焦爐煙氣污染物排放的控制-煙氣監測廠家編輯部

作者：王慶永楊逢庭
來源：《中國化工貿易·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，鋼鐵聯合企業也使用高爐煤氣。焦爐煤氣經過凈化處理后回焦爐燃燒，凈煤氣中H2S質量濃度根據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。

        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。

 

        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，采用廢氣循環和分段加熱技術；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、分段加熱技術后，燃燒高溫區溫度小于1750℃，生成的NOx不高于500mg/m3。但對于特別排放地區，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。

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