鞍钢焦炉烟气污染物排放现状与控制

1前言
　　焦炉是冶金企业中造成大气污染最严重的设备之一。焦炉排放的污染物成分复杂，含有一氧化碳、二氧化碳、硫化氢、氰化氢、氮氧化物、二氧化硫、残氨、酚以及煤尘、焦油等。本文涉及的污染物主要是氮氧化物以及二氧化硫。
　　2012年国家制定的《炼焦化学工业污染物排放标准》首次将焦炉烟囱排放的氮氧化物列为我国焦化企业大气污染物排放的控制指标，2015年1月1日起所有企业焦炉烟囱排放二氧化硫小于50mg/m3，氮氧化物小于500mg/m3(机焦)，颗粒物小于50mg/m3。
　　日本和德国早在20世纪70年代和80年代即已分别制定出类似的标准。国内炼焦工业的污染物排放标准对新建的焦炉并不是难以达到的，但是对运行了十几年或者二十年，寿命已经达到中后期的焦炉将是严峻的考验。目前我国大多数焦炉，特别是用焦炉煤气加热的焦炉，烟囱排放的NOx一般高于500mg/m3。
　　2鞍钢焦炉现状
　　鞍钢厂区内共有16座焦炉，其中东区有新一炼焦2×6m焦炉、二炼焦2×6m焦炉、三炼焦4×4.3m焦炉、新四炼焦2×6m焦炉、五炼焦2×5m焦炉、新六炼焦2×6m焦炉，西区炼焦2×7m焦炉。鞍钢5m以下焦炉是上世纪80年代建设的，其设计工艺落后且炉龄较长，排放无法满足国家新标准要求，因此2014年9月鞍钢将四座4m、两座5m焦炉拆除。
　　3焦炉烟气氮氧化物形成机理
　　燃烧过程中氮氧化物形成机理可分为三种:由大气中氮生成，只在高温下形成的温度热力型NOx;低温火焰中含碳自由基形成的瞬时型NOx;燃料中固定氮生成的NOx为燃料型NOx。一般焦炉主要是利用焦炉煤气、高炉煤气或者二者的混合煤气做为热源对煤炭进行干馏。如果单独采用焦炉煤气加热，其优点是焦炉煤气可燃成分浓度大，燃烧速度快，火焰短而亮，燃烧时火焰局部温度高，提供一定的热量需要的煤气量少，加热系统阻力小，炼焦耗热量低;缺点是根据燃烧过程中氮氧化物的形成机理来看，产生的热力型氮氧化物较高炉煤气多，同时由于焦炉煤气中的含有未处理干净的焦油、茶，除了易堵塞管道外，还会对燃料型NOx生成有一定贡献。这也是仅采用焦炉煤气做热源的焦炉所生成的氮氧化物一般都高于500mg/m3的原因。
　　高炉煤气不可燃成分约占70%，故热值低，其优点是提供一定的热量所需煤气多，燃烧速度慢，火焰长，高向加热均匀性好。若单独采用高炉煤气，则基本不产生燃料型氮氧化物，因此在相同条件下，采用高炉煤气加热比用焦炉煤气加热所产生的氮氧化物要少;缺点是高炉煤气不预热时理论燃烧温度低，因此必须经蓄热室预热至1000℃上，才能满足燃烧室温度要求，废气量较多，耗热量高，加热系统阻力大。为了高炉煤气的加热顺利，钢铁企业最常见的做法是采用焦炉煤气与高炉煤气的混合煤气，其中焦炉煤气含量占2%-5%。
　　资料表明，焦炉加热立火道温度在1300-1350℃温差±10℃，则NOx生成量在±30mg/m3波动。燃烧温度对温度热力型NOx生成有决定性的作用，当燃烧温度高于1600℃，NOx量按指数规律迅速增加。由此可见，焦炉烟气中的氮氧化物主要是温度热力型。
　　4焦炉烟气氮氧化物控制
　　任何燃烧废气的NOx排放控制技术都分为两类。第一类是在燃烧过程中抑制NOx生成的技术，第二类是燃烧后终端治理。终端治理目前最常用的方法是采用SCR脱硝法，对焦炉烟气进行末端处理的主要问题在于成本高昂，企业难以承受。对于使用纯焦炉煤气做热源的炼焦企业有一定的运行空间，原因在于单独采用过程中控制氮氧化物技术无法达到标准排放要求。
　　SCR脱硝法目前最成熟的工艺主要应用在电厂烟气脱硝。由于电厂烟气温度较高(大于1300℃，市场上开发的催化剂活性区间一般也在300℃上，比焦炉烟囱排放烟气温度要高，如果焦炉烟气要采用SCR脱硝，必须要有小于250℃有活性的催化剂。
　　对于使用高炉煤气或混合煤气做热源的炼焦企业，通过采用合理的过程控制氮氧化物技术，排放基本能达到国家标准，而不需要采用终端治理技术。合理确定火道温度，控制实际燃烧温度，往燃烧空气内掺人废气，废气循环、分段燃烧以及将它们相结合的复合技术等都是能降低燃烧废气中NOx含量的有效措施。
 (来源：炼钢)