焦?fàn)t源頭控硝與優(yōu)化加熱技術(shù)的研究

李鑫罡

摘 要：在我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)，環(huán)境污染程度逐漸加重，尤其是霧霾天氣，嚴(yán)重危害到人們的身體健康，所以當(dāng)下必須要采取有效的措施保護(hù)環(huán)境，霧霾天氣的形成主要是二氧化氮和氮氧化物，而這兩種氣體的主要來(lái)源于焦化工業(yè)，目前針對(duì)二氧化氮和氮氧化物治理方法主要通過(guò)焦?fàn)t煙氣脫銷技術(shù)、前端治理技術(shù)和末端治理技術(shù)上，但是末端治理技術(shù)具有一定的局限性，尤其是長(zhǎng)期使用，會(huì)降低催化劑效率，導(dǎo)致氨得不到有效的處理，造成二次污染。氮氧化物主要由焦?fàn)t加熱導(dǎo)致，且焦?fàn)t煙道煙氣中含有大量的氮氧化物，可通過(guò)氮氧化物形成的機(jī)理，控制焦?fàn)t溫度，優(yōu)化焦?fàn)t燃燒氣氛，實(shí)現(xiàn)從焦?fàn)t源頭控硝。本文主要從焦?fàn)t源頭控硝的方法進(jìn)行研究，優(yōu)化焦?fàn)t燃燒氣氛和焦?fàn)t溫度系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)降低焦?fàn)t煙氣氮氧化物的含量。

關(guān)鍵詞：焦?fàn)t；控硝；加熱技術(shù)

隨著我國(guó)焦化工業(yè)高速發(fā)展，為我國(guó)鋼鐵工業(yè)的發(fā)展提供了強(qiáng)大的支撐，并推動(dòng)了鋼鐵工業(yè)的發(fā)展。焦?fàn)t煉焦是焦化工業(yè)的核心，在生產(chǎn)過(guò)程中，不僅生產(chǎn)出焦炭，還生產(chǎn)出大量的荒煤氣和焦油，同時(shí)也會(huì)排放出大量的廢氣污染物，尤其是二氧化硫和氮氧化物。其中的氮氧化物屬于高危害氣體，并具有毒性，且污染范圍廣，加大了我國(guó)的霧霾程度，同時(shí)還會(huì)形成酸雨。所以焦化工業(yè)必須要認(rèn)識(shí)到焦?fàn)t煙道煙氣的危害性，煙氣治理的重要性，只有減少?gòu)U物污染物的排放量，才能促進(jìn)焦化工業(yè)的健康發(fā)展。

一、焦?fàn)t煙氣中氮氧化物的產(chǎn)生機(jī)理與脫銷技術(shù)

（一）焦?fàn)t煙氣中氮氧化物的產(chǎn)生機(jī)理

在焦?fàn)t煉焦過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的氮氧化物，且生成機(jī)理比較復(fù)雜、含量高。氮氧化物的生成量主要與加熱方式?jīng)Q定，在燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的大量的一氧化氮和二氧化氮，根據(jù)燃燒條件和生成方式不同，可生成出快速性氮氧化物、燃料型氮氧化物、熱力型氮氧化物。快速性氮氧化物主要因氧氣不足，碳?xì)湎等剂嫌糜诨旌先紵龝r(shí)在火焰內(nèi)部形成的；燒料性氮氧化物，在燃?xì)馊紵^(guò)程中，含氮化合物主要是通過(guò)一系列化學(xué)反應(yīng)后轉(zhuǎn)化成氮氧化物；溫度熱力型氮氧化物主要是由焦?fàn)t火道溫度決定，另外還與加熱過(guò)程中的煙氣和氧氣含量，并且在高溫區(qū)逗留時(shí)間有著直接的聯(lián)系[1]。

（二）焦?fàn)t煙氣中氮氧化物的脫銷技術(shù)

目前針對(duì)焦?fàn)t氮氧化物治理技術(shù)主要使用前端治理技術(shù)和焦?fàn)t尾氣末端治理，目前主要使用末端治理技術(shù)來(lái)降低煙氣中的氮氧化物，前端治理技術(shù)主要使用源頭控硝技術(shù)。末端治理技術(shù)也就是煙氣脫銷技術(shù)，其原理就是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)煙氣中的氮氧化物進(jìn)行有效控制，煙氣脫銷技術(shù)有兩種：濕法脫銷和干法脫銷，干法脫銷包括活性炭法、選擇性非催化脫銷、選擇性錯(cuò)話脫銷等等；濕法脫銷主要是用水吸收和溶解煙氣中的氮氧化物，包括堿吸收法和酸吸收法。

焦?fàn)t前端氮氧化物治理技術(shù)主要有低氮燃燒技術(shù)，主要是采取有效的措施來(lái)降低氮氧化物的生成量，目前的治理技術(shù)包括低氮燃燒器、再燃燒技術(shù)和有空氣分級(jí)加熱燃燒，且主要運(yùn)用到熱風(fēng)爐和燃煤鍋爐中。

低氮燃燒技術(shù)主要包括分段加熱技術(shù)和廢氣循環(huán)技術(shù)，但是這兩種技術(shù)在我國(guó)的搗固焦?fàn)t來(lái)說(shuō)無(wú)法使用，且氮氧化物含量高。為了降低焦?fàn)t煙氣中氮氧化物，可通過(guò)改變?nèi)剂铣煞帧⒖刂迫紵郎囟鹊姆绞剑瑢?shí)現(xiàn)降低氮氧化物的含量。

（三）焦?fàn)t源頭控硝技術(shù)

氮氧化物主要是在焦?fàn)t加熱過(guò)程中產(chǎn)生，且屬于高溫?zé)崃π偷趸铮饕怯闪⒒鸬廊紵齾^(qū)的高溫以及氧氣含量決定，另外焦?fàn)t煙氣還有爐體串漏出來(lái)的氮氧化物，要想降低氮氧化物，只有從焦?fàn)t加熱的源頭上進(jìn)行控制，通過(guò)優(yōu)化焦?fàn)t燃燒氣氛和焦?fàn)t溫度控制系統(tǒng)[2]。焦?fàn)t源頭控硝具體方法是利用焦?fàn)t溫度綜合控制系統(tǒng)，通過(guò)系統(tǒng)調(diào)節(jié)燃燒、火落管理、焦餅表面溫度、直行溫度，從而實(shí)現(xiàn)降低空氣過(guò)剩系數(shù)、去除高低溫號(hào)、穩(wěn)定爐溫和優(yōu)化焦?fàn)t標(biāo)準(zhǔn)溫度，這樣可以大大降低焦?fàn)t煙氣中的氮氧化物含量。

二、焦?fàn)t火道溫度控制與抑制氮氧化物的生成

該系統(tǒng)的特征有大時(shí)滯后、非線性和多變量等，其中最重要的工藝參數(shù)是標(biāo)準(zhǔn)溫度，標(biāo)準(zhǔn)溫度是調(diào)節(jié)煤氣流量調(diào)節(jié)和主管壓力調(diào)節(jié)重要依據(jù)，通過(guò)測(cè)算出標(biāo)準(zhǔn)溫度的偏差和人工測(cè)溫的平均溫度，從而得出調(diào)節(jié)量的大小。所以調(diào)節(jié)量的準(zhǔn)確性將直接由標(biāo)準(zhǔn)溫度和人工測(cè)溫的精確度決定。如果標(biāo)準(zhǔn)溫度過(guò)高，那么就會(huì)導(dǎo)致煙氣中氮氧化物含量上升[3]。

由于焦?fàn)t溫度控制系統(tǒng)是否穩(wěn)定，是受外界因素影響，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性必須要通過(guò)精確的數(shù)學(xué)模型，將各種干擾條件考慮到其中。焦?fàn)t生產(chǎn)過(guò)程中最大的難題在于對(duì)立火道溫度的控制，主要是因?yàn)榻範(fàn)t對(duì)象有強(qiáng)非線性、焦?fàn)t煤氣燃燒過(guò)程會(huì)有大的滯后性、生產(chǎn)工藝參數(shù)不容易測(cè)量、焦?fàn)t生產(chǎn)過(guò)程易受外界干擾。

三、焦?fàn)t溫度綜合控制與源頭控硝系統(tǒng)

（一）焦餅表面溫度測(cè)量系統(tǒng)

焦炭是否成熟主要是通過(guò)焦餅中心溫度確定，同時(shí)焦餅中心溫度還能反應(yīng)出橫排加熱性能和高向加熱性能。焦餅中心溫度測(cè)量方法主要有兩種，一種是把熱電偶插入鋼管內(nèi)，再把鋼管插入裝煤孔中測(cè)量；另外一種是利用便攜式紅外測(cè)溫儀測(cè)量焦炭表面的溫度，必須是剛出焦的，然后計(jì)算出焦餅中心溫度。這兩種測(cè)量方法準(zhǔn)確度較差，需要消耗大量的勞動(dòng)力[4]。通常情況下焦炭表面要比焦餅中心溫度高30℃，那么就可以通過(guò)測(cè)量焦炭表面溫度，并連續(xù)性測(cè)量焦餅表面溫度，從而計(jì)算出焦餅中心溫度。根據(jù)焦餅表面溫度趨勢(shì)，來(lái)判斷焦炭成熟度、橫排性能和高向性能，然后操作人員就可以適當(dāng)控制焦炭上下之間的溫度差，確保溫度在合理的范圍內(nèi)。這樣焦炭從下到上成熟度比較均勻，通過(guò)加熱的方式來(lái)降低標(biāo)準(zhǔn)溫度，那么立火道燃燒就不會(huì)出現(xiàn)高溫區(qū)，那么氮氧化物的生產(chǎn)也會(huì)相應(yīng)減少。

（二）火落管理系統(tǒng)的應(yīng)用

在焦?fàn)t的橋管中部的位置開(kāi)孔安裝熱電偶，并用補(bǔ)償導(dǎo)線連接，將信號(hào)傳遞到控制系統(tǒng)中，然后系統(tǒng)形成對(duì)應(yīng)的溫度曲線。這樣可以清晰看到每個(gè)炭化室內(nèi)荒煤氣溫度變化情況，然后根據(jù)溫度變化情況計(jì)算出焦炭成熟度、燜爐時(shí)間和焦炭的火落時(shí)間，這種判斷比較精確，且方便簡(jiǎn)潔。也存在只對(duì)單個(gè)炭化室的溫度進(jìn)行判斷，判斷是否存在高低溫號(hào)，使工作人員有目標(biāo)的調(diào)節(jié)炭化室高低溫號(hào)，確保所有的炭化室溫度相對(duì)比較均勻，這樣能夠大大降低標(biāo)準(zhǔn)溫度，并減少氮氧化物的產(chǎn)生[5]。

（三）焦?fàn)t優(yōu)化燃燒系統(tǒng)

焦?fàn)t優(yōu)化燃燒包括三個(gè)重要的部分，分別是使用便攜式煙氣分析儀，分析每一個(gè)火道，并檢測(cè)燃燒效率，確認(rèn)燃燒是否均勻性，并為工作人員調(diào)節(jié)提供了指導(dǎo)；在每一份分煙道上安裝氧化鋯，控制和監(jiān)測(cè)廢氣中含氧量；通過(guò)焦餅表面溫度曲線和火落曲線數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)節(jié)[6]。其中最重要的參數(shù)就是空氣過(guò)剩系數(shù)，控制在1.05-1.15之間，含氧量控制在2-5之間。這樣不僅可以拉長(zhǎng)火焰高度，提高高向加熱均勻性，還能減少立火道燃燒高溫區(qū)廢氣含氧量，實(shí)現(xiàn)對(duì)氮氧化物的有效控制。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文主要利用焦?fàn)t源頭控硝技術(shù)，根據(jù)氮氧化物生成機(jī)理，利用優(yōu)化加熱技術(shù)來(lái)控制氮氧化物的生成量，并改善焦?fàn)t加熱性能，優(yōu)化焦?fàn)t燃燒氣氛，從而大大降低氮氧化物的生產(chǎn)，減少氮氧化物的排放量。

參考文獻(xiàn)：

[1]李小雷.焦?fàn)t自動(dòng)加熱技術(shù)在煙道氣控硝上的應(yīng)用[J].河南冶金，2017，25（3）：48-51.

[2]李雙娟.焦?fàn)t氮氧化物生成機(jī)理及低氮脫硝技術(shù)研究[J].中氮肥，2017，（3）：71-74.

[3]王甘霖，吳家珍，梁波， 等.脫硫脫硝裝置對(duì)焦?fàn)t加熱系統(tǒng)的影響[J].燃料與化工，2018，49（6）：34-36.

[4]陳樹(shù)宏，遲法銘.淺析高爐煤氣溫度變化對(duì)焦?fàn)t加熱系統(tǒng)的影響[J].包鋼科技，2018，44（5）：21-23.

[5]席鐵峰.焦?fàn)t自動(dòng)測(cè)溫、自動(dòng)火落判斷、自動(dòng)加熱系統(tǒng)應(yīng)用[J].中小企業(yè)管理與科技，2015，（25）：209-209.

[6]李樹(shù)華.焦?fàn)t煙氣脫硫脫硝余熱回收一體化研究應(yīng)用[J].燃料與化工，2019，50（1）：48-51.