探讨降低焦炉烟囱氮氧化物排放措施

张俊元 张瑶 鲁飞

摘 要：近年来，随着国家环保工作的不断升级加码，给传统的焦炉生产企业带来了巨大的环保生存挑战。氮氧化物是焦化生产过程中最为主要的外排气体，也是造成大气污染的主要污染物之一。随着经济发展，我国氮氧化物的排放量正在逐年增加，严重地污染了环境空气，国家对此也越来越重视，环保要求也越来越高。焦炉烟囱氮氧化物的排放指标是否合格，则关乎着焦化企业是否能够继续生存和发展。本文重点阐述焦炉烟囱烟气氮氧化物排放的几点措施。

关键词：焦炉烟囱;氮氧化物;排放

焦化企业氮氧化物污染物主要通过焦炉燃烧过程产生，主要由NO和NO2组成。根据科学实验研究，几乎所有的氮氧化物对人类都是有毒的，人体直接吸入会引起各种呼吸道疾病;氮氧化物和紫外线的融合会形成光化学污染，使得人的眼睛被灼烧;水和氮氧化物结合生成的酸雨还会对植物、土壤等造成不同程度的损害。因此，在焦炉燃烧过程中，必须对氮氧化物的排放进行严格控制。国家标准《炼焦化学工业污染物排放标准》要求：一般地区500mg/Nm3，重点地区：150mg/Nm3。

一、焦炉烟气脱硝技术的应用现状

国内焦炉烟气脱硝技术主要分为选择性催化还原法、选择性非催化还原法、液体吸收法、吸附法。其中，选择性催化剂还原（SCR）法是使用还原剂（氨），利用催化剂使NOx还原成氮气和水。选择性非催化还原SNCR是在某种温度下废气中的NO被液氨等还原剂还原为氮气，此方法要求温度较高、燃料较多，需增加热量回收系统，故投资大、应用少。液体吸收法则使用水或碱性溶液来吸收废气中的NO，达到综合利用的目的。固体吸附法则是利用固态吸附剂吸附废气中的NO，在特定条件下脱除NO，使吸附剂再生回用，此方法净化NO效率最高，且能回收一定量NO。以上四种脱硝技术中，目前控制NOx排放技术最有效、使用最广泛的方法则是选择性催化剂还原（SCR）法。

二、焦炉烟气SCR脱硝工程使用实例

陕焦化工有限公司，是陕西省最早的焦化厂。经过51年的发展，目前公司控参股公司产能已经接近1000万吨，占陕西省焦炭产能2/3左右。陕焦本部公司焦炉在焦炉烟气脱硝工程中采取选择性催化还原（SCR）法去除烟气中NOx。还原剂采用纯净氨水（质量浓度20%），由氨水槽车运送，并利用卸氨泵将氨水输送至氨水储罐内。氨水储罐中的氨水通过计量泵输送到氨水蒸发器内，与稀释风机鼓入的热空气混合后，一起进入氨喷射系统。在SCR入口烟道处，喷射出的氨气和来自焦炉的烟气混合后进入SCR反应器，通过催化剂进行脱硝反应，最后通过引风机进入焦炉烟囱，达到脱硝目的。整套脱硝装置主要分为SCR反应区、氨水蒸发供应区、氨水储存区三个区域。脱硝主要工艺系统包括氨水卸载储存系统、氨水蒸发稀释供应系统、氨气喷射反应系统、配电及集中控制系统等部分。

SCR脱硝化学反应式如下：

4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O

6NO2 + 8NH3  →  7N2 + 12H2O

6NO + 4NH3  →  6H2O + 5N2

经过脱硝系统的净化，来自焦炉260-310℃温度的烟气，部分利用稀释风机输送到氨水蒸发器，配入一定氨水进行雾化处理后，进入SCR反应器进行催化反应，达到脱硝目的。原废气中NO浓度≥1200mg/Nm3，经处理后排放指标控制在≤150mg/Nm3，脱硝率可达87.5%，符合氮氧化物排放要求。

在实际生产过程中，操作人员可通过控制稀释风机频率、氨水喷洒量、压缩空气量等方法确保氨水蒸发器温度不低于120℃，这一操作至关重要。通过以上控制，大大延长了脱硝催化剂的使用寿命。

三、降低焦炉烟囱氮氧化物的具体措施

降低焦炉烟囱烟气氮氧化物具体措施大体分为两种：第一种即降低焦炉烟囱烟气氮氧化物的生成量;另一种即降低焦炉烟囱烟气氮氧化物的排放量。从源头和产生两方面着手，减少氮氧化物排放量。

（一）生成量控制

（1）原料煤：炼焦入炉煤是采用气、肥、焦、瘦等煤种通过一定比例配合成型煤炼焦。不同品种的煤，挥发份含量、氮含量等差异较大。一般情况下挥发份、氮含量较高的煤种生成氮氧化物较多。煤样细度较细时，挥发份析出速度快，燃烧速度快，增加了煤粉的耗氧速度，产生NOX生成的作用。煤粉细度较粗时，挥发份析出慢，则会减少NOX的生成量。特别是对残次煤或是着火点较高的煤，这种情况会更显著，控制适宜煤粉细度可根据焦炭质量和NOX生成量综合考虑。同样煤种挥发份中氧氮比越大，NOX转化率也越高。因此，研究炼焦配煤比、入炉煤质量是降低氮氧化物的一种重要手段。

（2）焦炉材料：传统的焦炉炉墙使用普通硅砖设计，焦炉燃烧室加热产生热量通过传导、辐射、对流方式供焦炉加热使用。在生产过程中，焦炉需按一定标准温度才能确保焦炭的均匀成熟。近年来，国家研发生产出高导热性新型硅砖，高导性新硅砖可以降低焦炉立火道气体的燃烧温度，降低热力型氮氧化物的生成量。同时这种高导热性硅砖新型材料应用于新型纳微米高辐射覆层技术当中，生产中在炭化室墙的火道上粉刷这种新型材料，可以提高炭化室墙的辐射和热传导性，使得焦炉立火道的燃烧气体的温度得以降低，进而使得煙囱烟气氮氧化物生成量减少。因此，使用新材料代替旧材料是降低氮氧化物的又一种可行方法。

（3）焦炉废气回配系统：此技术是通过风机将总烟道废气抽取并入空气系统，与空气一同送入燃烧室进行废气二次燃烧。烟道废气回配系统可以改善焦炉高向加热，有利于优化标准温度，提高炉顶空间温度，降低炉顶串漏。烟道废气回配主要目的是降低燃烧废气中氮氧化物的含量，其理论依据为NOX的热力型生成机理——控制燃烧火焰温度。从源头控硝的角度出发，根据NOX的热力型生成机理，稀释空气中的氧含量，减缓燃烧速度，使立火道中火焰拉长，从而降低燃烧废气中氮氧化物的含量。目前，此项技术已被广泛推广使用。

（二）排放量控制

（1）焦炉加热过程中，采用低氮燃料工艺。焦炉荒煤气通过化产回收系统，生产焦炉煤气回运焦炉正常加热使用。在化产系统，增加脱氮工艺技术，降低煤气中的含氮量，从而避免煤气中大量的氮和氧混合，生成氮氧化物。此外，焦化企业在废气处理中，选择合理的脱硝技术，先将废气中的氮氧化物进行有效转化，生成NO化物和水，再对烟气进行过滤从而排放。

（2）焦炉脱硝技术的投用虽然给焦炉的氮氧化物排放起到了至关重要的作用。在生产实际中，同样存在以下问题，焦炉加热系统的火焰燃烧情况、焦炉烟道温度控制、蒸氨效果差异、脱硝塔催化剂的催化效果等也直接制约企业氮氧化物的排放是否达标。所以，今后的脱硝技术发展研究重在新型高、低温催化剂的研究推广和焦炉生产实际加热废气排放指标的控制。

四、结束语

焦炉废气指标排放达标是焦化生产企业共同面对的难题。随着环保工作的进一步推进和深化，氮氧化物排放要求将越来越严格。只有不断学习新技术、发展新技术、应用新技术，这样才能使得企业实现高质量发展。

参考文献：

[1]管理与技术学习平台-技术文库，降低焦炉烟囱烟气氮氧化物措施浅谈，文档编号31808242。

[2]刘新蕾， 肖钟如， 张靖一， 赵振峰， 降低焦炉烟气NOX排放量的前端治理技术原理，煤化工999咨询，2017。