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《降低焦炉烟气NOX排放量的前端治理技术原理》

一种前端治理的低NOx排放浓度的节能环保型炼焦工艺专利技术
专利权人：刘新蕾  肖钟如 张靖一 赵振峰

氮氧化物（NOx）是大气污染的主要有害物质之一，氮氧化物有N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4和N2O5，总称为NOx，其中污染大气的主要氮氧化物是NO和NO2。大气中的氮氧化物是形成酸雨酸雾的主要污染物，同时破坏臭氧层，形成光化学烟雾，对人体具有致毒作用。因此，在燃烧过程中，必须对氮氧化物的排放进行严格控制。2015年1月1日开始执行的******标准《炼焦化学工业污染物排放标准》对大气污染物NOX排放规定了限值如下：一般地区：500mg/Nm3，重点地区：150mg/Nm3。（注：国际上焦炉烟气中的含氧量要求为：5～7%）

一、焦化企业是NOx排放的主要来源之一

二、焦化企业焦炉烟气NOx的排放现状

独立的焦化企业，COG加热，NOx的排放量普遍在800～2000mg/m3；钢铁联合企业配套的焦化厂普遍采用BFG或者MG加热，NOx的排放量普遍在350～650mg/m3（废气中O2含量普遍>7%，部分企业废气中O2含量>10%）。

三、焦化企业焦炉烟气脱硝技术（DeNOx）的应用现状

目前国内主要采用废气脱硝技术（后端治理）控制氮氧化物。废气脱硝主要分为以下几种方法：1)选择性催化还原法；2)选择性非催化还原法；3)液体吸收法；4)吸附法。其中选择性催化还原法SCR脱硫脱硝投资运行成本如下：一组焦炉大约4000～6000万元（年焦炭产量60～150万吨）；运行成本大约20-30元/吨焦

• 选择性非催化还原SNCR：在一定温度下废气中的NOx被液氨或者尿素等还原剂还原为氮气。选择性非催化还原法反应温度高、燃料耗量大，需增设热回收装置，投资较大，在国内外应用较少。

• 选择性催化还原SCR：在一定温度（300～350℃）和催化剂作用下，废气中的NOx与还原剂（液氨）反应被还原为氮气。此法具有流程简单、设备少、操作温度低和还原剂用量少等优点，工业上广泛应用于火电行业。

• 液体吸收法：NOx是酸性气体，可采用水或某些碱性溶液来吸收，投资少，能以硝酸盐等形式回收废气中的NOx，达到综合利用的目的。包括碱性溶液中和吸收法、氧化吸收法、氧化还原吸收法等。

• 吸附法：采用固体吸附剂吸附废气中的NOx，在一定条件下脱附NOx，使吸附剂再生回用。该法对NOx的净化效率高，且能回收有用的NOx。但由于吸附剂的吸附容量小，需要的吸附剂量大，因而设备庞大、投资高、功率消耗大。

• 排烟脱硝方法还包括：燃烧法、石灰-石膏法、电子束照射法等，其中石灰-石膏法可同时脱除烟气中的SO2和NOx，是一种值得推广的方法

• 焦炉加热煤气在焦炉燃烧室立火道内的燃烧属于扩散燃烧，在燃烧过程中，氮氧化物的生成机理主要有：1)热力型：高温燃烧引起；2)燃料型：燃料中有含氮物质；3)快速型：燃料浓度过高。在焦炉加热燃烧过程中产生的氮氧化物95％来自于热力型。

热力型NOx生成浓度的两个主要因素：高温，高温区滞留时间。

从热力型NOx曲线可以看出，在温度低于1500K时，热力型的氮氧化物浓度很低，当温度超过1500K以后，热力型的氮氧化物浓度呈指数规律快速增长。

下图为焦炉火道中心的温度分布，火焰中心温度******点1850～2000K，高度约1.5m。

下图为立火道宽度中心NO的浓度分布。从图可看出，NO的生成主要集中在上升火道的高温区，这也是热力型NO的生成特点。

五、控制措施和效益

•  焦炉标准火道温度（焦炉立火道底部耐火砖表面温度）

焦炉标准火道温度一般控制在1200～1350℃（比火焰锋面温度低：200～300℃），略高于热力型的氮氧化物温度曲线的拐点（1500K）。火焰温度（特别是火焰锋面温度）随加热燃烧控制状况的不同，一般都在1400～1700℃范围内，高于热力型的氮氧化物温度曲线的拐点。因此控制火焰温度（特别是火焰锋面温度）是控制焦炉氮氧化物排放的关键所在。控制煤气燃烧速度，降低火焰锋面温度。从源头上控制NOx的产生，控制效果好，投资非常低。

• 焦炉煤气脱氢和净化

焦炉煤气富含大量氢气（55～60%），另外还含有少量的氨和氰化物。焦炉煤气回炉加热前应尽量脱出氨和氰化物。氢气是宝贵的化工原料。氢气的着火点温度低且燃烧速度快，使焦炉煤气在立火道中燃烧的火焰短且局部形成高温区。焦炉煤气脱出氢气可以为后续加氢单元提供原料。

• 脱氢焦炉煤气掺混废气

焦炉煤气脱氢后掺混废气还可以有限降低可燃组分浓度，降低燃烧速度，从而降低火焰锋面温度。

下图为脱氢都后焦炉煤气掺混烟道废气温度场

• 保持燃烧气氛为微还原态

通过脱氢后焦炉煤气掺混烟道废气以及生产中对空气过剩系数的控制，保持立火道中下部的燃烧气氛保持微还原态，以此达到减少NOx生成的目的。

• 独立焦化企业延伸产业链

焦化严重产能过剩，独立焦化企业只有通过延伸产业链才能求生存谋发展。氢气是联系下游产业链的必不可少的原材料，通过焦炉煤气脱氢不仅可以实现前端治理NOx排放量的目的，也为企业的发展和技术进步夯实了基础，实现了环保的综合治理和可持续发展目标，为企业创造财富。

六、焦炉调火和焦炉温度分析系统

• 焦炉炉体的严密性和气流分布的均匀性是降低NOx排放浓度的前提条件和基本保障。

• 焦炉气流分布的均匀性既有设计计算是否合理的因素也有调火工作是否及时准确的原因。

• 焦炉炉体的严密性（串漏率）与设计、施工和生产维护息息相关，并且随着炉龄的增加，焦炉炉体的串漏率会愈加严重。

• 应用先进的焦炉温度分析系统对焦炉炉体加热状况和串漏情况进行预判，在温度分析系统的指导下合理的对焦炉进行调火和热工操作，可以有效的降低NOx的排放量。