云回顾 | 焦炉烟气氮氧化物控制相关理论知识及实践探索

本课程回顾，小编为大家准备了

冶金工业精彩课程

焦炉烟气氮氧化物控制相关理论知识及实践探索

让我们一起开始吧

旭阳集团高级工程师~朱春梅

课程目录：

一、旭阳集团简介

三、焦炉烟气末端治理技术选择及实践探索

四、SCR脱硝催化剂及其选型

一、旭阳集团简介

课程开始，朱老师首先对旭阳集团做了简单的介绍

旭阳集团成立于1995年，总部位于北京市，拥有焦炭、化工、贸易、科技、金融、地产六大业务板块。建有邢台、定州、唐山、沧州四大综合化工园区。焦炭产能约1000万吨/年，主要集中在定州和邢台园区。截止目前全部焦炉烟囱均完成脱硫脱硝装置的建设和投运。

旭阳集团的环保理念：引进环境、治理新技术，环保、创新改造，环保优先、安全第一、不环保、不生产。

朱老师提到，焦炉烟气是在炼焦过程中，原料燃烧所产生的废气，根据焦炉燃料的不同，可以分为焦炉煤气、高炉煤气，废弃的化学成分不同，燃烧特点不同。

焦炉煤气的组成成分

燃烧特点：可燃成分多，燃烧速度快、火焰短、温度高、辐射能力强。

高炉煤气的组成成分

燃烧特点：易燃成分邵，不易燃烧，燃烧温度低，火焰长

热力型

热力型NOx是燃烧过程中空气中的氮气在高温下氧化而生成，反应机理如下：

N2+O=N+NO O2+N=NO+O N+OH=NO+H

燃料型

快速型

快速型NOx为煤气中CH4、CmHn等碳氢化燃料与N2反应生成，一般为富燃料燃烧

引起，焦炉煤气燃烧快速型NOx生成量不会过大。

· 使用焦炉煤气加热时，火焰温度高，烟气中NOx浓度一般在1200-1700mg/m3之间，烟气温度在230-300℃之间。

· 使用高炉煤气加热时，火焰温度低，烟气中NOx浓度在300-600mg/m3之间，烟气温度在180-200℃之间。、

热力型NOx生成量的影响因素

燃烧温度

燃烧温度低于1500℃时，热力型NOx生成极少，温度高于1500℃时，随温度升高NOx生成呈指数增加；

过剩空气系数

随过剩空气系数变大，NOx生成量先上升后下降；

气体在高温区的停留时间

热力型NOx浓度随停留时间延长而变大，达到一定值后，停留时间的延长对NOx浓度不再产生影响。

源头控制

废气循环：立火道烟气循环和烟气回配技术

空气分级燃烧：调节空气过剩系数

氧气分级燃烧：调节空气过剩系数

烟气回配技术

· 具体为在空气预热器前抽取一部分低温烟气直接送入炉膛或者渗入一次风或者二次风中，因烟气的吸热和对氧气的稀释作用会降低燃烧速度和炉内温度，故抑制了热力型NOx的生成。

· 烟气再循环量一般控制在10%-20%，若超过30%则会降低燃烧效率。

· 采用废气循环技术的焦炉，当立火道温度高于 1350℃，用焦炉煤气加热时的 NOx 由 1200mg/ m3 -1400mg/m3，可下降至 800mg/ m3-900mg/m3以下。

· 使用高炉煤气加热时其 NO 生成量降幅不如用焦炉煤气加热，这是因为高炉煤气中惰性成分过多，废气循环对过剩系数的调节作用不大。

第三部分 焦炉烟气氮氧化物末端治理

氧化法脱硫脱硝一体化技术

优点:

脱硫脱硝一体化占地面积小

投资小

缺点:

脱硫效果还可以，脱硝硝效

率低,排放不达标

改造措施：该装置前，增加一套SCR脱硝装置，该装置作为脱硫塔使用!

SCR脱硝技术

优点：脱硝效率高，操作简便，且运行稳定

缺点：比LCO法装置占地大，投资大，需要

另外的脱硫装置

活性炭/焦脱硫脱硝一体化技术

优点：使用温度低；脱硫脱硝一体化

缺点：投资大；操作麻烦，安全性差；脱硝效率低，达不到超低排放标准。

末端治理

硫酸氢铵的露点温度为270-320℃，少量的硫酸氢铵对活性影响不大，所以硫含量不高的情况下SCR的使用温度可以在露点温度以下运行一段时间，但未脱硫的情况下，不建议在200℃以下使用

烟气温度窗口：焦炉烟气温度低，温度范围为180-200℃

硫含量：硫主要为焦炉串漏来的，硫含量比较低

使用时间较长的焦炉容易串漏，烟气中有焦油

工况波动大：稳定波动：焦炭生产中焦炉烟气和空气换向过程导致烟气中氮氧化物浓度波动大，喷氨量难以匹配合适，导致喷氨过量

烟气温度低于200℃，建议先脱硫再脱硝，且该温度窗口对于脱硫也比较合适！

路线：干法/半干法脱硫+SCR脱硝

烟气温度：焦炉烟气温度范围为230-300℃

硫含量：100~300 mg/m3

水含量大

使用时间较长的焦炉容易串漏，烟气中有焦油

工况波动大：

稳定波动：焦炭生产中焦炉烟气和空气换向过程导致烟气中氮氧化物浓度波动大，喷氨量难以匹配合适，导致喷氨过量

不稳定波动：硫含量高且容易超标：受荒煤气净化工段影响，燃料工况条件不稳定，导致烟气中二氧化硫含量易超标，通常在300 mg/m3左右，超标时可达1000 mg/m3

硫含量低于500mg/m3的话，建议先脱硝后脱硫！

硫含量高于500mg/m3的话，还是建议先脱硫再脱硝！

第四部分 SCR催化剂及其选型

由于焦炉烟气脱硝催化剂的不成熟，为尽快找到可运行稳定的催化剂，我们几条腿走路，在催化剂上投入了大量的人力和财力，交了不少“学费”。

选用几套工业化装置试用不同厂家、不同形式的已有工业化应用的催化剂

建成10000 Nm3/h烟气量的脱硝侧线，筛选可能具有优良性能的催化剂

自主研发：从2014年开始布局进行焦炉烟气脱硝催化剂的开发工作，2018年实现首套工

业化应用。现在我们集团使用的都是我们自己开发的催化剂。

配方体系（核心）

活性：

· 配方体系是决定催化剂活性的最重要的因素，不同的配方体系有不同的的活性和温度窗口。

· 多数为从电厂的钒钛系催化剂改性而来，但不同的改性剂对催化剂的活性差别

还是比较大。

寿命：

· 确保催化剂体系中的组分不与烟气中的物质发生反应，引起不可逆失活。

· 可逆失活后可再生。

型式

催化剂孔数的选择

· 脱硝反应为快反应，相同配方条件下，孔数多，催化剂暴露的几何表面积越大，脱硝效率越高，催化剂空速可以设计高一些，催化剂可以少装一些。

· 孔数过多，孔间距太小，容易引起堵塞，根据烟气中的硫含量和焦油的多少，在20-30孔之间选择都可以。烟气比较干净的话也可以选择35孔的催化剂。

催化剂用量（空速）设计

· 空速设计根据烟气温度、配方体系、进出口烟气中NOx浓度来决定，一般在2000h-1-4000h-1左右即可。

催化剂长度的要求

· 建议在800-1000mm之间，不建议超过1200mm，容易出现内裂，导致催化剂强度降低。

催化剂上硫的累积量

还是会有硫酸铵累计，硫酸铵的累积量由催化剂体系、使用温度和硫含量决定的，需配备热风炉，隔一段时间进行再生。

再生温度300℃左右即可，再生不可温度太高，温度太高容易引起催化剂的烧结失活，再生时间根据硫的累积量决定。

SCR脱硝注意事项

· 做好焦炉串漏管理，防止串漏的焦油堵塞催化剂

· 注意漏风率，导致脱硝效率不够

总结

· 焦炉烟气氮氧化物主要为热力型氮氧化物。

· 高炉煤气为燃料时燃烧温度低，烟气温度低，氮氧化物和二氧化硫浓度都很低，只需要末端SCR脱硝就可以了；脱硝前需先脱硫。

· 焦炉煤气为燃料时燃烧温度高，氮氧化物的浓度也高，需要源头控制加末端治理，已建焦炉源头控制主要为烟气回配技术，可以降低25%的NOx，末端治理优选的技术为SCR脱硝。

已完结