探討降低焦?fàn)t煙囪氮氧化物排放措施

張俊元 張瑤 魯飛

摘 要：近年來，隨著國家環(huán)保工作的不斷升級加碼，給傳統(tǒng)的焦?fàn)t生產(chǎn)企業(yè)帶來了巨大的環(huán)保生存挑戰(zhàn)。氮氧化物是焦化生產(chǎn)過程中最為主要的外排氣體，也是造成大氣污染的主要污染物之一。隨著經(jīng)濟發(fā)展，我國氮氧化物的排放量正在逐年增加，嚴重地污染了環(huán)境空氣，國家對此也越來越重視，環(huán)保要求也越來越高。焦?fàn)t煙囪氮氧化物的排放指標(biāo)是否合格，則關(guān)乎著焦化企業(yè)是否能夠繼續(xù)生存和發(fā)展。本文重點闡述焦?fàn)t煙囪煙氣氮氧化物排放的幾點措施。

關(guān)鍵詞：焦?fàn)t煙囪;氮氧化物;排放

焦化企業(yè)氮氧化物污染物主要通過焦?fàn)t燃燒過程產(chǎn)生，主要由NO和NO2組成。根據(jù)科學(xué)實驗研究，幾乎所有的氮氧化物對人類都是有毒的，人體直接吸入會引起各種呼吸道疾病;氮氧化物和紫外線的融合會形成光化學(xué)污染，使得人的眼睛被灼燒;水和氮氧化物結(jié)合生成的酸雨還會對植物、土壤等造成不同程度的損害。因此，在焦?fàn)t燃燒過程中，必須對氮氧化物的排放進行嚴格控制。國家標(biāo)準《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準》要求：一般地區(qū)500mg/Nm3，重點地區(qū)：150mg/Nm3。

一、焦?fàn)t煙氣脫硝技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

國內(nèi)焦?fàn)t煙氣脫硝技術(shù)主要分為選擇性催化還原法、選擇性非催化還原法、液體吸收法、吸附法。其中，選擇性催化劑還原（SCR）法是使用還原劑（氨），利用催化劑使NOx還原成氮氣和水。選擇性非催化還原SNCR是在某種溫度下廢氣中的NO被液氨等還原劑還原為氮氣，此方法要求溫度較高、燃料較多，需增加熱量回收系統(tǒng)，故投資大、應(yīng)用少。液體吸收法則使用水或堿性溶液來吸收廢氣中的NO，達到綜合利用的目的。固體吸附法則是利用固態(tài)吸附劑吸附廢氣中的NO，在特定條件下脫除NO，使吸附劑再生回用，此方法凈化NO效率最高，且能回收一定量NO。以上四種脫硝技術(shù)中，目前控制NOx排放技術(shù)最有效、使用最廣泛的方法則是選擇性催化劑還原（SCR）法。

二、焦?fàn)t煙氣SCR脫硝工程使用實例

陜焦化工有限公司，是陜西省最早的焦化廠。經(jīng)過51年的發(fā)展，目前公司控參股公司產(chǎn)能已經(jīng)接近1000萬噸，占陜西省焦炭產(chǎn)能2/3左右。陜焦本部公司焦?fàn)t在焦?fàn)t煙氣脫硝工程中采取選擇性催化還原（SCR）法去除煙氣中NOx。還原劑采用純凈氨水（質(zhì)量濃度20%），由氨水槽車運送，并利用卸氨泵將氨水輸送至氨水儲罐內(nèi)。氨水儲罐中的氨水通過計量泵輸送到氨水蒸發(fā)器內(nèi)，與稀釋風(fēng)機鼓入的熱空氣混合后，一起進入氨噴射系統(tǒng)。在SCR入口煙道處，噴射出的氨氣和來自焦?fàn)t的煙氣混合后進入SCR反應(yīng)器，通過催化劑進行脫硝反應(yīng)，最后通過引風(fēng)機進入焦?fàn)t煙囪，達到脫硝目的。整套脫硝裝置主要分為SCR反應(yīng)區(qū)、氨水蒸發(fā)供應(yīng)區(qū)、氨水儲存區(qū)三個區(qū)域。脫硝主要工藝系統(tǒng)包括氨水卸載儲存系統(tǒng)、氨水蒸發(fā)稀釋供應(yīng)系統(tǒng)、氨氣噴射反應(yīng)系統(tǒng)、配電及集中控制系統(tǒng)等部分。

SCR脫硝化學(xué)反應(yīng)式如下：

4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O

6NO2 + 8NH3? →? 7N2 + 12H2O

6NO + 4NH3? →? 6H2O + 5N2

經(jīng)過脫硝系統(tǒng)的凈化，來自焦?fàn)t260-310℃溫度的煙氣，部分利用稀釋風(fēng)機輸送到氨水蒸發(fā)器，配入一定氨水進行霧化處理后，進入SCR反應(yīng)器進行催化反應(yīng)，達到脫硝目的。原廢氣中NO濃度≥1200mg/Nm3，經(jīng)處理后排放指標(biāo)控制在≤150mg/Nm3，脫硝率可達87.5%，符合氮氧化物排放要求。

在實際生產(chǎn)過程中，操作人員可通過控制稀釋風(fēng)機頻率、氨水噴灑量、壓縮空氣量等方法確保氨水蒸發(fā)器溫度不低于120℃，這一操作至關(guān)重要。通過以上控制，大大延長了脫硝催化劑的使用壽命。

三、降低焦?fàn)t煙囪氮氧化物的具體措施

降低焦?fàn)t煙囪煙氣氮氧化物具體措施大體分為兩種：第一種即降低焦?fàn)t煙囪煙氣氮氧化物的生成量;另一種即降低焦?fàn)t煙囪煙氣氮氧化物的排放量。從源頭和產(chǎn)生兩方面著手，減少氮氧化物排放量。

（一）生成量控制

（1）原料煤：煉焦入爐煤是采用氣、肥、焦、瘦等煤種通過一定比例配合成型煤煉焦。不同品種的煤，揮發(fā)份含量、氮含量等差異較大。一般情況下?lián)]發(fā)份、氮含量較高的煤種生成氮氧化物較多。煤樣細度較細時，揮發(fā)份析出速度快，燃燒速度快，增加了煤粉的耗氧速度，產(chǎn)生NOX生成的作用。煤粉細度較粗時，揮發(fā)份析出慢，則會減少NOX的生成量。特別是對殘次煤或是著火點較高的煤，這種情況會更顯著，控制適宜煤粉細度可根據(jù)焦炭質(zhì)量和NOX生成量綜合考慮。同樣煤種揮發(fā)份中氧氮比越大，NOX轉(zhuǎn)化率也越高。因此，研究煉焦配煤比、入爐煤質(zhì)量是降低氮氧化物的一種重要手段。

（2）焦?fàn)t材料：傳統(tǒng)的焦?fàn)t爐墻使用普通硅磚設(shè)計，焦?fàn)t燃燒室加熱產(chǎn)生熱量通過傳導(dǎo)、輻射、對流方式供焦?fàn)t加熱使用。在生產(chǎn)過程中，焦?fàn)t需按一定標(biāo)準溫度才能確保焦炭的均勻成熟。近年來，國家研發(fā)生產(chǎn)出高導(dǎo)熱性新型硅磚，高導(dǎo)性新硅磚可以降低焦?fàn)t立火道氣體的燃燒溫度，降低熱力型氮氧化物的生成量。同時這種高導(dǎo)熱性硅磚新型材料應(yīng)用于新型納微米高輻射覆層技術(shù)當(dāng)中，生產(chǎn)中在炭化室墻的火道上粉刷這種新型材料，可以提高炭化室墻的輻射和熱傳導(dǎo)性，使得焦?fàn)t立火道的燃燒氣體的溫度得以降低，進而使得煙囪煙氣氮氧化物生成量減少。因此，使用新材料代替舊材料是降低氮氧化物的又一種可行方法。

（3）焦?fàn)t廢氣回配系統(tǒng)：此技術(shù)是通過風(fēng)機將總煙道廢氣抽取并入空氣系統(tǒng)，與空氣一同送入燃燒室進行廢氣二次燃燒。煙道廢氣回配系統(tǒng)可以改善焦?fàn)t高向加熱，有利于優(yōu)化標(biāo)準溫度，提高爐頂空間溫度，降低爐頂串漏。煙道廢氣回配主要目的是降低燃燒廢氣中氮氧化物的含量，其理論依據(jù)為NOX的熱力型生成機理——控制燃燒火焰溫度。從源頭控硝的角度出發(fā)，根據(jù)NOX的熱力型生成機理，稀釋空氣中的氧含量，減緩燃燒速度，使立火道中火焰拉長，從而降低燃燒廢氣中氮氧化物的含量。目前，此項技術(shù)已被廣泛推廣使用。

（二）排放量控制

（1）焦?fàn)t加熱過程中，采用低氮燃料工藝。焦?fàn)t荒煤氣通過化產(chǎn)回收系統(tǒng)，生產(chǎn)焦?fàn)t煤氣回運焦?fàn)t正常加熱使用。在化產(chǎn)系統(tǒng)，增加脫氮工藝技術(shù)，降低煤氣中的含氮量，從而避免煤氣中大量的氮和氧混合，生成氮氧化物。此外，焦化企業(yè)在廢氣處理中，選擇合理的脫硝技術(shù)，先將廢氣中的氮氧化物進行有效轉(zhuǎn)化，生成NO化物和水，再對煙氣進行過濾從而排放。

（2）焦?fàn)t脫硝技術(shù)的投用雖然給焦?fàn)t的氮氧化物排放起到了至關(guān)重要的作用。在生產(chǎn)實際中，同樣存在以下問題，焦?fàn)t加熱系統(tǒng)的火焰燃燒情況、焦?fàn)t煙道溫度控制、蒸氨效果差異、脫硝塔催化劑的催化效果等也直接制約企業(yè)氮氧化物的排放是否達標(biāo)。所以，今后的脫硝技術(shù)發(fā)展研究重在新型高、低溫催化劑的研究推廣和焦?fàn)t生產(chǎn)實際加熱廢氣排放指標(biāo)的控制。

四、結(jié)束語

焦?fàn)t廢氣指標(biāo)排放達標(biāo)是焦化生產(chǎn)企業(yè)共同面對的難題。隨著環(huán)保工作的進一步推進和深化，氮氧化物排放要求將越來越嚴格。只有不斷學(xué)習(xí)新技術(shù)、發(fā)展新技術(shù)、應(yīng)用新技術(shù)，這樣才能使得企業(yè)實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展。

參考文獻：

[1]管理與技術(shù)學(xué)習(xí)平臺-技術(shù)文庫，降低焦?fàn)t煙囪煙氣氮氧化物措施淺談，文檔編號31808242。

[2]劉新蕾， 肖鐘如， 張靖一， 趙振峰， 降低焦?fàn)t煙氣NOX排放量的前端治理技術(shù)原理，煤化工999咨詢，2017。