焦爐煙氣超低排放基準氧含量折算的研究

歐希?

(山西太鋼不銹鋼股份有限公司焦化廠，山西 太原 030003)

引 言

自五部委聯(lián)合下發(fā)《關(guān)于推進實施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見》以來[1-2]，太鋼各工序二級單位著重對各自有組織排放進行改造，山西太鋼不銹鋼股份有限公司焦化廠(簡稱太鋼焦化廠)依次完成了全火車運煤、焦爐煙氣脫硫脫硝、污水池封閉、主要除塵改造以及煤氣精脫硫等項目，總共投資2.53億元，其中，焦爐煙氣脫硫脫硝項目投資1.04億元，系統(tǒng)投用后焦爐煙囪污染物排放穩(wěn)定達標。2020年10月1日起，山西省鋼鐵企業(yè)將執(zhí)行超低排放標準，和GB-16171-2012標準不同的是，超低排放增加了8%的氧含量折算要求[3]。本文對現(xiàn)場的實際污染物排放數(shù)據(jù)進行分析，研究執(zhí)行氧折算后，污染物排放的變化。

1 標準分析

現(xiàn)行煉焦行業(yè)執(zhí)行的污染物排放標準是(GB-16171-2012)《煉焦化學工業(yè)污染物排放標準》[4]，其中有組織大氣排放的一般排放(表1)和特別排放標準(表2)中，都沒有設(shè)定基準氧含量折算。

表1 新建企業(yè)大氣污染物排放濃度限值 mg/m3

表2 大氣污染物特別排放限值 mg/m3

2019年下發(fā)的《關(guān)于推進實施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見》[5]中，要求鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中焦化工序需要執(zhí)行基準氧含量8%的要求(見表3)。

表3 鋼鐵聯(lián)合企業(yè)焦化工序執(zhí)行標準 mg/m3

2 問題分析

焦爐作為工業(yè)窯爐中最復雜的爐型，為了保證其爐體加熱的穩(wěn)定性，設(shè)置了加熱氣和廢氣的換向系統(tǒng)，正常生產(chǎn)情況下焦爐每20 min會進行一次換向操作，焦爐正常生產(chǎn)狀況下煙氣排放情況如圖1所示。

圖1 焦爐正常生產(chǎn)狀況下煙氣排放情況

由圖1可知，氧含量會大幅度波動;主要污染物SO2會有一個正峰值出現(xiàn);主要污染物NOx會有一個負峰值出現(xiàn);主要污染物顆粒物基本無變化。

3 基準氧含量8%計算分析

根據(jù)氧折算公式：折算數(shù)據(jù)=實測值*αs，執(zhí)行8%的基準氧含量有以下趨勢，從圖2中可以看出,氧含量從1%～19%變化時，在煙氣運行氧含量1%～9%時，折氧系數(shù)基本呈正比例變化，且變化幅度很小。

折氧系數(shù)計算公式見式(1)。

(1)

式中，αs為折氧系數(shù)；XO2為有關(guān)排放標準中規(guī)定的基準氧含量，%。

圖2 折氧系數(shù)變化情況

4 實際運行數(shù)據(jù)分析

隨即抽取太鋼焦化廠7#焦爐3 h的數(shù)據(jù)，對此期間的小時均值和分鐘數(shù)據(jù)進行具體分析。

4.1 氧含量變化如下

如圖3所示7#焦爐煙氣排放在此3 h期間，每隔20 min有很明顯的換向操作，換向過程氧量最高可達到19.7，每次換向影響4 min的氧波動；非換向時間的平均運行氧含量為6.2%。

圖3 實際運行顆粒和實際檢測數(shù)據(jù)與8%折氧曲線對比

4.2 單一染物排放隨氧變化情況

通過圖3可以看出,因氧含量變化原因，每次焦爐換向時，實測氧含量變化不大，但是折算值會出現(xiàn)約4 min的波動值，將換向前平穩(wěn)運行的數(shù)據(jù)取平均值，和換向期間4 min的顆粒物數(shù)值取平均值分析如圖4。由圖4可以得出顆粒物在換向期間的變化為：換向數(shù)值=運行數(shù)值×3.7，(16×穩(wěn)定運行數(shù)據(jù)+4×3.7×穩(wěn)定數(shù)據(jù))/20=1.5。

對SO2進行相同的分析，SO2的分鐘數(shù)數(shù)值最高可以達到6.63倍。將換向前平穩(wěn)運行的數(shù)據(jù)取平均值，和換向4 min SO2數(shù)值取平均值數(shù)據(jù)分析如圖5、圖6，SO2數(shù)據(jù)并不是規(guī)律的變化。根據(jù)數(shù)據(jù)分析取8為修正系數(shù)，SO2的大概變化為：換向數(shù)值=運行數(shù)值×3.3+8。(換向數(shù)值×16+(運行數(shù)值×3.3+8)4)/20=1.46運行數(shù)值+1.6。

由圖7可知，NOx在換向過程中數(shù)值會急速下降，所以在此不對其進行研究、討論。

圖4 實際運行顆粒和折氧數(shù)據(jù)與實際檢測數(shù)據(jù)倍數(shù)關(guān)系

圖5 實際運行SO2實際檢測數(shù)據(jù)與8%折氧曲線對比

圖6 實際運行SO2折氧數(shù)據(jù)與實際檢測數(shù)據(jù)倍數(shù)關(guān)系

圖7 實際運行NOx實際檢測數(shù)據(jù)與8%折氧曲線曲線對比

4.3 小時數(shù)據(jù)

由第136頁表4、表5可以看出實際氧折算值要比小時平均氧折算值大。

5 結(jié)論

1) 現(xiàn)在國家監(jiān)控的污染物排放最小單位是小時平均值，因焦爐生產(chǎn)運行的特殊性，建議焦爐煙囪排放的基準氧含量的折算，應該按小時平均氧含量值進行折算，而不是采用實時數(shù)據(jù)折算后再取小時平均值。

2) 在執(zhí)行超低排放標準折算時，根據(jù)太鋼焦化廠8#焦爐煙囪實際的運行氧含量，顆粒物排放應控制數(shù)值<6.5 mg/m3；SO2排放應控制數(shù)值<18.4 mg/m3，才能保證執(zhí)行折算時小時數(shù)據(jù)排放不超標。

表4 焦爐煙氣實際運行顆粒物SO2、NOx小時平均數(shù)值

表5 顆粒物SO2、NOx小時平均數(shù)值8%氧含量折算值