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前端防治和末端治理相结合控制焦炉烟气NOx排放技术

2016-12-29 14:42:22

  1 前言

  炼焦炉在生产焦炭的过程中会产生许多对环境有害的污染物,氮氧化物(NOx)便是其中一类。随着GB16171-2012《炼焦化学工业污染物排放标准》的实施,自2015年1月1日起,现有企业和新建企业排放焦炉废气中的NOx浓度要求小于500mg/m3,特别排放限值的地域,NOx浓度要求小于150 mg/m3。这一标准的执行,引起了我国焦化行业工作者的极大关注。如何减少焦炉的NOx排放量,是炼焦企业刻不容缓之事。

  据了解,业内人士曾做过粗略了解,在正常生产下,焦化企业的焦炉烟囱废气中的NOx浓度要达到小于500mg/m3的标准,技术难度非常大,达标的焦化企业是凤毛麟角。对于特别排放限值区域,NOx排放浓度要达到小于150mg/m3的标准,更是难上加难。要使焦炉烟气氮氧化物的排放达标,必须使用相关技术进行治理。但是就目前来看,治理技术难度大,整体投入费用高昂,后期维护成本较高。为此,本文结合我司的前端防治和末端治理相结合技术,对焦炉烟气氮氧化物排放控制进行说明,供同行参考。

  2 焦炉烟气氮氧化物的来源

  焦炉加热燃料在燃烧室的立火道内燃烧的过程中会生产NOx,其主要来源有三个方面:一是温度热力型NOx;二是焦炉燃气内含氮成分燃烧释放出NOx;三是碳氢燃料快速型NOx。在燃烧生成的NOx中,NO含量占90%~95%,NO2含量占5%左右。因此,结合成熟的前端防治技术,从源头对NOx的浓度进行控制,可以大幅度降低整体投入成本。

  3NOx前端治理技术及其应用

  德国维康咨询与工程公司焦炉烟气氮氧化物前端防治技术,由两大部分组成。一是焦炉测温系统技术,二是焦炉热力系统调节技术。

  3.1 焦炉测温系统技术

  3.1.1 焦炉测温系统简介

  如图1简图所示,焦炉测温系统由测量杆、气管系统、温控箱、电控系统、分析系统等组成。其中,硬件部分安装在推焦杆上,在推焦过程中,随着推焦杆快进快出,通过多个探头(图1a红色圆点所示)对炭化室内的温度进行测量,并通过温控系统和电控系统传回进行分析,通过计算机分析模型,能全面得到焦炉每个炭化室的温度分度和分布情况,使整个墙体的温度分布可视化;其次,对炉顶石墨进行检测;第三,可以检测加热烟道和炭化室墙体破损问题。通过检测和分析,能全面了解焦炉的情况,为焦炉热力系统的调节提供必要依据。图2所示,是测温系统通过计算机分析模型得出的工况。其中,图2a中绿色表示温度正常,红色表示温度过高,蓝色表示温度较低。图2b中,体现的是整座焦炉的温度情况。

3.1.2 焦炉测温系统技术优势

  (1)为焦炉热力系统调节技术提供必要依据,控制并降低焦炉总体能耗;

  (2)为焦炉热力系统调节技术提供必要依据,控制并降低烟气NOx等浓度;

  (3)通过对焦炉的温度分析,优化炭化过程,得到更优质的焦炭质量;

  (4)检测炉墙损害,利于早期防护和修复,减少焦炉串漏;

  (5)延长焦炉的服役寿命。

  3.1.3 工业化应用

  焦炉测温系统可直接改造安装在推焦杆上,如图1b所示。目前已在德国、奥地利、印度等70多个焦化厂成功应用。

  3.2 焦炉热力系统调节技术

  根据焦炉测温系统提供的数据,利用焦炉热力系统调节技术对焦炉烟气中NOx的浓度进行直接控制。

  (1)降低立火道温度。燃烧室立火道高温区域是产生NOx的直接原因,根据测温系统提供的数据结果,在保证焦炭质量的前提下,降低立火道的标准温度;

  (2)降低空气过剩系数。调整助燃空气和加热煤气比例,降低加热煤气燃烧所需的空气量,使煤气在较小的空气过剩系数下燃烧;

  (3)焦炉热工制度调节。调整焦炉的直行和横排温度均匀性,避免出现局部高温或低温,使立火道的温度分布接近均衡;

  (4)调整开闭器的气流量和压力值;

  (5)调整燃烧室的循环废气量;

  (6)调整烟道废气压差。

  3.3 前端防治技术工业化及应用效果

  通过前端防治技术,可以将焦炉烟气中NOx的浓度控制在500mg/m3以内,无需增加其他额外的装置,就能够满足GB16171-2012《炼焦化学工业污染物排放标准》中现有企业和新建企业排放焦炉废气中的NOx浓度要求小于500mg/m3的标准。与此同时,还能降低焦炉的整体能耗。

  4 NOx末端治理技术

  根据标准GB16171-2012,针对特别排放限值的地域,焦炉废气中NOx浓度要求小于150 mg/m3。单靠前端防治技术已无法达到标准,因此,需要投入新的技术及装置对焦炉烟道废气中NOx进行有效治理。

  4.1 工艺流程

  焦炉烟气首先进行脱硫除SO2,脱硫后烟气的温降大约在10℃左右,随后进入除尘站,除尘脱硝一体化工序。经过脱硝后的烟气有一定程度的温升,根据各焦化厂的实际需求,可以选择增加热回收工段。经过脱硫、除尘脱硝一体化和热回收以后的焦炉烟气,直接排入大气。

  4.2 SCR脱硝工艺原理

  在催化剂存在的条件下,焦炉烟气中的NOx与NH3发生还原反应,生成N2和H2O,实现脱除NOx。脱硝反应式为:

  4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O(1)

  2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O(2)

  NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O(3)

  式(1)和式(3)是主要反应,焦炉烟气中90%以上的NOx是以NO的形式存在的。

  4.3工艺特点

  (1)脱硫工序设置在脱硝前,将烟气中的SO2含量脱除至30mg/m3以下,保证后续的高效脱硝;

  (2)烟气除尘、脱硝一体化,不需要再建额外的SCR脱硝反应塔;

  (3)可实现焦炉烟气低温脱硝,满足焦炉烟气温度200~240℃的工况,不需增加预热器;

  (4)节省总体投资,运行费用低,占地面积小。

  5 结论

  (1)NOx前端防治技术可以满足将NOx浓度控制在500mg/m3以下的标准。前端防治成本低,技术成熟,但是无法满足限值区域NOx浓度小于150 mg/m3的排放要求,此时需要同时增加末端治理技术。

  (2)利用前端防治技术将焦炉烟道废气中的原始NOx浓度降到500mg/m3以下,再采用脱硫除尘脱硝一体化技术,可以大幅度降低整体投入成本和后期的运行维护成本。


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