焦爐煙氣污染物的形成機理和排放控制

焦爐是冶金行業中造成大氣污染嚴重的設備之一。焦爐排放的污染物成分復雜，含有氮氧化物(NOx)、二氧化硫、一氧化碳、二氧化碳、硫化氫、氰化氫、殘氨、酚以及煤塵、焦油等。焦爐煙囪排放二氧化硫小于50mg/m3，NOx小于500mg/m3(機焦)，顆粒物小于50mg/m3。

目前，對于新建的焦爐，煉焦工業污染物排放并非難以達標。焦化企業若要降低焦爐煙氣中NOx排放，在不采用工業煙塵凈化設備的情況下，應該控制焦爐立火道溫度，控制空氣過剩系數，采用高爐煤氣或者混合煤氣加熱，能使焦爐煙氣排放達標。

焦爐煙氣氮氧化物的形成機理

燃燒過程中氮氧化物形成機理可分3種：一是由大氣中的氮在高溫下形成的溫度熱力型NOx;二是在低溫火焰中，由于含碳自由基的存在而生成的瞬時型NOx；三是燃料中固定氮生成的燃料型NOx。

一般情況下，焦爐主要利用焦爐煤氣、高爐煤氣或者二者的混合煤氣來做熱源對煤炭進行干餾。如果單獨采用焦爐煤氣加熱，由于其可燃成分濃度高、燃燒速度快、火焰短而亮、燃燒時火焰局部溫度高、提供一定熱量所需煤氣量少、加熱系統阻力小、煉焦耗熱量低，產生的熱力型NOx比高爐煤氣多。同時，由于焦爐煤氣中含有未處理干凈的焦油、萘，除易堵塞管道外，還會產生燃料型NOx，這使得只采用焦爐煤氣做熱源的焦爐所生成的NOx一般都高于500mg/m3。

焦爐煙氣氮氧化物的控制

燃燒廢氣的NOx排放控制技術可分為兩類：類是在燃燒過程中抑制NOx生成的技術，第二類是燃燒后終端治理。

對于使用高爐煤氣或混合煤氣做熱源的煉焦企業，采用合理的燃燒過程中控制NOx技術基本能達到國家標準，并不需要采用末端治理技術。其中，廢氣循環、分段加熱、控制實際燃燒溫度以及將它們相結合的復合技術等都是能降低燃燒廢氣中NOx含量的有效措施。

廢氣循環。廢氣循環是目前使用較多的低NOx燃燒技術。該技術是在空氣預熱器前抽取一部分低溫煙氣直接送入爐膛，或者摻入一次風或二次風中。因煙氣的吸熱和對氧氣的稀釋作用會降低燃燒速度和爐內溫度，從而抑制了熱力型NOx的生成。

立火道采用廢氣循環可以降低煤氣中可燃成分和空氣中氧的濃度，并加快氣流速度，從而拉長火焰，這有利于焦餅上下加熱均勻、改善焦炭質量、縮短結焦時間、增加產量并降低耗熱量。廢氣循環法適用于含氮量低的燃料，降氮效果高達25%。經驗表明，煙氣再循環量一般控制在10%~20%，若超過30%，燃燒效率則會降低。

分段加熱。該技術一般是只用空氣分段，或空氣和貧煤氣分段供給加熱。采用分段加熱的一般都是7米以上焦爐，由于焦爐較大，分段加熱可以使焦爐受熱更均勻。

控制實際燃燒溫度。焦爐使用高爐煤氣或混合煤氣加熱，燃燒過程中所生成的主要是溫度熱力型NOx。當空氣過剩系數α=1.1，空氣預熱到1100℃時，高爐煤氣理論燃燒溫度為2150℃，實際燃燒溫度比測定的火道溫度相差200℃左右，燃燒溫度稍有衰減，實際燃燒溫度介于理論燃燒溫度和測定火道溫度之間，這就為NOx的生成提供了適宜的高溫環境。

一般情況下，可通過降低火道溫度、改變焦爐煤氣組分、降低空氣過剩系數、優化焦爐熱工制度來降低燃燒溫度。但是，降低火道溫度在一定條件下無法改變，焦爐煤氣組分一般無法改變，而降低空氣過剩系數和優化焦爐熱工制度可在生產過程中不斷調整，因此，這兩點特別是控制空氣過剩系數可在實際生產中做到。

廢氣循環與分段加熱技術是在設計焦爐時就已經設計完成。對于運行多年的焦爐，爐體結構、加熱方式等條件已固定。目前運行的焦爐大多有廢氣循環的功能，而分段加熱技術一般在7米以上大型焦爐才有應用，中小型焦爐基本沒有。而通過控制實際燃燒溫度減少溫度熱力型NOx對于任何類型的焦爐都有實際操作的可能性。

對于減少燃料型NOx，主要是采用高爐煤氣做熱源。在采用混合煤氣時，應減少焦爐煤氣的摻混比例。此外，爐體串漏的荒煤氣中含氮化合物，是焦爐煙氣中燃料型NOx的主要來源之一，因此，控制爐體串漏的荒煤氣也十分必要。

焦爐煙氣二氧化硫的控制

焦爐煙氣中SO2來源于焦爐加熱用煤氣中H2S和有機硫的燃燒，以及焦爐爐體串漏的荒煤氣進入燃燒系統后，其所含的全硫化物的燃燒。

SO2的排放量取決于加熱煤氣的種類，當使用高爐煤氣加熱時，因高爐煤氣含硫量低，所以廢氣中SO2含量不高。如果使用焦爐煤氣，那么焦爐煤氣中含有一定量的H2S以及有機硫，后會變成SO2排放。有資料顯示，焦爐煤氣在脫硫以后，其中H2S的含量仍有20mg/m3~800mg/m3。而焦爐荒煤氣中有機硫總質量濃度為500mg/m3~900mg/m3，其中含硫質量濃度為300mg/m3~600mg/m3。在焦爐煤氣凈化過程中，幾乎所有工序都有脫除有機硫化物的作用，且工藝過程條件越適合有機硫化物的脫除，其脫除率也越高。

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