焦炉源头控硝与优化加热技术的研究

李鑫罡

摘 要：在我国社会经济快速发展的同时，环境污染程度逐渐加重，尤其是雾霾天气，严重危害到人们的身体健康，所以当下必须要采取有效的措施保护环境，雾霾天气的形成主要是二氧化氮和氮氧化物，而这两种气体的主要来源于焦化工业，目前针对二氧化氮和氮氧化物治理方法主要通过焦炉烟气脱销技术、前端治理技术和末端治理技术上，但是末端治理技术具有一定的局限性，尤其是长期使用，会降低催化剂效率，导致氨得不到有效的处理，造成二次污染。氮氧化物主要由焦炉加热导致，且焦炉烟道烟气中含有大量的氮氧化物，可通过氮氧化物形成的机理，控制焦炉温度，优化焦炉燃烧气氛，实现从焦炉源头控硝。本文主要从焦炉源头控硝的方法进行研究，优化焦炉燃烧气氛和焦炉温度系统，从而实现降低焦炉烟气氮氧化物的含量。

关键词：焦炉；控硝；加热技术

随着我国焦化工业高速发展，为我国钢铁工业的发展提供了强大的支撑，并推动了钢铁工业的发展。焦炉炼焦是焦化工业的核心，在生产过程中，不仅生产出焦炭，还生产出大量的荒煤气和焦油，同时也会排放出大量的废气污染物，尤其是二氧化硫和氮氧化物。其中的氮氧化物属于高危害气体，并具有毒性，且污染范围广，加大了我国的雾霾程度，同时还会形成酸雨。所以焦化工业必须要认识到焦炉烟道烟气的危害性，烟气治理的重要性，只有减少废物污染物的排放量，才能促进焦化工业的健康发展。

一、焦炉烟气中氮氧化物的产生机理与脱销技术

（一）焦炉烟气中氮氧化物的产生机理

在焦炉炼焦过程中，会产生大量的氮氧化物，且生成机理比较复杂、含量高。氮氧化物的生成量主要与加热方式决定，在燃烧过程中产生的大量的一氧化氮和二氧化氮，根据燃烧条件和生成方式不同，可生成出快速性氮氧化物、燃料型氮氧化物、热力型氮氧化物。快速性氮氧化物主要因氧气不足，碳氢系燃料用于混合燃烧时在火焰内部形成的；烧料性氮氧化物，在燃气燃烧过程中，含氮化合物主要是通过一系列化学反应后转化成氮氧化物；温度热力型氮氧化物主要是由焦炉火道温度决定，另外还与加热过程中的烟气和氧气含量，并且在高温区逗留时间有着直接的联系[1]。

（二）焦炉烟气中氮氧化物的脱销技术

目前针对焦炉氮氧化物治理技术主要使用前端治理技术和焦炉尾气末端治理，目前主要使用末端治理技术来降低烟气中的氮氧化物，前端治理技术主要使用源头控硝技术。末端治理技术也就是烟气脱销技术，其原理就是通过化学反应，实现对烟气中的氮氧化物进行有效控制，烟气脱销技术有两种：湿法脱销和干法脱销，干法脱销包括活性炭法、选择性非催化脱销、选择性错话脱销等等；湿法脱销主要是用水吸收和溶解烟气中的氮氧化物，包括碱吸收法和酸吸收法。

焦炉前端氮氧化物治理技术主要有低氮燃烧技术，主要是采取有效的措施来降低氮氧化物的生成量，目前的治理技术包括低氮燃烧器、再燃烧技术和有空气分级加热燃烧，且主要运用到热风炉和燃煤锅炉中。

低氮燃烧技术主要包括分段加热技术和废气循环技术，但是这两种技术在我国的捣固焦炉来说无法使用，且氮氧化物含量高。为了降低焦炉烟气中氮氧化物，可通过改变燃料成分、控制燃烧温度的方式，实现降低氮氧化物的含量。

（三）焦炉源头控硝技术

氮氧化物主要是在焦炉加热过程中产生，且属于高温热力型氮氧化物，主要是由立火道燃烧区的高温以及氧气含量决定，另外焦炉烟气还有炉体串漏出来的氮氧化物，要想降低氮氧化物，只有从焦炉加热的源头上进行控制，通过优化焦炉燃烧气氛和焦炉温度控制系统[2]。焦炉源头控硝具体方法是利用焦炉温度综合控制系统，通过系统调节燃烧、火落管理、焦饼表面温度、直行温度，从而实现降低空气过剩系数、去除高低温号、稳定炉温和优化焦炉标准温度，这样可以大大降低焦炉烟气中的氮氧化物含量。

二、焦炉火道温度控制与抑制氮氧化物的生成

该系统的特征有大时滞后、非线性和多变量等，其中最重要的工艺参数是标准温度，标准温度是调节煤气流量调节和主管压力调节重要依据，通过测算出标准温度的偏差和人工测温的平均温度，从而得出调节量的大小。所以调节量的准确性将直接由标准温度和人工测温的精确度决定。如果标准温度过高，那么就会导致烟气中氮氧化物含量上升[3]。

由于焦炉温度控制系统是否稳定，是受外界因素影响，确保系统的稳定性必须要通过精确的数学模型，将各种干扰条件考虑到其中。焦炉生产过程中最大的难题在于对立火道温度的控制，主要是因为焦炉对象有强非线性、焦炉煤气燃烧过程会有大的滞后性、生产工艺参数不容易测量、焦炉生产过程易受外界干扰。

三、焦炉温度综合控制与源头控硝系统

（一）焦饼表面温度测量系统

焦炭是否成熟主要是通过焦饼中心温度确定，同时焦饼中心温度还能反应出横排加热性能和高向加热性能。焦饼中心温度测量方法主要有两种，一种是把热电偶插入钢管内，再把钢管插入装煤孔中测量；另外一种是利用便携式红外测温仪测量焦炭表面的温度，必须是刚出焦的，然后计算出焦饼中心温度。这两种测量方法准确度较差，需要消耗大量的劳动力[4]。通常情况下焦炭表面要比焦饼中心温度高30℃，那么就可以通过测量焦炭表面温度，并连续性测量焦饼表面温度，从而计算出焦饼中心温度。根据焦饼表面温度趋势，来判断焦炭成熟度、横排性能和高向性能，然后操作人员就可以适当控制焦炭上下之间的温度差，确保温度在合理的范围内。这样焦炭从下到上成熟度比较均匀，通过加热的方式来降低标准温度，那么立火道燃烧就不会出现高温区，那么氮氧化物的生产也会相应减少。

（二）火落管理系统的应用

在焦炉的桥管中部的位置开孔安装热电偶，并用补偿导线连接，将信号传递到控制系统中，然后系统形成对应的温度曲线。这样可以清晰看到每个炭化室内荒煤气温度变化情况，然后根据温度变化情况计算出焦炭成熟度、焖炉时间和焦炭的火落时间，这种判断比较精确，且方便简洁。也存在只对单个炭化室的温度进行判断，判断是否存在高低温号，使工作人员有目标的调节炭化室高低温号，确保所有的炭化室溫度相对比较均匀，这样能够大大降低标准温度，并减少氮氧化物的产生[5]。

（三）焦炉优化燃烧系统

焦炉优化燃烧包括三个重要的部分，分别是使用便携式烟气分析仪，分析每一个火道，并检测燃烧效率，确认燃烧是否均匀性，并为工作人员调节提供了指导；在每一份分烟道上安装氧化锆，控制和监测废气中含氧量；通过焦饼表面温度曲线和火落曲线数据进行优化调节[6]。其中最重要的参数就是空气过剩系数，控制在1.05-1.15之间，含氧量控制在2-5之间。这样不仅可以拉长火焰高度，提高高向加热均匀性，还能减少立火道燃烧高温区废气含氧量，实现对氮氧化物的有效控制。

结语

综上所述，本文主要利用焦炉源头控硝技术，根据氮氧化物生成机理，利用优化加热技术来控制氮氧化物的生成量，并改善焦炉加热性能，优化焦炉燃烧气氛，从而大大降低氮氧化物的生产，减少氮氧化物的排放量。

参考文献：

[1]李小雷.焦炉自动加热技术在烟道气控硝上的应用[J].河南冶金，2017，25（3）：48-51.

[2]李双娟.焦炉氮氧化物生成机理及低氮脱硝技术研究[J].中氮肥，2017，（3）：71-74.

[3]王甘霖，吴家珍，梁波， 等.脱硫脱硝装置对焦炉加热系统的影响[J].燃料与化工，2018，49（6）：34-36.

[4]陈树宏，迟法铭.浅析高炉煤气温度变化对焦炉加热系统的影响[J].包钢科技，2018，44（5）：21-23.

[5]席铁峰.焦炉自动测温、自动火落判断、自动加热系统应用[J].中小企业管理与科技，2015，（25）：209-209.

[6]李树华.焦炉烟气脱硫脱硝余热回收一体化研究应用[J].燃料与化工，2019，50（1）：48-51.