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(shí)6 m焦?fàn)t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?fàn)t使用焦?fàn)t煤氣加熱，分析認(rèn)為，空氣過剩系數(shù)、加熱換向間隔時(shí)間、加熱溫度等影響煙氣中氮氧化物濃度，通過熱工調(diào)節(jié)，縮小風(fēng)門降低機(jī)焦兩側(cè)空氣過剩系數(shù)至1.12、1.08，換向時(shí)間由30 min調(diào)整到20 min，標(biāo)準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)了達(dá)標(biāo)排放。但在結(jié)焦時(shí)間較短，標(biāo)準(zhǔn)溫度較高時(shí)，焦?fàn)t熱工調(diào)節(jié)對(duì)氮氧化物濃度作用較小。

焦?fàn)t；煙氣；氮氧化物；空氣過剩系數(shù)；換向間隔；標(biāo)準(zhǔn)溫度

《山東省區(qū)域性大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)焦?fàn)t煙氣污染物排放濃度限值進(jìn)行了明確規(guī)定，其中，該標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定第三時(shí)段焦?fàn)t氮氧化物排放限制為500 mg/m3。使用焦?fàn)t煤氣作為加熱煤氣的焦?fàn)t，由于加熱溫度較高，在未進(jìn)行煙氣脫硫脫硝改造時(shí)，煙氣氮氧化物實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放的難度較大。

山鋼股份萊蕪分公司焦化廠6#焦?fàn)t為55孔6 m焦?fàn)t，使用焦?fàn)t煤氣加熱，在正常加熱過程中，煙氣氮氧化物含量波動(dòng)較大，部分時(shí)段瞬時(shí)值超過500 mg/m3的排放限制。為保證煙氣氮氧化物達(dá)標(biāo)排放，6#焦?fàn)t進(jìn)行了一系列熱工調(diào)節(jié)，煙氣氮氧化物含量逐步降低，最終實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定達(dá)標(biāo)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(shù)的影響

通過焦?fàn)t燃燒過程中NO的生成機(jī)理［1］可以看出，在加熱溫度及焦?fàn)t煤氣一定的情況下，適當(dāng)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(xiàn)在空氣過剩系數(shù)高低。焦化行業(yè)普遍認(rèn)可燒焦?fàn)t煤氣的焦?fàn)t空氣過剩系數(shù)應(yīng)控制在1.20～1.25，在此范圍內(nèi)，煤氣燃燒比較充分，空氣過剩系數(shù)過低，燃燒不充分，煤氣過剩，而空氣系數(shù)過高，廢氣量較大，帶走的熱量較多［2］。但在控制煙氣NO時(shí)，充分的煤氣燃燒導(dǎo)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(shù)加熱試驗(yàn)及查閱相關(guān)資料，找出了空氣過剩系數(shù)與氮氧化物的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如圖1所示。

由圖1可以看出，空氣過剩系數(shù)在1.0時(shí)，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(shù)的增加，氮氧化物含量快速升高，在1.10～1.25之間時(shí)，煙氣氮氧化物超過550 mg/m3；當(dāng)空氣過剩系數(shù)超過1.25時(shí)，火焰燃燒充分，氮氧化物含量較高，但由于空氣量增加導(dǎo)致廢氣量增加，氮氧化物濃度出現(xiàn)下降趨勢(shì)，但含量仍＞550 mg/m3。

圖1 氮氧化物濃度與空氣過剩系數(shù)變化關(guān)系

1.2 焦?fàn)t加熱換向間隔時(shí)間的影響

熱力型氮氧化物的生成與高溫?zé)煔庠诟邷貐^(qū)停留時(shí)間有一定的關(guān)系，換向周期長(zhǎng)短，直接影響煙氣在高溫區(qū)的停留時(shí)間［3］。在換向間隔時(shí)間為30 min時(shí)，兩個(gè)換向氮氧化物變化趨勢(shì)見圖2、圖3。

圖2 正向交換后氮氧化物變化趨勢(shì)

圖3 反向交換后氮氧化物變化趨勢(shì)

由圖2、圖3可以看出，在交換后3 min左右，氮氧化物含量達(dá)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(dòng)。

1.3 焦?fàn)t加熱溫度的影響

由熱力型氮氧化物生成機(jī)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(jié)焦時(shí)間為20 h時(shí)對(duì)溫度變化與氮氧化物生成量的關(guān)系進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，見表1。

表1 2016年3月監(jiān)測(cè)的溫度變化與氮氧化物生成量

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

表2 氮氧化物濃度與立火道溫度的關(guān)系

2 焦?fàn)t熱工調(diào)節(jié)控制措施

2.1 縮小風(fēng)門，降低空氣過剩系數(shù)

為降低焦?fàn)t空氣過剩系數(shù)，2016年3月24日對(duì)6#焦?fàn)t廢氣開閉器風(fēng)門開度進(jìn)行調(diào)整，由機(jī)側(cè)110 mm調(diào)整到60 mm，焦側(cè)由130 mm調(diào)整到80 mm，同時(shí)將煙道吸力控制在機(jī)側(cè)155 Pa、焦側(cè)165 Pa。為保證燃燒系統(tǒng)無煤氣大量過剩立火道，同時(shí)對(duì)全爐燃燒狀況進(jìn)行檢查，對(duì)煤氣過剩立火道適當(dāng)降低供給煤氣量，保證加熱安全，并對(duì)高低溫爐號(hào)進(jìn)行治理，保證爐溫均勻。調(diào)整到位后，機(jī)焦兩側(cè)空氣過剩系數(shù)分別為1.12、1.08。調(diào)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(shù)調(diào)節(jié)前后氮氧化物濃度變化

2.2 縮短焦?fàn)t換向時(shí)間

空氣過剩系數(shù)降低后，焦?fàn)t高向加熱狀況得到改善，也為縮短焦?fàn)t換向時(shí)間提供了保障。所以，為保證換向周期內(nèi)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(shí)間由30 min調(diào)整到20 min。調(diào)整后氮氧化物含量降低，分鐘值最高在500 mg/m3左右波動(dòng)，最低達(dá)到300 mg/m3以下，見圖4、圖5。

圖4 調(diào)整后正向交換后氮氧化物變化趨勢(shì)

圖5 調(diào)整后反向交換后氮氧化物變化趨勢(shì)

2.3 降低焦?fàn)t標(biāo)準(zhǔn)溫度

由于焦?fàn)t標(biāo)準(zhǔn)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(duì)6#焦?fàn)t焦餅中心溫度進(jìn)行了測(cè)量，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)溫度進(jìn)行優(yōu)化。在保證焦餅均勻成熟的前提下，將標(biāo)準(zhǔn)溫度由1 245/ 1 295℃降至1 235/1 285℃，調(diào)節(jié)完成后，焦?fàn)t煙氣氮氧化物由471 mg/m3降低至440 mg/m3左右，實(shí)現(xiàn)了達(dá)標(biāo)排放，見表4。

表4 加熱制度調(diào)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?fàn)t結(jié)焦時(shí)間對(duì)焦?fàn)t熱工的影響較大，在生產(chǎn)負(fù)荷較大，結(jié)焦時(shí)間較長(zhǎng)的情況下，焦?fàn)t加熱溫度較高，相關(guān)的熱工調(diào)節(jié)要求也更高，此時(shí)煙氣氮氧化物濃度達(dá)標(biāo)排放難度較大。

1）在結(jié)焦時(shí)間20 h時(shí)，通過優(yōu)化調(diào)節(jié)風(fēng)門開度控制在機(jī)側(cè)60 mm、焦側(cè)80 mm，煙道吸力控制在機(jī)側(cè)155 Pa、焦側(cè)165 Pa，煤氣壓力一般控制在1 000 Pa以內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)溫度控制在1 235/1 285℃，換向間隔時(shí)間由30 min調(diào)整為20 min，煙囪基本無冒黑煙現(xiàn)象，氮氧化物達(dá)標(biāo)排放。從全爐立火道含氧量來看，空氣過剩系數(shù)仍然有可下調(diào)空間，考慮到6#焦?fàn)t斜道堵塞現(xiàn)狀不再對(duì)空氣過剩系數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

2）在結(jié)焦時(shí)間由20 h至19.5 h調(diào)整過程中，在保證焦炭正常成熟的前提下，通過調(diào)節(jié)機(jī)焦側(cè)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(fēng)門開度未作調(diào)整，煙囪冒黑煙現(xiàn)象有所增加，氮氧化物排放達(dá)標(biāo)。

3）在結(jié)焦時(shí)間調(diào)整到19.5 h后，通過測(cè)量焦餅中心溫度，標(biāo)準(zhǔn)溫度由1 235/1 285℃調(diào)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(diào)至160/170 Pa，氮氧化物日均值達(dá)標(biāo)，但部分時(shí)段出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象，煙囪冒黑煙嚴(yán)重。重新對(duì)風(fēng)門開度進(jìn)行調(diào)節(jié)，由機(jī)側(cè)60 mm、焦側(cè)80 mm調(diào)整至機(jī)側(cè)80 mm、焦側(cè)90 mm，吸力一般控制在機(jī)側(cè)150～155 Pa、焦側(cè)160～165 Pa，煤氣壓力控制在1 050 Pa，氮氧化物達(dá)標(biāo)排放，部分時(shí)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(xiàn)象，部分立火道出現(xiàn)煤氣嚴(yán)重過?，F(xiàn)象所致。

4）在結(jié)焦時(shí)間調(diào)整到19 h后，隨著生產(chǎn)節(jié)奏加快，風(fēng)門開度控制在機(jī)側(cè)80 mm、焦側(cè)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(biāo)準(zhǔn)溫度為1 245/1 295℃，氮氧化物日均值雖然達(dá)標(biāo)但不穩(wěn)定，煙囪冒黑煙嚴(yán)重。此時(shí)通過加熱制度優(yōu)化已無法實(shí)現(xiàn)6#焦?fàn)t氮氧化物的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。

4 結(jié)論

經(jīng)實(shí)際驗(yàn)證，通過控制焦?fàn)t空氣過剩系數(shù)、換向周期和焦?fàn)t標(biāo)準(zhǔn)溫度，6#焦?fàn)t使用焦?fàn)t煤氣加熱時(shí)煙氣氮氧化物含量達(dá)到《山東省區(qū)域性大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》第三時(shí)段排放限制要求。但在結(jié)焦時(shí)間較短，標(biāo)準(zhǔn)溫度較高時(shí)，焦?fàn)t熱工調(diào)節(jié)對(duì)氮氧化物濃度作用較小，無法達(dá)到煙氣氮氧化物的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。

［1］鐘英飛.焦?fàn)t加熱燃燒時(shí)氮氧化物的形成機(jī)理及控制［J］.燃料與化工，2009，40（6）：6-10.

［2］姚昭章.煉焦學(xué)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2005.

［3］嚴(yán)文福，鄭明東.焦?fàn)t加熱調(diào)節(jié)與節(jié)能［M］.合肥：合肥工業(yè)大學(xué)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(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)?，F(xiàn)為山鋼股份萊蕪分公司焦化廠工程師，從事焦?fàn)t工藝控制和環(huán)保管理工作。