焦爐煙囪氣NOx控制工程

發(fā)明：2.4、2.4

2.3、

一、項目背景

焦爐煤氣在焦爐燃燒室內燃燒時會產(chǎn)生氮氧化物（NOx），NOx通常是指NO和NO₂的混合物，氮氧化物排入大氣會破壞臭氧層，造成酸雨，污染環(huán)境。上世紀80代中期，發(fā)達*就視其為有害氣體，提出了控制排放標準。

目前發(fā)達*控制標準基本上是氮氧化物（廢氣中O₂含量折算至5％時），用焦爐煤氣加熱的質量濃度以NOx計不大于500mg/Nm³。

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，對焦爐排放氮氧化物的危害也日益重視，并制訂了排放控制標準。目前，我國焦爐煙囪氣NOx執(zhí)行的排放標準是限值500mg/Nm³，“特別地區(qū)”焦爐煙囪氣NOx排放標準是限值150mg/Nm³，但5.5米焦爐煙囪氣NOx排放量多在1000mg/Nm³以上，負荷生產(chǎn)時則會更高。

現(xiàn)有焦爐煙囪氣NOx控制技術分為燃燒前控制技術和燃燒后控制技術。

常見燃燒后控制技術基本可以分為三類，一是催化還原技術，二是氧化后氨吸收技術，三是活性炭吸附技術，但都存在處理裝置投資巨大，運行費用高昂等問題。

燃燒后控制技術的*發(fā)展是以SO2做還原劑的同步脫硫脫硝技術，屬于SCR技術范疇，可將煙囪氣NOx含量控制在100mg/Nm³以下，SO2控制在30mg/Nm³以下，具有投資小、運行費用低等優(yōu)點，但需與燃燒前控制技術配合使用，方可彰顯其獨有優(yōu)勢。

燃燒前控制技術包括廢氣循環(huán)、分段加熱、貧化煤氣或空氣等技術已獲得廣泛應用，其特點是投資少、運行費用低，但都需要在焦爐設計階段做好安排，對于已投產(chǎn)焦爐，至今缺乏有效的方法或裝置，隨著環(huán)保要求的不斷提高，已成為制約焦化企業(yè)生存和發(fā)展的重要因素。

本公司的發(fā)明產(chǎn)品WX-130系列裝置是一種燃燒前控制技術產(chǎn)品，從目前已經(jīng)投入運行的幾套裝置看，具有兩方面的作用：

1、通過貧化助燃空氣，使焦爐煙囪氣NOx含量得到有效控制；

2、作為第三方調節(jié)，有效改善焦爐高向加熱，降低回爐煤氣消耗。

三、技改方案

（一）控制原理

焦爐煙囪氣中的氮氧化物形成機理基本可歸結為2大類型：一是溫度熱力型NO，即來源于空氣中的N和O在高溫下反應生成NO；二是含N組分燃料型NO，即煤氣中的含N組份燃燒形成的NO。

大量基礎研究證明，對于絕大多數(shù)焦爐，溫度熱力型NO對煙囪氣中NOx的貢獻率達95%以上，因此只要將*類型NO控制在適當水平，就可以有效地控制煙囪氣中NOx的含量。

中冶焦耐對焦爐煙囪氣中的氮氧化物形成機理做過大量實驗研究，使用焦爐煤氣加熱，燃燒點溫度高于1750℃時，煙囪廢氣中的NOx含量將呈幾何級數(shù)倍增，反之亦然，我公司的技術正是依據(jù)上述基礎研究開發(fā)而成。

該裝置可以將煙道廢氣直接吹入風門內，貧化助燃空氣，減緩局部燃燒強度，降低燃燒點溫度，消除NO的生成條件，從而達到控制煙囪氣NOx排放量的目的。

從目前各裝置實際運行情況看，WX裝置不僅可以有效地將NOx排量控制在500mg/Nm³以下，同時帶來了一個附加效益：焦爐立火道標溫明顯降低，回爐煤氣消耗明顯下降。

分析其機理，可參見上圖做一簡單分析，“直燃1”是廢氣加入前的燃燒火焰，燃燒劇烈，熱量集中在立火道下部，滿足上部加熱，則下部容易過熱；“直燃2”是廢氣加入后形成的貧氧燃燒火焰，貧氧燃燒必定首先形成的CO，下部溫度有所降低，由于氧供給不變，進入立火道中上部的CO則會二次燃燒（見上圖CO燃燒區(qū)），火焰拉長，熱能釋放在更大的空間內，熱能利用效率提高，立火道高向溫度均勻性明顯改善，較低的立火道標溫即可滿足煤餅上部加熱需要，回爐煤氣消耗必然降低。

這也可以解釋，為什么煤氣節(jié)約了，煙道溫度卻有所升高的原因。

（二）裝置簡述

WX-130系列裝置是我司研發(fā)的第三代技術產(chǎn)品，解決了*代和第二代裝置中存在的諸如漏氣量大、熱偏移、不便調試、換向不可靠和安全防范等一系列細節(jié)缺陷，保證了系統(tǒng)運行的可靠性與安全性。

第三代產(chǎn)品的設計理念發(fā)生了質的變化，即借助廢氣的加入，引入第三方調節(jié)，優(yōu)化焦爐加熱，控制NOx生成量，節(jié)約回爐煤氣。第二代產(chǎn)品的自控系統(tǒng)重點是消除焦爐換向對煙囪氣NOx含量影響。

    WX-130系列裝置由廢氣引出裝置、廢氣輸送與交換裝置、廢氣混入裝置及自控系統(tǒng)等四部分構成，如上圖所示，廢氣引出裝置利用引風機將焦爐煙道廢氣從焦爐煙道中引出，經(jīng)廢氣輸送與交換裝置將焦爐煙道廢氣送入廢氣混入裝置，煙道廢氣與風門吸入的空氣混合后經(jīng)預熱進入燃燒室。

1、廢氣引出裝置

該裝置包括引風機、進口管道及閘閥、出口管道及放散裝置等組成。

（1）引風機

     WX-130-72-43裝置允許混入約4萬m³/h300℃高溫廢氣（理論量）。

考慮到風機效率及壓力損失等因素，需配備有一定余量的引風機1臺，采用變頻調速控制。

（2）入口管道

入口管道采用螺旋焊管制作，并直接與焦爐煙道連接，為方便維護，入口管道上安裝切斷閥1臺。

（3）出口管道

風機出口管道采用螺旋焊管制作，如圖所示，從風機出口延伸至機焦兩側的自動切換閥之前。

（4）放散

為方便調試，預防故障狀態(tài)造成不利影響，風機后設1臺自動放散裝置，放散廢氣導入煙道以維持煙道吸力平衡。

2、廢氣輸送與交換裝置

該裝置由4臺自動調節(jié)切斷閥和4條矩（或圓）形廢氣輸送管道構成，

安裝在焦爐機焦兩側的廢氣開閉器上方或下方。如上圖示，其前端與風機出口管連接，每條矩（或圓）管下部均與N套廢氣混入裝置連接。

（1）自動調節(jié)切斷閥采用耐高溫硬密封蝶閥，并與焦爐換向機聯(lián)鎖，實現(xiàn)廢氣混入與空氣風門的同步切換，自動調整支管壓力平衡；

（2）根據(jù)現(xiàn)場情況和安裝方式的不同，兩條矩（或圓）管即可呈立向并置于焦爐廢氣開閉器下方，亦可分置于廢氣開閉器上下方，間隔約12米設1支膨脹節(jié)。

3、廢氣混入裝置

如上圖示，每座焦爐機焦兩側均配置N套廢氣混入裝置，廢氣輸送管下方連接N支廢氣混入裝置，并接入同向切換的開閉器風門內部。

廢氣混入裝置由無縫鋼管、手動調節(jié)閥、耐高溫金屬軟管及混風噴嘴構成，其上段直接連接廢氣輸送管，下端直接接入廢氣開閉器內。

手閥用于調整混入廢氣量、金屬軟管可抵消管道熱脹冷縮造成的位置偏移。

4、自控系統(tǒng)

WX-130自控系統(tǒng)采用西門子PLC（S7-300），系統(tǒng)由1套PLC和2臺工控機構成,I/O點裕量不少于15%，具有高度的可靠性。

正常工況下，由PLC系統(tǒng)全自動控制運行，工控機主要用于人機對話，數(shù)據(jù)記錄和分析。

WX-130系統(tǒng)投運后，與需方原有系統(tǒng)重疊的信號，均從原系統(tǒng)中引出，不影響原系統(tǒng)功能，其主要作用如下：

    ①實現(xiàn)廢氣輸送與焦爐換向機自動連鎖控制以及廢氣輸送壓力的穩(wěn)定控制，并根據(jù)煙囪在線監(jiān)測裝置提供的數(shù)據(jù)實現(xiàn)NOx排放量自動調節(jié)；

②優(yōu)化焦爐加熱方式，降低回爐煤氣消耗；

③消除換向對煙氣NOx排量帶來的不利影響；

WX-130構建了一套智能模糊控制模型，在實現(xiàn)與焦爐換向機自動聯(lián)鎖控制的同時，將機焦側分煙道吸力、溫度與煤氣主管壓力控制有機結合在一起，消除換向干擾，實現(xiàn)煙囪氣NOx排放量的穩(wěn)定控制，同時使煤氣的供給量更加合理，回爐煤氣消耗明顯降低。