炉煤气焚烧尾气中低温SCR脱硝研究及应用技术”项目进行科技成果评价鉴定。专家委员会经审核讨论，一致通过鉴定，认为该项目技术达到国际先进水平。

该技术的核心催化剂采用非钒体系，原材料均为廉价的大宗矿物材料，废弃后不会对环境造成二次污染，具有独特的环保优势；催化剂的使用寿命预期与国外商用催化剂相当，造价成本却大幅度降低。该技术在低温低尘烟气工况下使用，SCR反应器布置灵活，不受焦炉烟气状况的影响，不破坏焦炉现有的物料和热平衡，操作运行方便；使烟气净化流程更为合理，同时能耗降低、运行成本以及一次性投资大幅降低。

结束语：

通过以上研究得知，焦炉污染物排放超标将直接影响到人们的生活，严重破坏生态环境，这就需要采取有效措施加以解决，要求从业人员通过培训等强化自身素质，国家制定严格控制标准，因此降低工业污染物污染。

参考文献：

[1]焦炉烟气中SO2排放与控制浅析[J].范龙龙.能源与节能.2017(11)

[2]焦炉烟气SO2和NOx排放控制[J].李立业，田京雷，黄世平.燃料与化工.2017(02)

[3]焦炉废气处理方案探讨[J].黄必重，王显山，姜文婷.锅炉制造.2017(03)