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7m焦炉降低CO排放措施探讨

放大字体  缩小字体 发布日期:2023-10-16  作者:张博伦  浏览次数:2921
 
核心提示:摘要:鉴于当前环保形势下对于CO排放量的要求越来越严格,本文简要阐述使用高炉煤气加热的7m焦炉CO产生来源与降低CO排放的临时措施。分析了高炉煤气用量与CO排放量的关系,引入干熄炉烟气后CO含量变化,焦炉加热过程中CO排放量变化。在没有脱除CO设备的前提下,尽量降低排放量的措施办法,为接下来CO在线数据排放要求做好充足准备。 关键词:7m焦炉;加热系统;CO排放
 7m焦炉降低CO排放措施探讨

张博伦

(河钢集团邯钢公司邯宝焦化厂)

摘要:鉴于当前环保形势下对于CO排放量的要求越来越严格,本文简要阐述使用高炉煤气加热的7m焦炉CO产生来源与降低CO排放的临时措施。分析了高炉煤气用量与CO排放量的关系,引入干熄炉烟气后CO含量变化,焦炉加热过程中CO排放量变化。在没有脱除CO设备的前提下,尽量降低排放量的措施办法,为接下来CO在线数据排放要求做好充足准备。

关键词:7m焦炉;加热系统;CO排放

1  焦炉简介

邯宝焦化厂现有4座JNX70-Ⅱ型焦炉,为双联复热式顶装煤7m焦炉,于2008年陆续投产。其中1、2号焦炉为一系统,3、4号焦炉为二系统,每个系统配备1个烟囱。每座焦炉有炭化室42个,每个燃烧室34个立火道,炭化室设计装煤量为40吨,设计焦炭产量27吨。焦炉加热系统使用高炉煤气加热,在其中掺入1%-3%的焦炉煤气提高热值。2018年3月,建成并投产两套焦炉烟气脱硫脱硝净化装置,采用SDA脱硫和SCR脱硝技术,每个系统单独一套。2022年2月,投产SDS脱硫系统。2023年开始监测CO数据,发现二系统烟气中CO浓度较高,有时实测浓度在10000mg/ m³以上,为此多次实验探究降低CO排放量办法,调整焦炉加热工艺,摸索高炉煤气消耗量与CO排放量数据,期望找到在保证焦炉温度正常的前提下,最大化减少CO排放的基本参数。

2  CO排放来源探究

2.1  高炉煤气用量与CO排放关系

高炉煤气CO含量为23%-33%,焦炉煤气CO含量为5%-8%。目前邯宝焦化厂4座焦炉均采用高炉煤气加热,高炉煤气含CO量较高,分析排放CO中有一部分是高炉煤气在燃烧室未完全燃烧,随废气经脱硫脱硝后从烟囱排放。为了探究高炉煤气用量与CO排放量关系,本次调整了4座焦炉工艺进行数据对比,一系统降低高炉煤气消耗4000m³/h,,二系统降低高炉煤气消耗6000m³/h,对比分析8点至13点CO排放量如下表1-1:

表2-1 CO排放量统计表

 

1、2号焦炉

3、4号焦炉

时间

20分钟

平均值

mg/m3

平均每分

钟排放

mg/m3

小时

排放量kg

20分钟

平均值

mg/m3

平均每分

钟排放

mg/m3

小时排

放量kg

8:01-8:20

36.2

38.7

2294.4

61.4

61

3661.1

8:21-8:40

33.7

63.3

8:41-9:00

46.3

58.3

9:01-9:21

39.2

38.6

2336.9

62.7

57.8

3467.5

9:21-9:40

40.7

54.8

9:41-10:00

35.8

55.9

10:01-10:20

38.1

34.1

2039.4

60.5

55.7

3344

10:21-10:40

30.5

55.6

10:41-11:00

33.6

50.9

11:01-11:20

30.0

28.0

1698.7

42.8

38.9

2345.2

11:21-11:40

29.8

37.3

11:41-12:00

24.3

36.6

12:01-12:20

26.7

26.7

1588.1

38.1

41.4

2475.1

12:21-12:40

25.5

40.9

12:41-13:00

27.9

45.3

由表中数据可以看出,一系统11点小时排放量为1698kg,比8、9点平均减少617kg,12点减少727kg。高炉煤气密度取平均值1.30kg/ m³,含CO量取平均值28%,4000m³含CO量为1456kg。这说明本次降低的4000 m³高炉煤气中有783kgCO燃烧,占比53.8%,剩余46.2%随烟气排放至大气中。其中排放的CO中有一部分未完全燃烧,一部分未经过燃烧室,从蓄热室主墙串漏至下降火道,随烟气排放。

二系统调整6000 m³高炉煤气用量,含CO量为2184kg,二系统11点减少CO排放1219kg,12点减少CO排放量1089kg,平均1154kg,数据表示,本次降低的6000m³高炉煤气中燃烧高炉煤气为1029kg,占比47.2%,剩余52.8%。对比一二系统数据发现,二系统燃烧高炉煤气量少,两系统烟气氧含量在7.5%左右,说明二系统炉墙串漏更为严重。实际情况下3、4号炉乱签号多,3号炉101#-103#蓄热室可能烧损,4号炉151#-153#蓄热室可能烧损。

综上分析,修复蓄热室主单墙,减少高炉煤气串漏量,有助于减少CO排放。密封废气盘及两叉部、蓄热室封墙等部位可以减少高炉煤气泄漏量,间接增加进入烟气中的CO含量,使CO排放量增多。

为继续对比数据,从一系统3月23日-25日取多点进行对比分析,煤气量范围包括9.2万km³/h -9.7万km³/h,数据如下表2-2:

表2-2小时CO平均排放量统计表

时间

7点-14点

14点-22点

22点-10点

18点-2点

煤气量(km3/h)

97

95

90

92

废气排放(万m3/h)

29.0

28.5

28.1

28.2

实测浓度(mg/m3)

8316.0

6741.5

5018.3

6071.0

小时排放(kg)

2331.0

1957.0

1465.7

1714.7

CO排放差值(mg/m3)

 

-1574.5

-1723.2

1052.7

CO排放差值(kg)

 

-434

-298

143

根据表中数据可以看出,随着煤气量减少,CO小时排放量逐步减少,将表中数据按照煤气量从大至小排列,并制作出分布图如下图2-1:

图片1 

图2-1小时排放CO量与高炉煤气流量关系图

图中看出,在高炉煤气含量为92 km³/h-97 km³/h的区间内,CO小时排放数量与高炉煤气流量成线性关系,根据线性回归方程公式求得关系方程为:

y=1170x-9072 

将第一次数据分析中一系统96km³/h降低至92km³/h高炉煤气流量带入方程中,发现方程存在一定误差,原因为高炉煤气流量与CO排放量并不只存在线性关系,还与当时的高炉煤气含C量及空气量有关。本次取三天数据分析,其中高炉煤气热值发生明显波动,推测CO含量也会存在波动。将方程带入二系统数据中发现,误差更大,原因为一二系统加热参数不同,其CO排放量与一系统存在差距。

根据本次试验假设,当邯宝焦化厂一系统高炉煤气流量只在特定区间内,且高炉煤气成份没有波动的情况下,两者之间接近特定的线性方程。当高炉煤气流量降低至某一范围,燃烧的CO占比增大,排放的CO占比减少,当流量升高至某一范围时,燃烧的CO占比减少,排放的CO占比增大。

2.2焦炉加热与CO排放关系

本次研究的焦炉交换时间为20分钟,取一系统8点至8点20数据如下表2-3:

表2-3 CO排放量统计表

监测时间

废气排放量(m³)

实测浓度(mg/m³)

排放量(kg)

08:20

4899

10368

51

08:21

5222

10606

55

08:22

5118

5814

30

08:23

4982

5633

28

08:24

5440

5602

30

08:25

5215

5737

30

08:26

5392

5817

31

08:27

5031

5834

29

08:28

4902

6872

34

08:29

5389

10779

58

08:30

5288

6198

33

08:31

5299

5691

30

08:32

5165

5774

30

08:33

5234

5757

30

08:34

5233

5798

30

08:35

5031

5715

29

08:36

5121

5855

30

08:37

5215

5942

31

08:38

5332

5966

32

08:39

5254

6051

32

08:40

4986

8325

42

08:41

5144

10200

52

图片2 

图2-2 CO排放量分析图

由表中数据看出,废气排放量在20分、30分、40分有略微下降,CO实测浓度在这个时间有大幅上涨现象,对应的正是1、2号焦炉加热系统交换时间。由此分析,在焦炉加热交换过程中,煤气砣与废气砣动作时,有废气砣未关严的情况发生,部分高炉煤气随废气排放,排放量为4672mg/min,小时排放量为2.8kg。这部分CO排放主要治理办法为逐个打开废气盘,处理煤气砣,使下降时煤气砣密封完好,上升时废气坨密封完好。

2.3干熄焦烟气与CO排放关系

一二系统脱硫脱硝均引入干熄焦烟气,烟气中含有少量焦炉煤气,也含有CO,本次一系统干熄焦检修,分别取检修前五天及检修时五天数据分析如下表2-4:

表2-4 CO排放量统计表

监测时间

3月14日

3月15日

3月16日

3月17日

3月18日

3月25日

3月26日

3月27日

3月28日

3月29日

一氧化碳

实测

浓度

(mg/m³)

8,423

6,459

7,553

6,455

7,433

5,566

5,615

5,750

5,400

5,541

排放

量(kg)

63,742

44,813

51,153

42,568

49,007

34,610

36,760

39,253

38,240

39,236

图片3 

图2-3 CO排放量对比分析图

3月14日-3月18日日均CO排放量为50256kg,3月25日-3月29日平均日排放37619kg,日均差值12636kg,小时差值527kg,一系统废气量为300000 m³/h,则可计算出小时平均差值1755mg/ m³。

二系统查找干熄焦定修时数据进行分析,发现无干熄焦烟气后CO排放量平均每分钟差值为2500 mg/ m³。

3    排放CO数据分析

总结以上分析内容,烟囱排放的CO来源为高炉煤气未燃烧部分,高炉煤气串漏部分、废气盘串漏部分、干熄焦烟气部分,且在特定区间内的CO排放量与高炉煤气流量接近线性关系。其中一系统日均排放CO量7000mg/ m³中,有1755mg/ m³CO来自干熄焦烟气,占比25%。二系统日均排放CO量9000 mg/m³,其中干熄焦烟气2500mg/m³,占比27.8%。

4.降低CO措施探讨

经数据对比后,减少CO排放重点是高炉煤气泄露部分及未燃烧部分,分为3方面,一是控制废气盘空气风门开度,调节空气过剩系数,使高炉煤气与空气充分混合燃烧,减少未燃烧CO排放;二是处理蓄热室主单墙,减少高炉煤气串漏;三是调整干熄焦烟气含量,降低CO排放。废气砣泄露占比很小,但是及时处理、密封也可小幅减少CO排放。在此基础上,减少高炉煤气用量也可明显降低CO排放量,对于焦炉工艺,增加更多的焦炉煤气,既可以保证焦炉温度达到标准值,又可减少CO排放。

本次探究仅是初步分析数据,最终治理CO排量的办法还需探索,总的来说是从两大方面处理,一是根源上减少CO泄露,通过控制高炉煤气燃烧量来减少高炉煤气用量,二是采用催化法或吸附法控制排量中的CO,从而满足国家日益严峻的环保管控要求。

参考文献

[1]  姚昭章.炼焦学[M].冶金工业出版社,2003.

[2]  中国冶金百科全书总编辑委员会{《炼焦化工》}卷编辑委员会.中国冶金百科全书[M].冶金工业出版社,1992.

[3]  赵辅民.炼焦炉的大型化[J].煤炭转化,1991,04:38-44.

[4]  朱巍嘉,蔡国光,俞军华,等.国内外焦炉现状及其发展[J]..上海煤气,1997,(03):2-7.

[5]  张晓琳.世界焦炉建设向大型化发展[J].燃料与化工,2011,(04):67-67.

 
 
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