焦炉烟气排放及影响因素探究

陈明明

山西焦化股份有限公司焦化厂 山西临汾 041606

1 焦炉烟道废气烟气现状

现阶段我国的焦化工业虽然有了极大的发展和进步，焦炉生产日益大型化，即便是应用了多种煤气脱硫净化以及废水处理、除尘技术，但是对焦炉烟道烟气排放治理仍有不足。当前我国采用的废气循环加热焦炉，在煤气燃烧后从烟囱排出的氮氧化物在600mg/m3-900mg/m3，而采用废气循环加多段加热组合治理技术，利用高炉煤气加热可以有效的控制废气中含有的氮氧化物含量低于500mg/m3，采用焦炉煤气加热，燃烧废气中的氮氧化物低于800mg/m3。因此改善传统的烟气治理技术是十分必要的[1]。

2 焦炉烟气的生成

焦炉加热燃料气主要是焦炉煤气或高炉煤气，使用焦炉煤气作为焦炉燃料气与高炉煤气相比，焦炉煤气可燃成分多、热值高且具高氢低一氧化碳的特点，燃烧时焦炉煤气扩散速度快，燃烧充分，燃烧温度高，极利于NOx的生成。

焦炉煤气成分因配合煤煤质、生产负荷、炉顶空间温度、焦炉密封性以及煤气净化等因素变化而变化。

3 焦炉烟气影响因素及排放规律

3.1 燃烧温度及空气过剩系数

使用焦炉煤气为燃料气炼焦时一般空气过剩系数控制在α=1．2～1．25。α过低促进NOx生成的同时可能造成燃烧不完全而引发安全隐患，α过高烟气量大幅增加，焦炉高向加热水平降低，焦炉热效率降低的同时增加后续脱硫脱硝负荷。

在实际生产中随生产负荷变化，立火道标准温度控制相差100℃以上，但立火道温度均在1200℃以上，处于NOx激烈生成的温度期间，温度越高热力型NOx的生成大幅上升。据统计，NOx随着生产负荷的提升而增加。空气过剩系数对NOx的影响，在同等负荷条件下随空气过剩系数增加首先增加随后降低，生产中通过机焦侧分烟道或烟气在线CEMS氧含量趋势判断空气过剩系数，以便及时作出调整。

焦炉烟气中NOx、SO2、颗粒物等的高低需与烟气中氧含量关联看待，氧含量除了影响NOx的生成，空气过剩系数过大或烟道、封墙等吸入空气都会造成烟气被稀释，不能真实反应焦炉烟气，烟气基准氧含量确定已是必然。基准氧含量能更加客观地反应和评判焦炉烟气污染因子，并有利于焦炉烟气的综合治理[2]。

3.2 燃料气组成

（1）含氮组分。经净化焦炉煤气中对NOx生成的主要是NH3、HCN、吡啶（C5H5N）、喹啉（C9H7N）等含氮组分，这些组分在燃烧过程中以燃料型机理生成NOx，通常情况下α均大于1，有助于燃料型NOx的生成。当净化后焦炉煤气正常工况下ρ（NH3）＜30mg/m3、ρ（HCN）＜30mg/m3时，其生成的NOx不超过50mg/m3，对焦炉烟气影响有限，但若净化不完全致使焦炉煤气中NH3、HCN等含氮物超标，将促使焦炉烟气中NOx升高。如NH3和HCN质量浓度都达到300mg/m3以上时，按转化率50%计算，其NOx较正常组分下上升约40mg/m3，若存在串漏或回炉煤气指标严重超标，按照含氮5g/m3计算，烟气中氮氧化物将直接上升约400mg/m3。

（2）含硫组分。经净化焦炉煤气中H2S及COS、噻吩等有机硫，对于烟气中SO2的生成较为明确且有机硫仅占无机硫的10%左右。因此，烟气中SO2的含量主要与燃料中H2S及焦炉泄漏率大小关系密切。生产中应密切关注煤气中H2S乃至有机硫的变化情况，及时调整，同时可通过交换期间烟气中SO2出现的最低值大小间接性判断焦炉泄漏率。生产中因串漏，尤其是集气管压力超标和配合煤硫含量等，焦炉烟气中的SO2将成倍增加，同时颗粒物含量也会有所增加。为此，降低焦炉泄漏率，稳定集气管压力以及分烟道吸力等对于SO2的源头控制尤为重要。

4 焦炉烟气的治理

4.1 源头治理

炼焦生产中影响焦炉烟气的因素众多，并且在生产过程中存在多重因素叠加的现象，致使焦炉烟气NOx、SO2等经常出现大幅波动，但这些表面规律性波动，其实质是NOx、SO2等的生成机理和影响因素。准确把控NOx、SO2的生成机理及影响因素是源头治理焦炉烟气的关键。在生产过程中应从内外部削弱和消除这些影响，维持生产平稳。若两座及以上焦炉共用一套烟气脱硫脱硝装置，应避开周期性波动可能造成的对烟气污染因子的叠加效应，才能促使焦炉烟气成分的相对稳定和低浓度排放，为后续脱硫脱硝创造有利条件[3]。

4.2 末端治理

由于炼焦生产定期交换等特殊性，造成焦炉烟气成分的周期性波动，以稳定焦炉烟气为核心的源头烟气治理和顺应烟气排放规律为辅的脱硫脱硝周期性小幅度缓慢调控是焦炉烟气末端治理的常态。进入脱硫脱硝前设置CEMS在线分析对于及时发现烟气变化极为有效，并能够预先进行调控。作为脱硫脱硝这一焦炉烟气末端治理装置而言，对于把控焦炉烟气排放规律并指导其调控能够起到良好的效果。借助于对排放规律的掌控和对影响因素变化的预先调控是最终实现焦炉烟气达标排放和降低能耗的有效途径。

5 结语

随着焦炉烟气排放标准的日趋严格，目前低氮燃烧技术以及焦炉烟气脱硫脱硝分别从氮氧化物的源头治理和末端治理均取得一定效果，但焦炉烟气中NOx成因复杂，影响因素众多，生产过程中波动较大，增加后续脱硫脱硝操控难度。为保证排放指标的达标排放，生产中脱硫脱硝调整极其频繁，调整稍有滞后就造成排放指标超标或使脱硫脱硝物耗增加，甚至增加氨逃逸。焦炉生产中烟气排放与烟气治理间矛盾突出。