企业焦炉烟囱氮氧化物浓度超标原因及调试过程研究.docx
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企业焦炉烟囱氮氧化物浓度超标原因及调试过程研究
企业焦炉烟囱氮氧化物浓度超标原因及调试过程研究
甘肃省某焦化企业于2012年9月建成,焦炉采用的是JNK55-55D型焦炉,配套建设有煤气净化措施,净化后的煤气部分用于本企业焦炉生产燃料*其余外供。
JNK55-55D型捣固焦炉的结构特点是,双联火道、煤气从焦炉底部往上喷、燃烧室设有废气流通缩环孔。
蕎热室与燃烧宣中间以斜逍连接,燃烧室由厲对火道组成,总共是32个.立火道底部设有废代循环?
L,作用是使火道内温度均匀分布,避免出现局部温度过髙的情况另外,机、焦侧边火道由于处于焦炉边缘,散热程度与中闾火道相比较为严重*需要降低宽度,从而使边火道热量不易敬发,保持其温度扁定,确保焦炭生产正常“结构见图乳几
宙旺气下如晴戌轟找违也
图3“焦炉结拘示意閨
企业焦炉炼儒生产工艺流程如下;由备煤丁段來的原料煤经过捣实后送入焦炉炭化室.利用煤气空气燃烧产生的热最间接加热,由燃烧室传来的热長可使炭化室温度达到looor.原料煤在高温条件下生成焦炭及荒煤气。
焦炭作为产品外铛,荒煤代则通过冷鼓.脱苯、脱硫工序净化后回用于燃烧堂。
具体工艺流程图见图42。
企业于2013年底前完成试生产操作过程”在试主产操作过程中仅对庸炉烟囱排放源进行了在线监测。
完成试生产阶段后,企业开始疋常生产,为了监测生产操作过程中污染物排放情况.企业不仅对焦炉烟肉排放源进行在线监测,还对其他污染源进行了定期监测.本研究选取监测时段在2014年7月,监测数据鲂果见表乳】・
表卞】有組织并放监
监测点位
监测项目-
监测銷果(mg/mJ)
執行标准
标准值(GB16171-2012)
捷否超标
1
2
3
4
5
6
均值
焦炉
(m沁
63103
66511
59615
5355S
64(542
73695
63521
1
■
烟囱
黯粒物
27#
30.1
34.5
yiA
35,7
32.1
32.0
30
ft
推气
S6
34
31
35
37
31
34
34
50
否
NO.
672
67+
67+
677
679
681
676
500
是
烟温(°C》
307
310
311
3】2
312
314
311
f
-
3
哋面
45410
45399
44392
426«3
43745
45080
44450
/
■
X
(Mb)
囁尘
颍粒物
珈
244
23.5
20.4
23®
25+S
23.9
50
否
XaTF
SOj
17
15
10
14
14
12
14
50〔推焦〕门00(装煤)
LRJ
烟海C°C)
47
46
43
46
+5
47
46
/
冷哉
3B1
3旺
440
351
420
397
393
1
■
帖槽
(m沁
放敗气
NHs
13.7
]2.0
12.4
15.5
19,0
17.9
15.1
30
摊气筒
烟褊(^)
80
SO
79
81
82
80
80
/
-
表工I有组织拌放监测〔续)
监测点位
监测项目-
12
3
监测结®(mg/m3)
4
5
6
均值
执行标准
标准fi 是否超标 锅炉 烟咒僦(m3/h) «221 $216 8151 7919 7»96 8011 8069 / * 烟肉 藏粒物 182 17,7 16,7 209 21,8 22.3 19.6 30 否 SQz 24 27 21 33 孙 30 29 50 否 简 眄 193 195 195 195 195 □7 185 200 否 烟温(°C) 174 174 173 173 173 148 169 / ■. mj/m37凹 600 500 bMi 汕0 2GD l»0 0 N(K 买际值 标准值 TSPSO2 图齐d焦炉烟囱污染物浓庾 从农3亠图33中得出,有组织排放源中焦炉烟囱排放的泻染物中氮氧化物排放浓度超过了《炼隸化学工业污染物排放标准》(GB16171-2012)岡中的限值翌求,标准液度耍求为500而度为676mg/m\因此本文主耍 对備炉烟囱排放的氮氧化物进行勞染控制,收集实际生产过程中资料数JR,分析氮氧化物超标原因.井且对焦炉操作进行调试以及设计末端脱硝措施,使得烟囱排放的污染物浓度能够降低,蔡承佑在《焦炉烟園NO用取控制刍议》中指岛SCR脱硝技术运用在焦炉烟道废气的末端治理中是可行的,B本东京煤气公司早征1980年左右就已经判用SCR技术对焦炉烟壮进行了N5的控制阿叫 经过前文分析.博炉煤气燃烧产生的氮氛化物主要包折温度型和燃料型两 1、温度型氮氟化物诫度 温廃型氮氣化物的生成吋煤气燃烧温度有关*而煤气燃烧温度又与焦炉火道温度有关,由于燃烧温度不易测量.焦炉生产中一般是利用红外线仪器测厳火道温度,因此利用火適温度代替燃烧温度,研究其对氮氧化物的影响。 根据f炼焦炉中气体的流动和传热卧固】中的闸述,当空气过剩系数为1.1・并且进入焦炉的空气预热温度为一千一百摄氏度的情况下•理论上焦炉煤代的燃烧温度大约能够达到2350aCc《大气污染控制王程『内中详细的介绍了氨氧化物产主量与焦炉煤气燃烧温度之间的关系,在1600^185OX? 范围内,燃烧济度稍微上升或下降,导致的绪果是温度世氮氧化物的剧烈增加或减少.杏中冶焦耐的实测资料中,煤气燃烧温度与火道温度的相关关系见表3•右 我痛炉火道漏度与燃烧濕茂的黃系 项目溫度值(匸) 焦炉火道温3E<1350-1325BOO125D)2001180 焦炉煤汽实际燃饶温度^1800178(^1790177517501700>1650 本文研理对象焦化企业焦炉生产过程中「炼僅炉温度很离.在负荷为H0%的条件下,根据生产记录火道温度达到了126010・焦炉煤%的实际燃烧温度为1770V左右,在高于15001C时,氮气和讯气发生反应生成温度型氮氓化物〔主要是NO,NO排放到大气中氧化为NOQ,氮氧化物生成星按指数规律迅速增加.这部分是焦炉烟尘排放氯氧化物的主要来源.本文所选企业火道溫度最岛"可达13500生成NO浓度大约是560ppm>根据黄亚军【呵的研究表明氮氧牝物休积浓滾ppm与质量浓度m^/m3的换算系数为固圧值205。 转化为NO*计算,在火道溫度为135此的条件下,温度型氮氧化物排放報度约为1⑷mg/n? 左右。 火道温度在1150^1350r范囤内时,温度增加或减少WC,产生的氮氧化物浓度增加或减少JOmg/m3上下H叫企业焦炉火道温度为1260'C时,氮氧化物的浓度为11斗狂(B50-1260)-rl0x30-87fimg/m^ 2>燃料型氮血化物浓度 煤气中含氮的物质主要有NH,HCN.毗如睦報这些含氮物质燃烧后会形成大园氮氧化物,这部分是焦炉烟囱排放氮氧化物的另一來源,因此控制燃料中含氮组分的浓度也是本研究需要過试的内容。 焦炉煤气未经过挣化时其中的NHj浓度是7^m3左右」HCN浓度是1.5g/n? 左右,煤气净化后浓度捷0.05g/m3K札HCN浓度是0.142g/n? 左右,加上煤气中Jt他含氮组分,都以UCNil4ls,,未经过净化煤气中含凰组分(以HCN计)浓度为9g/n? 左右.浄化后的煤气中含氮组分(以HCN计)浓度不超过03g/m3o 本硏究所选企.业年生产】50万吨焦炭』焦炉用煤气量为24l.77xl06m3/a,俵炉烟囱排放废气最为194200m-/h(单个烟囱97100m3/h)t每小时生产焦炭187.3吨’宙此让算得出生产一吨焦就需妥煤气量为162n? 产生的废气量釣为1037m\当煤气中HCN的揪度为9g/m3时,生产一吨焦燥所用煤气中HCN的质量为9«162-W58g,转代为KO则质量为]458xMX0/MjlCs=1458^30-27=1620g,按照最大转化率80%计算』废气中NOx的硕量为l62QxQj-1296g,则燃料烈NOx浓度为1296x1000-1037=! 250mg/m5;净化后煤气中IICN的浓度为(Bg/n? 时』生产一吨焦炭所用煤气屮HCN的质位为0.3x162=48.66-转化为NOx则质鼠旳48.6乂Muo/M比尸48.6疼M27巧短按照授大转化率80%计算,废气中NOx的质量为54^0.843.2fi,则KOx浓度为43,2>1000-1037=42mg/m3. 综合以匕两部分氮毓牝物的恢度计算可以得也企业焦炉烟囱废气中氮敏化物的排放液度范围为92Q"2n8mg/m\ 又此焦化企业炼焦采用的是JNK55-55D型双我下啖单热式侧装煤捣固蛊炉,焦炉自港有废气猶坏系统.经过国内炼焦企业的实喪礫作可知,废气彊环系统减少焦炉烟囱废气中氮? (化物的效率量高可达到4卜50啊左右〔刑。 则采用了废气循环技术忙理后*在焦炉生产负荷为$0%的情况下,焦炉烟囱废气中氮氣化物的排放浓度范围为460-1064mg/m\而隈值姜求的500mg/m3在浓度毘大值与绘小值的范鬧之内,经过理论计算,在焦炉负荷不80%的条件F.可且对生产过程中各个悬响囲素进行调试,便煎炉烟囱摊放的氮氧化物浓度满足标准要求。 因此*本研究在收集了实际生产数搦的基础上,着重对影响焦炉煤气燃烧的因索进存调试,谡燃烧废气中氮氟化物浓度降至最低。 本研究结合2013年12月试生产阶段及2014年3月污染源现状监测阶段,通过对比分析各阶段氮氧化物理论浓度与排放浓度,得出影响氮氧化物排放浓度的因素。 3.2.12013年12月金业试生产阶段 2D□年也月试生产时,企业两座蛊炉仅有-煙开工生产,负荷为单个焦炉满负荷的40%左右,似炉废气循环系统未开启,生产温度经过汇总企业生产记录得到表卜乳 此时企业煤气净化环节仅开启了冷凝戟风工序,后续硫技、脱苯、脱硫工序均未开启.入炉煤气中氨的浓度最大为4.25g/m3,鼠化氢的浓度蜃大为1.02g/m3(数据来源于5月10日至5月16日模拟试主产操作时冷鼓工段出口处煤5化验连续一周的数据平均值人两者计算得岀燃料型氨氧化物的浓度为(4.15+L02)X]62x30^27x0.8x10001037^718mg/m\ 火道温度测亘采用间接测量法【呵何 表3-320口年12月炉温记录汇总表 9: 00 13: 00 平均温度9 17: 0021: 00 1: 00 5^00 标准火道温度 1 1182 1185 1181 1184 1182 1183 11B01C 2 11S0 1182 1182 USI 1]«4 11B2 user 表3-32013年12月炉温记录汇总表 平均温度9 1: 00 士00 -标准火道理度 5: 00 B: 00 17: 00 21: 00 3 1183 1181 1183 1183 1182 1184 user 4 1181 1180 1182 11S0 11S1 1183 iisor 5 1183 1183 11«2 1183 1181 1182 iisor 6 1182 1181 1183 1133 1181 US1 llSOX? 7 IU5 1180 1184 1182 1180 1183 1180V 8 1180 11S0 1182 USI 1183 1182 usor 9 1182 11S4 1182 1181 1184 )185 H&0T 10 1181 11S2 11S3 1181 1182 11S0 】师匸 11 118S 1181 1182 ]182 1183 1182 USQV 12 1182 I1S3 1183 1183 1181 1181 nsor 13 1184 1182 1181 1182 1180 1183 nsor 14 1182 1181 11»0 1180 1180 1184 ji«or 15 1181 11S3 1180 I1S1 1184 ]]S2 naor 16 1181 11S2 1184 1⑻ 1182 1180 iison 17 1181 1185 H82 1181 1181 1181 ii8or 18 11S0 11S0 IIS1 1132 H83 1^81 usor 19 1183 1182 11«J 1183 1183 1181 usor 20 1184 1181 1183 1184 H82 US2 n«or 21 1182 US3 1182 1182 1181 1183 nsor 22 1183 11S4 1181 1182 118] 1184 H80t 23 1181 )182 1181 11S3 1181 1182 iisoic 24 1182 11S0 1181 1180 1182 1182 usor 25 1181 11K3 11»2 11S2 1151 1183 n»or 26 1181 1182 1183 1181 11S4 11S0 nsor 27 1183 】】£2 1181 1183 1185 1184 iisor 28 1180 UK4 1180 11S2 1184 U83 1180^C 29 1180 1IS2 11&0 1184 Ufi2 11B2 UBQTD 30 US4 1⑻ 11M 1182 H81 1181 iisor 31 1182 11甜 1183 1181 1183 1180 iisor 落热窒上部顶蟲 蓄热室下部顶温度 測量结果 9 炉顶空间温度9 总魅逋温度匸 机侧 焦侧 机侧 焦侧 最高 971 973 £12 B15 813 357 067 06S 7Q6 785 平均 969 968 807 809 796 344 由表头$可以看出生产负荷为40%时,焦炉火道标准温度为118010.实际温 度基本在1! 盹9上下浮动5C左右.与陈昕等人研究结果一致1岡,桩期表3-3记录的温度’可以计算得出试生产时温度型灵氧化物的浓度»1148-U35O1180)*10^30-638与爐料型氮氧化物理诒计算之和为1356 另外,2Q13年12月试生产时焦炉烟囱废气在线监测系统也对氮氧化物浓度进行了实时监测,每小时记录一次,每天24小时”连续-个月对氯氧化物的日平均值进行丁统计,见农? 4 表3d2013^12^坤焦炉烟囱废T捨放违圾笛测日均值汇总 曰期 NOx浓度 mg/m3 标准浓度mg/n? 超标率% 流髦 x1000m3/d 6% 温度 X? 1口 10S7 500 117 86430 5.46 500 2日 1051 500 110 9O8.fi! 534 364 3n 1044 500 109 822.07 5.31 500 4日 \229 500 146 93338 5h7C 500 5口 1354 500 171 8604Q 5J5 241 68 1288 500 1S8 93X1B 5.53 163 7日 1182 300 136 963.42 5.60 300 8日 1239 500 148 934.48 5.S3 300 9日 1290 500 158 878.S5 5.29 300 10日 1094 500 11^ 87Z8S 5.42 300 11日 1168 500 134 928.50 5.44 371 12B 1214 500 143 91643 5.79 500 13日 107B 500 11® 914.26 5+40 500 14H 1049 500 110 915J2 5J7 500 15H 1116 500 123 902.28 5,65 393 \6日 1022 300 104 84L74 3+76 312 17日 1233 500 147 876.94 4.72 305 18日 1283 500 157 900J2 5.25 290 J9日 1310 500 162 9002 5,40 2S9 20H 1338 500 168 893J6 5.73 293 21日 1263 500 153 97631 544 298 22日 1305 500 161 976.S4 3」0 299 23日 12S9 500 158 974.11 5.13 300 24日 1199 5Q0 140 97SJO 531 299 250 I32R 300 166 &S5A3 S.75 298 26H 1200 500 140 8«5,60 4.81 299 27日 1233 500 147 880.46 4.98 300 表3-42013年12月圧猜炉烟囱jff气幷放连续监测日均值汇总{续) 日期 NOx報度mg/m3 标准液度mg/mJ 超标率 % 流量 MlOOOmVd Oj% 温度r 286 1305 500 161 990M 5.07 270 290 1346 500 169 ⑹.47 4.82 268 30日 1309 500 162 957,14 5.68 268 31日 1296 500 159 943.17 5.61 272 平均值 1217 500 143 912,04 5.40 329 壷大值 1354 500 171 990,56 5.83 500 蜀小值 1022 500 104 822.07 4.72 163 样本教 31 - 31 31 31 空气过剩系数通过监测废气中的氧气体积分数换算得到, 换算表见头矢 表3d 焦炉烟囱废气中6、C6协积分数与空弋过剩系数对应表 序号 项目 序号 项目 fljj 02 C5 * Oi COj U % % IL % % 1 1J0 2.04 8.80 16 1.32 5.37 723 2 1J1 2,23 8,71 17 135 5,74 7-06 3 1.12 2+41 A.63 137 5^7 6,95 4 1.13 2,58 8.54 19 1.40 6J1 6.79 5 L14 2.75 8.4? 20 1.45 6.84 6.54 6 1.15 2.92 B.39 21 uo 7.33 6,35 7 1J6 3,09 8.30 22 L55 7加 6.10 8 1.17 3^5 $.23 23 L60 822 5,90 9 1J8 3.41 B46 24 L65 &62 571 10 L19 3.57 &08 25 1.70 9.00 5.54 11 1.20 3.72 8.01 26 1.75 9.55 537 12 1^2 4.02 7.87 27 1.80 9.6K 5,21 13 1J5 4.46 7,67 2S 1.85 10.00 5.06 14 1-27 4.73 7.54 29 IJO 1030 4.92 15 1.30 5.12 7.35 30 1.92 10.58 4.79 在监测数据中*监测的是尾气中氣气的体积百分数,利用氣%体积浓度与空气过剩系数换算表可换算成对应的空气过剩系数。 得出空气过剩系数最大为136,最小为1.27,平均值为1.32*理论上,空气过剩系数应为在保证正常燃烧 情况下的最接近1.0的数值砂】,实际焦炉生产中空气过剩系数最佳范围应为口41.22(蚀叽因此.企业生产过程空吒过剩系数过大,空气过剩系数太大,不仅会寻致氮氧化物生成量增加,还会导致热量损失不利于节能,需要降低生产中的空气过剰系数冋叭 氮輒化物浓良范围在1022z1354mg/m\平旳值为1217mg/m\体来看监测值与理论值(1356mg/mJ)差别不大,均小于理论计算值.因此,理论计算范围是可信的. 由此可以得出,在焦炉生产负荷为40%>即焦炉温度控制在user左右、入炉煤气中訊的浓度为4.15g/m3.霰化氢的浓度为L02g/m\空气过剩系数均1.32>废气循环系统未开启的条件下,焦炉烟囱废气中氮氧化物妁揪皮是趙标的,并且超标倍数较大,最大超标率已经达到了171%,平均超标率达到了1曲%,超标现象严重。 2014年3月污染源现状监測阶段 2014耶3月对有紐织排放源进疔监测时.金业仍然未正常投入生产.企业有两座焦炉,当时也仅有单座焦炉进行生产,并且生产負荷由月初的40%升至月底80%,焦炉火道温度也由11801C升至1260€左右,具体生产温度数据汇总见表3-6o 监测时煤气净化环节正常开启,配套建设的冷鼓*概钗、脱苯以及脱硫制酸生产装置均开工生产,荒煤%经过了所有净化阶段处理,处理后煤气中的NII,HCN减少了很大…部分,NHs浓度为最高22&mg/m\HCN浓度最髙为256mg/m3(数据来沥于2014年5月17日至5月冇日企业煤气净化环节全部正常开启时搐炉入口NHm和HCN浓度连续一周监测的最大
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