焦?fàn)t加熱制度與NOx排放相關(guān)性探討

劉 陸，翟 利，崔井良，董少英

（唐鋼美錦（唐山）煤化工有限公司，河北唐山 063700）

1 概述

唐鋼美錦煤化工現(xiàn)有JNX3-70-1型7m焦?fàn)t兩座，于2014年投產(chǎn)，其主要特征為蓄熱室分格、貧煤氣和空氣下調(diào)、貧煤氣和空氣分段供入、雙聯(lián)火道廢氣循環(huán)的下調(diào)式焦?fàn)t。具有結(jié)構(gòu)嚴(yán)密、合理、加熱均勻、熱工效率高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。設(shè)計(jì)能力年產(chǎn) 150 萬(wàn)噸焦炭。投產(chǎn)以來(lái)一直使用焦?fàn)t煤氣加熱，焦?fàn)t煙道廢氣中NOx排放一直處于較高的水平。為了詳細(xì)了解焦?fàn)t的運(yùn)行狀況及加熱廢氣中污染物排放水平，以便從源頭上對(duì)污染物進(jìn)行綜合治理,分別針對(duì)焦?fàn)t加熱制度的空氣過(guò)剩系數(shù)、交換時(shí)間和標(biāo)準(zhǔn)溫度進(jìn)行不同情況研究，有效控制煉焦煙氣污染物NOx濃度，為后續(xù)脫硝工藝的穩(wěn)定運(yùn)行提供技術(shù)基礎(chǔ)。

2 現(xiàn)有焦?fàn)t工藝問(wèn)題分析

投產(chǎn)以來(lái)，一直使用回爐煤氣加熱，為保證焦炭成熟均勻，標(biāo)準(zhǔn)溫度執(zhí)行機(jī)側(cè)1255℃，焦側(cè)1305℃，空氣過(guò)剩系數(shù)控制在1.30～1.40，機(jī)焦側(cè)廢氣開(kāi)閉器風(fēng)門(mén)開(kāi)度皆為52mm，交換時(shí)間為30min。

此時(shí)對(duì)焦?fàn)t煙氣進(jìn)行測(cè)量分析，1#焦?fàn)t煙道廢氣在O2含量8.14%時(shí)，NOx含量為759mg/m3。2#焦?fàn)t煙道廢氣在O2含量8.86%時(shí)，NOx含量為728mg/m3。兩座焦?fàn)tNOx濃度排放平均值為744mg/m3。兩座焦?fàn)t加熱廢氣的NOx含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了500mg/m3。NOx含量高的主要原因是焦?fàn)t加熱使用焦?fàn)t煤氣。焦?fàn)t煤氣和空氣在高溫燃燒條件反應(yīng)生產(chǎn)NO，而焦?fàn)t煙氣中NOx主要以NO的形式存在，最初排放的NOx中NO約占95%，NO2為5%左右。但是NO在大氣中極易與空氣中的氧發(fā)生反應(yīng)，緩慢轉(zhuǎn)化成NOx。研究證明，采用焦?fàn)t煤氣加熱時(shí)，燃燒過(guò)程產(chǎn)生NO的形成機(jī)理主要與焦?fàn)t立火道燃燒溫度、空氣過(guò)剩系數(shù)有關(guān)，焦?fàn)t立火道溫度達(dá)到1300℃即可產(chǎn)生大量NO，而立火道溫度越高、空氣過(guò)剩系數(shù)越大，則NO生成濃度越高。

3 解決問(wèn)題途徑

降低焦?fàn)t加熱廢氣中NOx含量有下面幾個(gè)途徑。

1）降低標(biāo)準(zhǔn)火道溫度：由于采用焦?fàn)t煤氣加熱，這就決定了在使用同樣標(biāo)準(zhǔn)溫度的情況下，其加熱廢氣中NOx含量會(huì)遠(yuǎn)高于使用高爐煤氣加熱的焦?fàn)t，主要原因在于焦?fàn)t煤氣加熱時(shí)的火力比較集中，充分的煤氣燃燒導(dǎo)致立火道火焰溫度較高，NO生產(chǎn)量較大。因此，在保證焦炭成熟的前提下，盡量控制較低的火道溫度。由于有干熄焦系統(tǒng)，因此，焦炭在焦?fàn)t煉焦不能過(guò)火，可以略微生熟些，但是出焦時(shí)，也應(yīng)符合環(huán)保要求。同時(shí)從爐溫控制方面通過(guò)提高爐溫三大系數(shù)（K均、K橫、K爐頭）在在0.95以上。特別是提高爐頭溫度，以此為基礎(chǔ)降低標(biāo)準(zhǔn)溫度，經(jīng)過(guò)不過(guò)實(shí)踐摸索，標(biāo)準(zhǔn)溫度有投產(chǎn)時(shí)的機(jī)焦側(cè)1255/1305℃調(diào)整至1240/1290℃。如表1所示。

表1 不同標(biāo)準(zhǔn)溫度對(duì)應(yīng)的煙氣NOx濃度

通過(guò)表1可以看出，在降低標(biāo)準(zhǔn)溫度的同時(shí)NOx濃度發(fā)生了明顯的變化，降低標(biāo)準(zhǔn)溫度，使立火道的溫度降低，減少了NOx的產(chǎn)生，降低標(biāo)準(zhǔn)溫度是降低NOx濃度的措施之一。

2）控制合適的空氣過(guò)剩系數(shù)，控制煙道廢氣最低的O2含量。所以煤氣加熱盡量控制O2含量，不斷優(yōu)化空氣過(guò)剩系數(shù)，合理調(diào)整廢氣開(kāi)閉器風(fēng)門(mén)開(kāi)度。風(fēng)門(mén)機(jī)側(cè)由52mm調(diào)整至46mm，焦側(cè)52mm調(diào)整至46mm，煙道吸力控制在：機(jī)側(cè)185Pa，焦側(cè)195Pa。同時(shí)對(duì)全爐燃燒情況進(jìn)行跟蹤，對(duì)煤氣過(guò)剩火道適當(dāng)進(jìn)行更換小孔板、安插鋼筋棍的形式降低煤氣量，充分保證爐溫均勻。調(diào)整后，焦?fàn)t空氣過(guò)剩系數(shù)由1.30～1.40降至1.15～1.20使整體煙道系統(tǒng)氧含量由8.5%降至7%左右。如表2所示。

表2 不同風(fēng)門(mén)對(duì)應(yīng)得空氣過(guò)剩系數(shù)

通過(guò)表2可以看出，在調(diào)節(jié)廢氣盤(pán)進(jìn)風(fēng)門(mén)開(kāi)度的同時(shí)，煙氣中O2含量和NOx濃度都相對(duì)降低，減少了NOx的產(chǎn)生，因此可以得出煙氣O2含量與NOx濃度有所關(guān)聯(lián)。

3）穩(wěn)定焦?fàn)t交換過(guò)程，焦?fàn)t生產(chǎn)中，由于焦?fàn)t煙道氣中NOx隨焦?fàn)t液壓交換機(jī)的操作周期性波動(dòng)，往往在交換末期煙氣中 NOx波峰瞬時(shí)值較大，如果長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有交換會(huì)造成NOx異常高。煤氣交換設(shè)備是改變焦?fàn)t加熱系統(tǒng)氣體方向的設(shè)備和傳動(dòng)裝置。每次交換要經(jīng)歷3個(gè)基本過(guò)程，即煤氣關(guān)閉、空廢氣交換、煤氣打開(kāi)，而廢氣角輪作為加熱系統(tǒng)的主要設(shè)備之一，它的運(yùn)行是否良好，直接影響加熱系統(tǒng)能否正常運(yùn)行。為此通過(guò)改進(jìn)廢氣角輪及防止廢氣鏈條彈跳進(jìn)行改進(jìn)。

（1） 對(duì)原有廢氣角輪軸承進(jìn)行改型，更換適用于徑向載荷較大的軸，具有調(diào)心性能。

（2）設(shè)計(jì)安裝焦?fàn)t廢氣拉條交換過(guò)程角輪和鏈條跳齒的處理裝置，該裝置可防止廢氣拉條阻力過(guò)大造成角輪和鏈條跳齒，杜絕空氣廢氣交換不到位的現(xiàn)象，保證廢氣系統(tǒng)的正常運(yùn)行，保證焦?fàn)t正常加熱。

4）降低焦?fàn)t串漏：焦?fàn)t串漏越多，廢氣中的NOx含量增加。主要原因是荒煤氣中的NH3進(jìn)入燃燒系統(tǒng)被氧化為NOx。可降低集氣管壓力控制值，減少炭化室系統(tǒng)與燃燒室系統(tǒng)壓差。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，集氣管壓力由開(kāi)工投產(chǎn)時(shí)的160Pa調(diào)整至140Pa，當(dāng)集壓140Pa時(shí)即可保證炭化室底部微正壓控制，其目的是防止空氣由爐外進(jìn)入爐內(nèi)，減少焦?fàn)t爐體串漏，又可保證焦炭結(jié)焦末期焦炭成熟均勻。

5）修改焦?fàn)t交換時(shí)間，由于采用焦?fàn)t煤氣加熱的焦?fàn)t一般交換時(shí)間為30min。但是焦?fàn)t煙氣中的NOx含量隨焦?fàn)t換向加熱周期性波動(dòng)，煙氣中 NOx的波峰和波谷差值較大，波峰瞬時(shí)值能夠達(dá)到800mg/m3。為此由原來(lái)每30min交換改為每20min交換，在降低波峰值、提高波谷值的同時(shí)，兩者的差值越來(lái)越小。調(diào)整后波峰瞬時(shí)值為680mg/m3，降低效果明顯。

4 優(yōu)化效果指標(biāo)

在周轉(zhuǎn)時(shí)間24h的情況下，通過(guò)降低標(biāo)準(zhǔn)溫度，由原來(lái)的1255/1305℃降至1240/1290℃。優(yōu)化廢氣盤(pán)風(fēng)門(mén)開(kāi)度控制在機(jī)側(cè)46mm，焦側(cè)46mm，分煙道吸力控制在機(jī)側(cè)185Pa，焦側(cè)195Pa，空氣過(guò)剩系數(shù)控制在1.15～1.2，煙氣氧含量控制在7%左右。交換時(shí)間由原來(lái)的30min調(diào)整至20min，集氣管壓力由160Pa調(diào)至140Pa后。并且穩(wěn)定了焦?fàn)t交換過(guò)程，杜絕交換不到位的現(xiàn)象。調(diào)整后，焦炭成熟均勻，加熱制度穩(wěn)定，煙氣NOx排放濃度降低，實(shí)現(xiàn)了降低焦?fàn)t煙氣NOx的最大優(yōu)化，構(gòu)建了新型7m焦?fàn)t加熱制度。

優(yōu)化后，使焦?fàn)t煙氣NOx濃度從根源得到有效控制，由之前的744mg/m3降至522mg/m3。實(shí)現(xiàn)了后續(xù)脫硝凈化的煙氣NOx濃度低于 100mg/m3的目標(biāo)。為同行業(yè)實(shí)現(xiàn)7m焦?fàn)t煙氣NOx污染物排放濃度的控制提供借鑒意義。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)實(shí)施優(yōu)化焦?fàn)t加熱制度，反復(fù)調(diào)節(jié)廢氣盤(pán)進(jìn)風(fēng)門(mén)蓋板開(kāi)度，不斷校正機(jī)焦側(cè)吸力，降低標(biāo)準(zhǔn)溫度，穩(wěn)定焦?fàn)t系數(shù)。并且改進(jìn)焦?fàn)t交換設(shè)備，保證了焦?fàn)t的正常交換過(guò)程。最終在保證焦炭成熟的情況下，實(shí)現(xiàn)了7m焦?fàn)t加熱制度的最優(yōu)化，降低了噸焦煤氣消耗，符合焦?fàn)t精細(xì)化管理的生產(chǎn)理念。