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氮氧化物(NOx)是大气污染的主要有害物质之一,氮氧化物有N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4和N2O5,总称为NOx,其中污染大气的主要氮氧化物是NO和NO2。大气中的氮氧化物是形成酸雨酸雾的主要污染物,同时破坏臭氧层,形成光化学烟雾,对人体具有致毒作用。因此,在燃烧过程中,必须对氮氧化物的排放进行严格控制。2015年1月1日开始执行的国家标准《炼焦化学工业污染物排放标准》对大气污染物NOX排放规定了限值如下:一般地区:500mg/Nm3,重点地区:150mg/Nm3。(注:国际上焦炉烟气中的含氧量要求为:5~7%)
一、焦化企业是NOx排放的主要来源之一
二、焦化企业焦炉烟气NOx的排放现状
独立的焦化企业,COG加热,NOx的排放量普遍在800~2000mg/m3;钢铁联合企业配套的焦化厂普遍采用BFG或者MG加热,NOx的排放量普遍在350~650mg/m3。
三、焦化企业焦炉烟气脱硝技术(DeNOx)的应用现状
目前国内主要采用废气脱硝技术(后端治理)控制氮氧化物。废气脱硝主要分为以下几种方法:1)选择性催化还原法;2)选择性非催化还原法;3)液体吸收法;4)吸附法。其中选择性催化还原法SCR脱硫脱硝投资运行成本如下:一组焦炉大约4000~6000万元(年焦炭产量60~150万吨);运行成本大约20-30元/吨焦
选择性非催化还原SNCR:在一定温度下废气中的NOx被液氨或者尿素等还原剂还原为氮气。选择性非催化还原法反应温度高、燃料耗量大,需增设热回收装置,投资较大,在国内外应用较少。
选择性催化还原SCR:在一定温度(300~350℃)和催化剂作用下,废气中的NOx与还原剂(液氨)反应被还原为氮气。此法具有流程简单、设备少、操作温度低和还原剂用量少等优点,工业上广泛应用于火电行业。
液体吸收法:NOx是酸性气体,可采用水或某些碱性溶液来吸收,投资少,能以硝酸盐等形式回收废气中的NOx,达到综合利用的目的。包括碱性溶液中和吸收法、氧化吸收法、氧化还原吸收法等。
吸附法:采用固体吸附剂吸附废气中的NOx,在一定条件下脱附NOx,使吸附剂再生回用。该法对NOx的净化效率高,且能回收有用的NOx。但由于吸附剂的吸附容量小,需要的吸附剂量大,因而设备庞大、投资高、功率消耗大。
排烟脱硝方法还包括:燃烧法、石灰-石膏法、电子束照射法等,其中石灰-石膏法可同时脱除烟气中的SO2和NOx,是一种值得推广的方法。
焦炉加热煤气在焦炉燃烧室立火道内的燃烧属于扩散燃烧,在燃烧过程中,氮氧化物的生成机理主要有:1)热力型:高温燃烧引起;2)燃料型:燃料中有含氮物质;3)快速型:燃料浓度过高。在焦炉加热燃烧过程中产生的氮氧化物95%来自于热力型。
热力型NOx生成浓度的两个主要因素:高温,高温区滞留时间。
从热力型NOx曲线可以看出,在温度低于1500K时,热力型的氮氧化物浓度很低,当温度超过1500K以后,热力型的氮氧化物浓度呈指数规律快速增长。
下图为焦炉火道中心的温度分布,火焰中心温度最高点1850~2000K,高度约1.5m。
下图为立火道宽度中心NO的浓度分布。从图可看出,NO的生成主要集中在上升火道的高温区,这也是热力型NO的生成特点。
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