使用COG加熱時6 m焦爐煙氣NOx控制措施

吳宏斌，鄭曉明

（山鋼股份萊蕪分公司焦化廠，山東萊蕪 271104）

使用COG加熱時6 m焦爐煙氣NOx控制措施

吳宏斌，鄭曉明

（山鋼股份萊蕪分公司焦化廠，山東萊蕪 271104）

山鋼股份萊蕪分公司焦化廠6#焦爐使用焦爐煤氣加熱，分析認為，空氣過剩系數、加熱換向間隔時間、加熱溫度等影響煙氣中氮氧化物濃度，通過熱工調節(jié)，縮小風門降低機焦兩側空氣過剩系數至1.12、1.08，換向時間由30 min調整到20 min，標準溫度由1 245/1 295℃降至1 235/1 285℃，氮氧化物濃度由612 mg/m3逐漸降低至440 mg/m3，實現了達標排放。但在結焦時間較短，標準溫度較高時，焦爐熱工調節(jié)對氮氧化物濃度作用較小。

焦爐；煙氣；氮氧化物；空氣過剩系數；換向間隔；標準溫度

《山東省區(qū)域性大氣污染物綜合排放標準》對焦爐煙氣污染物排放濃度限值進行了明確規(guī)定，其中，該標準中規(guī)定第三時段焦爐氮氧化物排放限制為500 mg/m3。使用焦爐煤氣作為加熱煤氣的焦爐，由于加熱溫度較高，在未進行煙氣脫硫脫硝改造時，煙氣氮氧化物實現達標排放的難度較大。

山鋼股份萊蕪分公司焦化廠6#焦爐為55孔6 m焦爐，使用焦爐煤氣加熱，在正常加熱過程中，煙氣氮氧化物含量波動較大，部分時段瞬時值超過500 mg/m3的排放限制。為保證煙氣氮氧化物達標排放，6#焦爐進行了一系列熱工調節(jié)，煙氣氮氧化物含量逐步降低，最終實現了穩(wěn)定達標排放。

1 煙氣氮氧化物含量影響因素分析

1.1 空氣過剩系數的影響

通過焦爐燃燒過程中NO的生成機理［1］可以看出，在加熱溫度及焦爐煤氣一定的情況下，適當降低入爐空氣量，可以降低熱力型NO的生成量，而空氣量的大小主要體現在空氣過剩系數高低。焦化行業(yè)普遍認可燒焦爐煤氣的焦爐空氣過剩系數應控制在1.20～1.25，在此范圍內，煤氣燃燒比較充分，空氣過剩系數過低，燃燒不充分，煤氣過剩，而空氣系數過高，廢氣量較大，帶走的熱量較多［2］。但在控制煙氣NO時，充分的煤氣燃燒導致火焰溫度較高，熱力型NO生成量較大。通過多次按不同的空氣過剩系數加熱試驗及查閱相關資料，找出了空氣過剩系數與氮氧化物的對應關系，如圖1所示。

由圖1可以看出，空氣過剩系數在1.0時，由于煤氣燃燒不充分，火焰中心燃燒溫度較低，氮氧化物生成量最低；隨著空氣過剩系數的增加，氮氧化物含量快速升高，在1.10～1.25之間時，煙氣氮氧化物超過550 mg/m3；當空氣過剩系數超過1.25時，火焰燃燒充分，氮氧化物含量較高，但由于空氣量增加導致廢氣量增加，氮氧化物濃度出現下降趨勢，但含量仍＞550 mg/m3。

圖1 氮氧化物濃度與空氣過剩系數變化關系

1.2 焦爐加熱換向間隔時間的影響

熱力型氮氧化物的生成與高溫煙氣在高溫區(qū)停留時間有一定的關系，換向周期長短，直接影響煙氣在高溫區(qū)的停留時間［3］。在換向間隔時間為30 min時，兩個換向氮氧化物變化趨勢見圖2、圖3。

圖2 正向交換后氮氧化物變化趨勢

圖3 反向交換后氮氧化物變化趨勢

由圖2、圖3可以看出，在交換后3 min左右，氮氧化物含量達到最低值300 mg/m3，而后逐漸升高且在高位保持，分鐘值在600 mg/m3左右波動。

1.3 焦爐加熱溫度的影響

由熱力型氮氧化物生成機理可以看出，氮氧化物生成量的最直接影響因素是溫度，因此，在結焦時間為20 h時對溫度變化與氮氧化物生成量的關系進行了統(tǒng)計，見表1。

表1 2016年3月監(jiān)測的溫度變化與氮氧化物生成量

從表1可以看出，在生產過程中隨加熱溫度的升高，氮氧化物生成量呈上升趨勢。而對帶廢氣循環(huán)的焦爐煙道廢氣中氮氧化物濃度的檢測［1］情況（見表2）來看，控制廢氣中氮氧化物濃度關鍵是控制實際燃燒溫度。

表2 氮氧化物濃度與立火道溫度的關系

2 焦爐熱工調節(jié)控制措施

2.1 縮小風門，降低空氣過剩系數

為降低焦爐空氣過剩系數，2016年3月24日對6#焦爐廢氣開閉器風門開度進行調整，由機側110 mm調整到60 mm，焦側由130 mm調整到80 mm，同時將煙道吸力控制在機側155 Pa、焦側165 Pa。為保證燃燒系統(tǒng)無煤氣大量過剩立火道，同時對全爐燃燒狀況進行檢查，對煤氣過剩立火道適當降低供給煤氣量，保證加熱安全，并對高低溫爐號進行治理，保證爐溫均勻。調整到位后，機焦兩側空氣過剩系數分別為1.12、1.08。調節(jié)前后氮氧化物日均值見表3。

表3 2016年3月空氣過剩系數調節(jié)前后氮氧化物濃度變化

2.2 縮短焦爐換向時間

空氣過剩系數降低后，焦爐高向加熱狀況得到改善，也為縮短焦爐換向時間提供了保障。所以，為保證換向周期內煙氣氮氧化物濃度始終維持在500 mg/m3以下的要求，將換向時間由30 min調整到20 min。調整后氮氧化物含量降低，分鐘值最高在500 mg/m3左右波動，最低達到300 mg/m3以下，見圖4、圖5。

圖4 調整后正向交換后氮氧化物變化趨勢

圖5 調整后反向交換后氮氧化物變化趨勢

2.3 降低焦爐標準溫度

由于焦爐標準溫度是影響煙氣氮氧化物濃度的直接因素，2016年3月28日分梯度對6#焦爐焦餅中心溫度進行了測量，對標準溫度進行優(yōu)化。在保證焦餅均勻成熟的前提下，將標準溫度由1 245/ 1 295℃降至1 235/1 285℃，調節(jié)完成后，焦爐煙氣氮氧化物由471 mg/m3降低至440 mg/m3左右，實現了達標排放，見表4。

表4 加熱制度調整到位前后氮氧化物日均值情況

3 加熱制度優(yōu)化與存在問題

焦爐結焦時間對焦爐熱工的影響較大，在生產負荷較大，結焦時間較長的情況下，焦爐加熱溫度較高，相關的熱工調節(jié)要求也更高，此時煙氣氮氧化物濃度達標排放難度較大。

1）在結焦時間20 h時，通過優(yōu)化調節(jié)風門開度控制在機側60 mm、焦側80 mm，煙道吸力控制在機側155 Pa、焦側165 Pa，煤氣壓力一般控制在1 000 Pa以內，標準溫度控制在1 235/1 285℃，換向間隔時間由30 min調整為20 min，煙囪基本無冒黑煙現象，氮氧化物達標排放。從全爐立火道含氧量來看，空氣過剩系數仍然有可下調空間，考慮到6#焦爐斜道堵塞現狀不再對空氣過剩系數進行調整。

2）在結焦時間由20 h至19.5 h調整過程中，在保證焦炭正常成熟的前提下，通過調節(jié)機焦側煙道吸力和煤氣壓力來控制氮氧化物含量，煙道吸力一般控制在157/167 Pa左右，煤氣壓力在1 050 Pa，風門開度未作調整，煙囪冒黑煙現象有所增加，氮氧化物排放達標。

3）在結焦時間調整到19.5 h后，通過測量焦餅中心溫度，標準溫度由1 235/1 285℃調整為1 245/ 1 295℃，煤氣壓力一般控制在1 080 Pa左右，吸力控制在155/165 Pa，最高調至160/170 Pa，氮氧化物日均值達標，但部分時段出現超標現象，煙囪冒黑煙嚴重。重新對風門開度進行調節(jié)，由機側60 mm、焦側80 mm調整至機側80 mm、焦側90 mm，吸力一般控制在機側150～155 Pa、焦側160～165 Pa，煤氣壓力控制在1 050 Pa，氮氧化物達標排放，部分時段煙囪冒黑煙明顯。通過檢查全爐立火道燃燒情況，主要是受爐體缺陷影響，斜道有不同程度堵塞現象，部分立火道出現煤氣嚴重過剩現象所致。

4）在結焦時間調整到19 h后，隨著生產節(jié)奏加快，風門開度控制在機側80 mm、焦側90 mm，吸力控制在155～160/165～170 Pa，煤氣壓力一般維持在1 100 Pa以上，標準溫度為1 245/1 295℃，氮氧化物日均值雖然達標但不穩(wěn)定，煙囪冒黑煙嚴重。此時通過加熱制度優(yōu)化已無法實現6#焦爐氮氧化物的穩(wěn)定達標排放。

4 結論

經實際驗證，通過控制焦爐空氣過剩系數、換向周期和焦爐標準溫度，6#焦爐使用焦爐煤氣加熱時煙氣氮氧化物含量達到《山東省區(qū)域性大氣污染物綜合排放標準》第三時段排放限制要求。但在結焦時間較短，標準溫度較高時，焦爐熱工調節(jié)對氮氧化物濃度作用較小，無法達到煙氣氮氧化物的穩(wěn)定達標排放。

［1］鐘英飛.焦爐加熱燃燒時氮氧化物的形成機理及控制［J］.燃料與化工，2009，40（6）：6-10.

［2］姚昭章.煉焦學［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2005.

［3］嚴文福，鄭明東.焦爐加熱調節(jié)與節(jié)能［M］.合肥：合肥工業(yè)大學出版社，2005.

Control Measures of the NOxin Flue Gas of 6 m Coke Oven Using COG Heating

WU Hongbin,ZHENG Xiaoming
（The Coking Plant of Laiwu Branch of Shandong Iron and Steel Co.,Ltd.,Laiwu 271104,China）

The coke oven gas was used to heat for the No.6 coke oven in the Coking Plant of Laiwu Branch of Shandong Iron and Steel Co.,Ltd.Analysis was considered that the concentration of nitrogen oxides in flue gas was affected by the air excess coefficient, reversal interval time and heating temperature etc.Through thermal regulation and narrowing the throttle,the air excess coefficient was reduced to 1.12 in pusher side and to 1.08 in coke end,reversing time was adjusted from 30 min to 20 min,and the Standard temperature was decreased from 1 245/1 295℃to 1 235/1 285℃.Therefore,the concentration of nitrogen oxides decreased gradually form 612 mg/m3,achieving the discharge Standards.However,when the coking time is shorter and the Standard temperature is higher,the thermal regulation of coke oven has little effect on the concentration of nitrogen oxides.

coke oven;flue gas;nitrogen oxides;air excess coefficient;reversal interval;standard temperature

TQ520.1

B

1004-4620（2017）02-0004-03

2016-12-14

吳宏斌，男，1985年生，2008年畢業(yè)于聊城大學化學工程與工藝專業(yè)。現為山鋼股份萊蕪分公司焦化廠工程師，從事焦爐工藝控制和環(huán)保管理工作。