探討降低焦爐煙囪氮氧化物排放措施

張俊元 張瑤 魯飛

摘 要：近年來，隨著國家環保工作的不斷升級加碼，給傳統的焦爐生產企業帶來了巨大的環保生存挑戰。氮氧化物是焦化生產過程中最為主要的外排氣體，也是造成大氣污染的主要污染物之一。隨著經濟發展，我國氮氧化物的排放量正在逐年增加，嚴重地污染了環境空氣，國家對此也越來越重視，環保要求也越來越高。焦爐煙囪氮氧化物的排放指標是否合格，則關乎著焦化企業是否能夠繼續生存和發展。本文重點闡述焦爐煙囪煙氣氮氧化物排放的幾點措施。

關鍵詞：焦爐煙囪;氮氧化物;排放

焦化企業氮氧化物污染物主要通過焦爐燃燒過程產生，主要由NO和NO2組成。根據科學實驗研究，幾乎所有的氮氧化物對人類都是有毒的，人體直接吸入會引起各種呼吸道疾病;氮氧化物和紫外線的融合會形成光化學污染，使得人的眼睛被灼燒;水和氮氧化物結合生成的酸雨還會對植物、土壤等造成不同程度的損害。因此，在焦爐燃燒過程中，必須對氮氧化物的排放進行嚴格控制。國家標準《煉焦化學工業污染物排放標準》要求：一般地區500mg/Nm3，重點地區：150mg/Nm3。

一、焦爐煙氣脫硝技術的應用現狀

國內焦爐煙氣脫硝技術主要分為選擇性催化還原法、選擇性非催化還原法、液體吸收法、吸附法。其中，選擇性催化劑還原（SCR）法是使用還原劑（氨），利用催化劑使NOx還原成氮氣和水。選擇性非催化還原SNCR是在某種溫度下廢氣中的NO被液氨等還原劑還原為氮氣，此方法要求溫度較高、燃料較多，需增加熱量回收系統，故投資大、應用少。液體吸收法則使用水或堿性溶液來吸收廢氣中的NO，達到綜合利用的目的。固體吸附法則是利用固態吸附劑吸附廢氣中的NO，在特定條件下脫除NO，使吸附劑再生回用，此方法凈化NO效率最高，且能回收一定量NO。以上四種脫硝技術中，目前控制NOx排放技術最有效、使用最廣泛的方法則是選擇性催化劑還原（SCR）法。

二、焦爐煙氣SCR脫硝工程使用實例

陜焦化工有限公司，是陜西省最早的焦化廠。經過51年的發展，目前公司控參股公司產能已經接近1000萬噸，占陜西省焦炭產能2/3左右。陜焦本部公司焦爐在焦爐煙氣脫硝工程中采取選擇性催化還原（SCR）法去除煙氣中NOx。還原劑采用純凈氨水（質量濃度20%），由氨水槽車運送，并利用卸氨泵將氨水輸送至氨水儲罐內。氨水儲罐中的氨水通過計量泵輸送到氨水蒸發器內，與稀釋風機鼓入的熱空氣混合后，一起進入氨噴射系統。在SCR入口煙道處，噴射出的氨氣和來自焦爐的煙氣混合后進入SCR反應器，通過催化劑進行脫硝反應，最后通過引風機進入焦爐煙囪，達到脫硝目的。整套脫硝裝置主要分為SCR反應區、氨水蒸發供應區、氨水儲存區三個區域。脫硝主要工藝系統包括氨水卸載儲存系統、氨水蒸發稀釋供應系統、氨氣噴射反應系統、配電及集中控制系統等部分。

SCR脫硝化學反應式如下：

4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O

6NO2 + 8NH3? →? 7N2 + 12H2O

6NO + 4NH3? →? 6H2O + 5N2

經過脫硝系統的凈化，來自焦爐260-310℃溫度的煙氣，部分利用稀釋風機輸送到氨水蒸發器，配入一定氨水進行霧化處理后，進入SCR反應器進行催化反應，達到脫硝目的。原廢氣中NO濃度≥1200mg/Nm3，經處理后排放指標控制在≤150mg/Nm3，脫硝率可達87.5%，符合氮氧化物排放要求。

在實際生產過程中，操作人員可通過控制稀釋風機頻率、氨水噴灑量、壓縮空氣量等方法確保氨水蒸發器溫度不低于120℃，這一操作至關重要。通過以上控制，大大延長了脫硝催化劑的使用壽命。

三、降低焦爐煙囪氮氧化物的具體措施

降低焦爐煙囪煙氣氮氧化物具體措施大體分為兩種：第一種即降低焦爐煙囪煙氣氮氧化物的生成量;另一種即降低焦爐煙囪煙氣氮氧化物的排放量。從源頭和產生兩方面著手，減少氮氧化物排放量。

（一）生成量控制

（1）原料煤：煉焦入爐煤是采用氣、肥、焦、瘦等煤種通過一定比例配合成型煤煉焦。不同品種的煤，揮發份含量、氮含量等差異較大。一般情況下揮發份、氮含量較高的煤種生成氮氧化物較多。煤樣細度較細時，揮發份析出速度快，燃燒速度快，增加了煤粉的耗氧速度，產生NOX生成的作用。煤粉細度較粗時，揮發份析出慢，則會減少NOX的生成量。特別是對殘次煤或是著火點較高的煤，這種情況會更顯著，控制適宜煤粉細度可根據焦炭質量和NOX生成量綜合考慮。同樣煤種揮發份中氧氮比越大，NOX轉化率也越高。因此，研究煉焦配煤比、入爐煤質量是降低氮氧化物的一種重要手段。

（2）焦爐材料：傳統的焦爐爐墻使用普通硅磚設計，焦爐燃燒室加熱產生熱量通過傳導、輻射、對流方式供焦爐加熱使用。在生產過程中，焦爐需按一定標準溫度才能確保焦炭的均勻成熟。近年來，國家研發生產出高導熱性新型硅磚，高導性新硅磚可以降低焦爐立火道氣體的燃燒溫度，降低熱力型氮氧化物的生成量。同時這種高導熱性硅磚新型材料應用于新型納微米高輻射覆層技術當中，生產中在炭化室墻的火道上粉刷這種新型材料，可以提高炭化室墻的輻射和熱傳導性，使得焦爐立火道的燃燒氣體的溫度得以降低，進而使得煙囪煙氣氮氧化物生成量減少。因此，使用新材料代替舊材料是降低氮氧化物的又一種可行方法。

（3）焦爐廢氣回配系統：此技術是通過風機將總煙道廢氣抽取并入空氣系統，與空氣一同送入燃燒室進行廢氣二次燃燒。煙道廢氣回配系統可以改善焦爐高向加熱，有利于優化標準溫度，提高爐頂空間溫度，降低爐頂串漏。煙道廢氣回配主要目的是降低燃燒廢氣中氮氧化物的含量，其理論依據為NOX的熱力型生成機理——控制燃燒火焰溫度。從源頭控硝的角度出發，根據NOX的熱力型生成機理，稀釋空氣中的氧含量，減緩燃燒速度，使立火道中火焰拉長，從而降低燃燒廢氣中氮氧化物的含量。目前，此項技術已被廣泛推廣使用。

（二）排放量控制

（1）焦爐加熱過程中，采用低氮燃料工藝。焦爐荒煤氣通過化產回收系統，生產焦爐煤氣回運焦爐正常加熱使用。在化產系統，增加脫氮工藝技術，降低煤氣中的含氮量，從而避免煤氣中大量的氮和氧混合，生成氮氧化物。此外，焦化企業在廢氣處理中，選擇合理的脫硝技術，先將廢氣中的氮氧化物進行有效轉化，生成NO化物和水，再對煙氣進行過濾從而排放。

（2）焦爐脫硝技術的投用雖然給焦爐的氮氧化物排放起到了至關重要的作用。在生產實際中，同樣存在以下問題，焦爐加熱系統的火焰燃燒情況、焦爐煙道溫度控制、蒸氨效果差異、脫硝塔催化劑的催化效果等也直接制約企業氮氧化物的排放是否達標。所以，今后的脫硝技術發展研究重在新型高、低溫催化劑的研究推廣和焦爐生產實際加熱廢氣排放指標的控制。

四、結束語

焦爐廢氣指標排放達標是焦化生產企業共同面對的難題。隨著環保工作的進一步推進和深化，氮氧化物排放要求將越來越嚴格。只有不斷學習新技術、發展新技術、應用新技術，這樣才能使得企業實現高質量發展。

參考文獻：

[1]管理與技術學習平臺-技術文庫，降低焦爐煙囪煙氣氮氧化物措施淺談，文檔編號31808242。

[2]劉新蕾， 肖鐘如， 張靖一， 趙振峰， 降低焦爐煙氣NOX排放量的前端治理技術原理，煤化工999咨詢，2017。