焦爐煙氣污染物排放的控制-煙氣監(jiān)測廠家編輯部

作者：王慶永楊逢庭
來源：《中國化工貿(mào)易·中旬刊》2017年第11期

 

        摘要：煙道氣中SO2和NOx是大氣的主要污染物。SO2是造成酸雨的主要因素；NOx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，控制焦爐煙氣SO2和NOx排放達標是重要研究方向。本文就對焦爐煙氣污染物排放的控制進行分析和探討。

 

        關鍵詞：焦爐煙氣；污染物；排放；控制

 

        1二氧化硫來源分析

 

        焦爐加熱用煤氣大多采用焦爐煤氣，鋼鐵聯(lián)合企業(yè)也使用高爐煤氣。焦爐煤氣經(jīng)過凈化處理后回焦爐燃燒，凈煤氣中H2S質量濃度根據(jù)脫硫工藝不同大致可以分為≤200mg/m3、≤20mg/m3兩類，有機硫質量濃度為170～250mg/m3。可見，當凈煤氣中H2S含量為200mg/m3時，排放SO2濃度已超過限制標準；當H2S含量控制在20mg/m3以下時，H2S對排放SO2濃度影響很小，有機硫含量是導致排放超標的主要因素。目前焦爐煤氣脫硫工藝只針對H2S有脫除作用，不會脫除煤氣中的有機硫，但可以通過優(yōu)化洗脫苯工藝將有機硫濃度降至100mg/m3以下。高爐煤氣H2S含量為10～20mg/m3，燃燒高爐煤氣產(chǎn)生SO2排放量不超過21.39mg/m3，小于限制排放標準。

        焦爐爐體竄漏會導致炭化室荒煤氣進入燃燒室燃燒生成SO2。荒煤氣中H2S含量主要取決于入爐煤的全硫含量，煤中15%～35%硫轉入到荒煤氣，其中95%以上以H2S形式存在，為便于計算荒煤氣中硫化物以H2S計，含量為5500～13000mg/m3，干煤煤氣產(chǎn)率320m3/t，若竄漏率為1%，則竄漏荒煤氣中H2S燃燒生成的SO2為50～120mg/m3，遠超過限制排放標準。

 

        2焦爐煙氣氮氧化物的來源

 

        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作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(tǒng)阻力小、煉焦耗熱量低，產(chǎn)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(chǎn)生燃料型NOx，這使得只采用焦爐煤氣作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(chǎn)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(chǎn)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(tǒng)阻力大。

        據(jù)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(shù)規(guī)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。

 

        3焦爐煙氣氮氧化物的控制

 

        減少NOx排放主要控制熱力型NOx及少量燃料型NOx，主要控制措施包括：采用高爐煤氣加熱；降低火道溫度；降低空氣過剩系數(shù)，采用廢氣循環(huán)和分段加熱技術；加強焦爐維護，減少焦爐竄漏。當立火道溫度不高于1250℃，采用廢氣循環(huán)、分段加熱技術后，燃燒高溫區(qū)溫度小于1750℃，生成的NOx不高于500mg/m3。但對于特別排放地區(qū)，很難滿足NOx≤150mg/m3的限制排放標準，只能采取末端治理的方法。

 

        4焦爐煙氣二氧化硫的控制

 

        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，最后會變成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20～800mg/m3。而焦爐荒煤氣中有機硫總質量濃度為500～900mg/m3，其中含硫質量濃度為300～600mg/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(jīng)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6500～10000mg/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。

 

        5結語

 

        目前，我國大多數(shù)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(yè)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(shù)，采用高爐煤氣或者混合煤氣加熱，能使焦爐煙氣排放達標。

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