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淺析控制焦爐煙氣污染物排放的幾種方法

2019-06-11信息來源 : 工業過程氣體監測技術

目前,我國的焦炭產能居世界首位,達6.8億噸,占全球產能的70%以上,焦化行業屬于典型的重污染行業,為了改善焦化行業的污染問題,本文通過分析研究焦爐煙氣污染物排放的控制措施,對降低焦爐煙氣污染物排放率,提高焦爐煙氣污染物排放達標率做簡要闡述。

一、焦爐煙氣中污染物的種類

在目前的冶金行業中,焦爐是造成大氣污染最嚴重的設備之一。我國大多數焦爐使用的是焦爐煤氣加熱方式,其煙囪會排放大量的污染物,其成分復雜,主要含有氮氧化物(NOX)、二氧化硫(SO2)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、硫化氫(H2S)、氰化氫(HCN)、殘氨、酚以及煤塵、焦油等。

面對日益嚴峻的環保壓力,近年來我國對環境污染問題越來越重視,對煙氣排放和節能降耗的要求越來越嚴格,特別是《煉焦化學工業污染物排放標準》( GB16171—2012) 的頒布實施,第一次將焦爐排放的NOX列為我國焦化企業大氣污染物排放的控制指標,并對顆粒物和二氧化硫的排放提出了更嚴格的要求,要求所有企業在2015年1月1日之后,焦爐煙囪排放二氧化硫小于50mg/m3,NOX小于500mg/m3(機焦),顆粒物小于50mg/m3。此排放標準的出臺不僅有效減少了焦爐污染物的排放,也有力地推動了煉焦生產工藝和污染治理技術的研發。

由于在《煉焦化學工業污染物排放標準》( GB16171—2012)中明確規范了焦爐煙囪中二氧化硫、氮氧化物以及顆粒物的排放標準,因此,減少焦爐煙氣污染物排放的關鍵就在于加強對這三種污染物排放的控制。

二、焦爐煙氣中氮氧化物的控制

對焦爐煙氣內的氮氧化物進行控制主要是從其燃燒過程與終端治理兩方面進行,其中在燃燒過程中對NOX進行控制的常見措施包括廢棄循環、分段加熱以及對實際燃燒溫度進行控制等措施;

對焦爐煙氣內NOX進行終端治理的措施常見的是SCR脫硝法,由于焦爐煙氣溫度偏低,一般在220℃-270℃,采用SCR脫硝技術處理成本較高,會增加焦化企業的經濟投入負擔,并且對使用的煤氣類型也有一定要求,因此,不能大范圍推廣與應用。所以,以下主要分析燃燒過程中對焦爐煙氣內的NOX進行控制的常規措施。

1.廢氣循環技術

現階段,對焦爐煉焦過程中煙氣內的NOX進行控制時,使用最多的就是廢氣循環措施。廢棄循環其實是一種低NOX燃燒技術,這種燃燒技術可以在空氣預熱器之前抽取部分低溫煙氣,將這部分低溫煙氣直接送入爐膛內,或者將這部分低溫煙氣直接摻入一次風中或者二次風中。

這種燃燒技術的應用原理主要是:煙氣在吸熱過程與對氧氣的稀釋作用會使爐膛內的燃燒速度與溫度降低,可以有效抑制熱力型NOX的生成。使用廢氣循環技術能夠大大降低煤氣內的可燃成分與空氣中的氧氣濃度,同時能夠加快氣流的速度,可以拉長火焰,對確保焦餅的上下加熱的均勻性十分有利,并且能夠有效改善焦炭質量,在一定程度上能夠縮短結焦時間,在增加產量的同時降低熱量消耗。

需要注意的是,廢氣循環技術適用于含氮量較低的燃料中,可以有效降低焦爐煙氣內的含氮量。經過試驗發現,將煙氣再循環量控制在10%-20%之間燃燒效率最佳,如果煙氣再循環量超過30%,就會使燃燒效率降低。

2.分段加熱技術

分段加熱控制技術通常應用在空氣分段過程中,以及空氣與貧煤氣的分段供給加熱過程中。另外,在7米以上的大型焦爐內使用分段加熱技術也比較普遍,主要是因為焦爐較大時,使用分段加熱技術可以確保焦爐內的受熱均勻,從而保證燃燒效率。

三、實際燃燒溫度進行控制

目前,大多數焦爐使用的是高爐煤氣或者混合煤氣進行加熱,這些加熱煤氣在燃燒過程中生產的NOX主要為溫度熱力型NOX。如果空氣過剩系數為1.1,而空氣預熱溫度達到1100℃時,理論上高爐煤氣的燃燒溫度應該為2150℃,但是實際的火道溫度值與測定溫度值之間大約相差200℃,而燃燒溫度降低,實際燃燒溫度處于理論燃燒溫度與測定火值溫度之間,這種溫度環境很容易使焦爐煙氣生成大量的NOX。

因此,必須對實際燃燒溫度進行有效控制,通常可以采用降低火道溫度、改變焦爐煤氣組分、降低空氣過剩系數以及優化焦爐熱工制度等方式降低實際燃燒溫度。但是,在實際控制過程中,火道溫度與焦爐煤氣組成是無法改變的,因此,只能通過降低空氣過剩系數與優化焦爐熱工制度的方式對實際燃燒溫度進行控制。

四、焦爐煙氣中二氧化硫的控制

焦爐加熱過程中使用的煤氣中含有的H2S以及有機硫,燃燒過程中會釋放一定量的SO2,除此之外,焦爐爐體串漏中產生的荒煤氣進入焦爐燃燒系統后,其含有的全硫化物經過燃燒也會產生SO2。因此,可以從提高加熱煤氣的燃燒效率與減少焦爐爐體串漏兩方面出發對焦爐煙氣中SO2含量進行有效控制。

首先,要選擇質量較好的加熱煤氣種類,減少燃燒過程中SO2的排放量。在高爐煤氣加熱過程中,使用的高爐煤氣本身的含硫量較低時,產生的煙氣中二氧化硫的含量也比較低。而在焦爐煉焦過程中使用的焦爐煤氣本身就含有H2S以及有機硫等成分,經過燃燒系統加熱后,焦爐產生的煙氣內就會含有一定量的SO2。因此,必須選擇含硫量較低的加熱煤氣,減少焦爐煙氣內的二氧化硫含量。

其次,提升脫硫工藝水平。通常對焦爐煤氣進行脫硫后,其含有的H2S為20-800mg/m3,而焦爐荒煤氣內含有的有機硫總量為500-900mg/m3,其中包含300-600mg/m3的硫含量。因此,必須重視焦爐煤氣凈化工藝,對加熱煤氣內的硫化物進行有效脫除,減少加熱煤氣內的含硫量,從而達到減少焦爐煙氣內SO2含量的目的。

最后,要加強對焦爐的日常維護管理工作,減少焦爐爐體的串漏問題。焦爐爐體串漏會使荒煤氣內的硫化物通過炭化室的爐墻縫隙串漏到燃燒室內,經過燃燒加熱后產生SO2,從而使焦爐煙氣內的SO2含量增加。荒煤氣內的含硫化物以H2S為主,而含硫化物的總質量為6500-10000mg/m3,其含量是凈化后的加熱煤氣內含硫量的15-25倍,因此,一旦荒煤氣進入到燃燒室后會使焦爐煙氣內的SO2含量急劇增加。

所以必須重視焦爐的日常維護管理工作,對出現串漏的部分及時修復,尤其是運行時間較長的焦爐,必須加強日常維護管理,才能減少焦爐爐體串漏的部分,從而降低焦爐煙氣內的SO2含量。

五、焦爐煙氣中顆粒物的控制

焦爐產生的煙塵顆粒物主要分為兩部分:一部分是由于煉焦期間溫度過高或操作不當等原因造成部分散煙從焦爐中逃逸出;另一部分是在整個機械操作中所產生的煙塵,主要在裝煤和推焦過程中產生。所以,在煉焦過程中必須對煙塵進行合理控制。

1.爐頂煙塵的控制

爐頂煙塵主要來源是由于裝煤孔蓋、上升管與爐頂連接處以及橋管與水封閥連接處密封不嚴而導致煙塵外溢。現階段主要采取以下兩項措施:一是裝煤孔蓋泥封即將泥漿澆灌在孔蓋周邊加以密封人工或裝煤車機械澆泥;二是上升管與爐頂聯接處封堵。

2.爐門煙塵的控制

爐門刀邊與爐框鏡面接觸不嚴密將使爐內煙氣泄漏,隨著生產技術的發展不斷優化,使用空冷式爐門或者氣封爐門技術就可以很好地解決爐門刀邊與爐框鏡面接觸不嚴密的問題,使爐門冒煙的現象得到很好的控制。

3.設置焦爐頂面自動吸塵清掃設備

煤粉的存在使得運輸過程中會產生大量的揚塵,可以考慮設置焦爐頂面自動吸塵清掃設備,清除吸附在爐面上的煤粉。


 

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