煉(lian)焦(jiao)(jiao)生產(chan)過程(cheng)中煤氣燃燒生成的(de)煙道廢氣含(han)有的(de)SO2和(he)(he)NOx是大氣主要(yao)污(wu)(wu)染物[1]。據(ju)國家統計局數據(ju)顯示，2011-2015年全國焦(jiao)(jiao)炭產(chan)量均在4.3億(yi)噸(dun)以上，2015年焦(jiao)(jiao)炭產(chan)量約4.48億(yi)噸(dun)，我國作(zuo)為焦(jiao)(jiao)炭生產(chan)大國，煉(lian)焦(jiao)(jiao)生產(chan)焦(jiao)(jiao)爐(lu)煙道排放(fang)的(de)SO2和(he)(he)NOx總(zong)量不(bu)容小覷(qu)。國家環(huan)保部(bu)發(fa)布的(de)《煉(lian)焦(jiao)(jiao)化學工業(ye)污(wu)(wu)染物排放(fang)標準》要(yao)求，自2015年1月1日起現有企(qi)業(ye)和(he)(he)新建企(qi)業(ye)執(zhi)行更(geng)為嚴格的(de)焦(jiao)(jiao)爐(lu)煙氣污(wu)(wu)染物排放(fang)標準：機焦(jiao)(jiao)和(he)(he)半焦(jiao)(jiao)爐(lu)SO2≤50mg/m3、NOx≤500 mg/m3，熱(re)回收焦(jiao)(jiao)爐(lu)SO2≤100mg/m3、NOx≤200mg/m3；對于特別排放(fang)地區SO2≤30mg/m3、NOx≤150 mg/m3[2]。因此，控制焦(jiao)(jiao)爐(lu)煙氣SO2和(he)(he)NOx排放(fang)達標是焦(jiao)(jiao)化從業(ye)者的(de)一(yi)個(ge)重要(yao)研(yan)究方向。

1 SO2、NOx來(lai)源(yuan)分析

1.1 SO2來源分析

焦爐煙(yan)氣中(zhong)SO2來源(yuan)包括兩個方面，焦爐加熱(re)用煤氣中(zhong)H2S、有機硫燃燒生(sheng)成(cheng)(cheng)的SO2以及(ji)焦爐炭化室(shi)荒煤氣竄漏進入燃燒室(shi)燃燒生(sheng)成(cheng)(cheng)的SO2。

焦(jiao)(jiao)爐(lu)(lu)(lu)加(jia)熱(re)用(yong)煤(mei)氣(qi)大多采用(yong)焦(jiao)(jiao)爐(lu)(lu)(lu)煤(mei)氣(qi)，對于鋼鐵(tie)聯合企業也使用(yong)高爐(lu)(lu)(lu)煤(mei)氣(qi)。焦(jiao)(jiao)爐(lu)(lu)(lu)煤(mei)氣(qi)經(jing)過凈(jing)化處理后回(hui)焦(jiao)(jiao)爐(lu)(lu)(lu)燃燒，凈(jing)煤(mei)氣(qi)中H2S質(zhi)量濃度(du)根據脫硫(liu)工藝不同大致可(ke)以分為≤200mg/m3、≤20mg/m3兩類，有(you)(you)機硫(liu)質(zhi)量濃度(du)在170-250mg/m3范圍內[3]，估算凈(jing)煤(mei)氣(qi)中H2S、有(you)(you)機硫(liu)燃燒生(sheng)成的(de)SO2濃度(du)如表1所示。

可見，當凈煤氣(qi)(qi)(qi)中(zhong)H2S含(han)量(liang)(liang)(liang)為200 mg/m3時(shi)，排(pai)放SO2濃度已(yi)超過(guo)限制(zhi)標(biao)準(zhun)；當H2S含(han)量(liang)(liang)(liang)控制(zhi)在20mg/m3以(yi)下時(shi)，H2S對排(pai)放SO2濃度影響很小(xiao)，有(you)機(ji)(ji)硫(liu)(liu)(liu)含(han)量(liang)(liang)(liang)是導(dao)致排(pai)放超標(biao)的主要因(yin)素。目(mu)前，焦爐煤氣(qi)(qi)(qi)脫(tuo)硫(liu)(liu)(liu)工藝(yi)(yi)只針對H2S有(you)脫(tuo)除作用(yong)，不(bu)會(hui)脫(tuo)除煤氣(qi)(qi)(qi)中(zhong)的有(you)機(ji)(ji)硫(liu)(liu)(liu)，但是可以(yi)通過(guo)優化(hua)洗脫(tuo)苯工藝(yi)(yi)將(jiang)有(you)機(ji)(ji)硫(liu)(liu)(liu)濃度降至100mg/m3以(yi)下[4]。高爐煤氣(qi)(qi)(qi)H2S含(han)量(liang)(liang)(liang)在10-20 mg/m3范圍(wei)內(nei)[5]，計算燃燒高爐煤氣(qi)(qi)(qi)產(chan)生(sheng)SO2排(pai)放量(liang)(liang)(liang)不(bu)超過(guo)21.39 mg/m3，小(xiao)于限制(zhi)排(pai)放標(biao)準(zhun)。

焦爐(lu)爐(lu)體竄(cuan)漏會導致炭化(hua)室荒(huang)煤(mei)(mei)氣進入燃燒室，荒(huang)煤(mei)(mei)氣燃燒生成SO2。荒(huang)煤(mei)(mei)氣中(zhong)(zhong)(zhong)H2S含(han)量(liang)主要取決于裝(zhuang)(zhuang)爐(lu)煤(mei)(mei)的全硫含(han)量(liang)，煤(mei)(mei)中(zhong)(zhong)(zhong)約15-35%硫轉入到荒(huang)煤(mei)(mei)氣中(zhong)(zhong)(zhong)，其中(zhong)(zhong)(zhong)95%以上H2S形(xing)式存(cun)在，荒(huang)煤(mei)(mei)氣中(zhong)(zhong)(zhong)H2S含(han)量(liang)與裝(zhuang)(zhuang)爐(lu)煤(mei)(mei)全硫含(han)量(liang)關系見表2[7]。為(wei)便于計算荒(huang)煤(mei)(mei)氣中(zhong)(zhong)(zhong)硫化(hua)物(wu)以H2S計，含(han)量(liang)為(wei)5500-13000mg/m3，噸干煤(mei)(mei)煤(mei)(mei)氣產率(lv)320Nm3，若假(jia)設竄(cuan)漏率(lv)1%，則竄(cuan)漏荒(huang)煤(mei)(mei)氣中(zhong)(zhong)(zhong)H2S燃燒生成的SO2約為(wei)50-120 mg/m3，遠超(chao)過限制排(pai)放標準。

表2荒煤氣H2S含量(liang)與煤全硫含量(liang)關系

1.2 NOx來源(yuan)分析

燃(ran)燒(shao)過程中生成NOx可(ke)以分為三類：熱(re)力型(xing)(xing)、燃(ran)料型(xing)(xing)和快速(su)型(xing)(xing)，焦爐燃(ran)燒(shao)生成NOx主要是熱(re)力型(xing)(xing)。采用(yong)焦爐煤氣(qi)(qi)加熱(re)時，熱(re)力型(xing)(xing)NOx占全部(bu)NOx的95%以上；采用(yong)高爐煤氣(qi)(qi)加熱(re)時，生成NOx則全部(bu)是熱(re)力型(xing)(xing)NOx[8]。

熱力型NOx是燃燒過程中空(kong)氣(qi)中的氮氣(qi)在高溫(wen)下(xia)氧化而生(sheng)成，反應機理如下(xia)：

N2+O=N+NO

O2+N=NO+O

N+OH=NO+H

影響(xiang)熱(re)(re)力(li)型(xing)NOx生成(cheng)量(liang)(liang)的(de)主要(yao)因素(su)包括：燃燒溫度(du)、過(guo)剩(sheng)空氣系數和氣體在高溫區停留(liu)時(shi)(shi)(shi)間。燃燒溫度(du)低(di)于(yu)1500℃時(shi)(shi)(shi)，熱(re)(re)力(li)型(xing)NOx生成(cheng)極少，溫度(du)高于(yu)1500℃時(shi)(shi)(shi)，隨溫度(du)升高NOx生成(cheng)急(ji)劇(ju)上(shang)升；隨過(guo)剩(sheng)空氣系數變大，NOx生成(cheng)量(liang)(liang)先上(shang)升后下(xia)降；熱(re)(re)力(li)型(xing)NOx濃(nong)(nong)度(du)隨停留(liu)時(shi)(shi)(shi)間延長(chang)而(er)變大，達到一定值后，停留(liu)時(shi)(shi)(shi)間的(de)延長(chang)對NOx濃(nong)(nong)度(du)不再產生影響(xiang)。

焦爐煤氣理論燃燒溫度1800-2000℃，高爐煤氣理論燃燒溫度1400-1500℃，α=1.20-1.25之間，高溫區停留時間約2s。據研究表明，若控制NOx<500 mg/m3，α不應大于0.8，即空氣量應不大于α=1.20的70%，廢氣循環技術可降低實際燃燒溫度，表3給出了帶廢氣循環的焦爐煙道廢氣NOx濃度與燃燒溫度的關系，可見控制煙道廢氣NOx<500 mg/m3采用焦爐煤氣加熱時立火道溫度不能高于1250℃[9]。

表3 NOx濃度與燃燒溫度關系

燃(ran)(ran)料(liao)型NOx主要來源于煤(mei)氣(qi)中含氮(dan)物(wu)質(zhi)燃(ran)(ran)燒(shao)，如NH3、HCN、喹(kui)啉(lin)、吡啶等，焦爐煤(mei)氣(qi)中含氮(dan)物(wu)質(zhi)濃(nong)度及焦爐竄(cuan)漏對燃(ran)(ran)料(liao)型NOx生成(cheng)有(you)較大影響；快(kuai)速(su)(su)型NOx為煤(mei)氣(qi)中CH4、CmHn等碳氫(qing)化燃(ran)(ran)料(liao)與N2反應生成(cheng)，一般為富燃(ran)(ran)料(liao)燃(ran)(ran)燒(shao)引起，焦爐煤(mei)氣(qi)燃(ran)(ran)燒(shao)快(kuai)速(su)(su)型NOx生成(cheng)量不(bu)會過大。與熱(re)力型NOx相比，燃(ran)(ran)料(liao)型與快(kuai)速(su)(su)型NOx在總NOx生成(cheng)量中所占(zhan)比例(li)很(hen)小。

2 SO2、NOx排放(fang)控制及治理

1.2 SO2排放控制措(cuo)施

通過以上(shang)分析，高(gao)爐(lu)(lu)(lu)(lu)煤(mei)(mei)(mei)氣(qi)(qi)加(jia)熱(re)所(suo)產生(sheng)(sheng)的SO2排放要低于使用(yong)(yong)焦(jiao)(jiao)爐(lu)(lu)(lu)(lu)煤(mei)(mei)(mei)氣(qi)(qi)加(jia)熱(re)，對于具備(bei)條(tiao)件的鋼(gang)鐵聯合企(qi)業應多采(cai)用(yong)(yong)高(gao)爐(lu)(lu)(lu)(lu)煤(mei)(mei)(mei)氣(qi)(qi)加(jia)熱(re)；采(cai)用(yong)(yong)焦(jiao)(jiao)爐(lu)(lu)(lu)(lu)煤(mei)(mei)(mei)氣(qi)(qi)加(jia)熱(re)時，應加(jia)強(qiang)脫(tuo)硫(liu)工藝，控(kong)制焦(jiao)(jiao)爐(lu)(lu)(lu)(lu)煤(mei)(mei)(mei)氣(qi)(qi)中(zhong)H2S含(han)量(liang)(liang)低于20mg/m3，優化洗苯(ben)(ben)、脫(tuo)苯(ben)(ben)技術指標，降低有機硫(liu)含(han)量(liang)(liang)；控(kong)制入爐(lu)(lu)(lu)(lu)煤(mei)(mei)(mei)硫(liu)含(han)量(liang)(liang)；強(qiang)化焦(jiao)(jiao)爐(lu)(lu)(lu)(lu)生(sheng)(sheng)產技術管(guan)理，加(jia)強(qiang)焦(jiao)(jiao)爐(lu)(lu)(lu)(lu)維護(hu)，減(jian)少(shao)焦(jiao)(jiao)爐(lu)(lu)(lu)(lu)竄(cuan)漏。

對于高(gao)爐煤(mei)氣加(jia)熱，通(tong)過減(jian)少焦(jiao)爐竄(cuan)漏率，控制(zhi)入爐煤(mei)硫(liu)含(han)量(liang)，可能實現SO2排(pai)放≤50mg/m3；對于焦(jiao)爐煤(mei)氣加(jia)熱，在滿足H2S≤20mg/m3、有機硫(liu)≤100 mg/m3、入爐煤(mei)含(han)硫(liu)量(liang)0.6-0.7%條件下(xia)，減(jian)小(xiao)焦(jiao)爐竄(cuan)漏率，SO2排(pai)放可保(bao)持100 mg/m3內，但若降(jiang)至(zhi)≤50mg/m3需將(jiang)入爐煤(mei)含(han)硫(liu)量(liang)降(jiang)至(zhi)0.6%以下(xia)[4]，入爐煤(mei)含(han)硫(liu)量(liang)降(jiang)低一定程度上使得(de)煉焦(jiao)成本升高(gao)。因此，對不(bu)能滿足SO2排(pai)放限制(zhi)要求(qiu)企業，特別是特別排(pai)放限制(zhi)地區，需采用SO2末端治理方式。

2.2 NOx排放控制措施

減少NOx排放主(zhu)要控(kong)制(zhi)熱力型(xing)NOx及少量燃料型(xing)NOx，主(zhu)要控(kong)制(zhi)措(cuo)施包括：采(cai)用高(gao)爐(lu)煤氣加熱；降低火道溫(wen)度，燃燒室火道溫(wen)度是產生(sheng)熱力型(xing)NOx的直接原因；降低空氣過(guo)剩系(xi)數(shu)，采(cai)用廢氣循環(huan)和分段(duan)加熱技(ji)術；加強焦(jiao)爐(lu)維護，減少焦(jiao)爐(lu)竄漏。

當(dang)立火道溫度不高于(yu)1250℃，采用廢氣循環、分段加熱技術(shu)后，燃燒(shao)高溫區溫度小于(yu)1750℃，生成NOx不會高于(yu)500mg/m3。但對于(yu)特別(bie)排(pai)放地區，很難滿足NOx≤150 mg/m3的限制排(pai)放標準，只能采取末端治理的方法(fa)。

2.3焦(jiao)爐煙氣末端治理

焦爐煙(yan)氣末端治理重點(dian)在脫(tuo)(tuo)(tuo)硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)技術(shu)(shu)，脫(tuo)(tuo)(tuo)硫(liu)(liu)工(gong)藝(yi)技術(shu)(shu)無論(lun)在燃煤(mei)電廠煙(yan)氣還(huan)是燒結煙(yan)氣脫(tuo)(tuo)(tuo)硫(liu)(liu)均(jun)已很成(cheng)熟，可(ke)以移(yi)植到焦爐煙(yan)氣脫(tuo)(tuo)(tuo)硫(liu)(liu)上(shang)，但(dan)對(dui)于(yu)焦爐煙(yan)氣脫(tuo)(tuo)(tuo)硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)國內外技術(shu)(shu)均(jun)不成(cheng)熟。目前，研究較多脫(tuo)(tuo)(tuo)硫(liu)(liu)脫(tuo)(tuo)(tuo)硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)工(gong)藝(yi)有(you)(you)高溫脫(tuo)(tuo)(tuo)硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)工(gong)藝(yi)、干法脫(tuo)(tuo)(tuo)硫(liu)(liu)加(jia)低溫脫(tuo)(tuo)(tuo)硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)工(gong)藝(yi)、活(huo)性焦脫(tuo)(tuo)(tuo)硫(liu)(liu)脫(tuo)(tuo)(tuo)硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)工(gong)藝(yi)和(he)有(you)(you)機(ji)催(cui)化法脫(tuo)(tuo)(tuo)硫(liu)(liu)脫(tuo)(tuo)(tuo)硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)工(gong)藝(yi)，脫(tuo)(tuo)(tuo)硝(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)工(gong)藝(yi)原理基于(yu)選擇性催(cui)化還(huan)原法（SCR）或有(you)(you)機(ji)催(cui)化法。

SCR法一(yi)般以氨(an)為脫硝劑(ji)，在(zai)催化劑(ji)存(cun)在(zai)條件下(xia)，煙氣中NOx與噴入的氨(an)發生還原反應，生成N2和H2O，達到脫除NOx的目的，反應過程如(ru)下(xia)：

4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O

2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O

與燃(ran)煤電廠320-400℃煙(yan)(yan)(yan)氣溫(wen)度相比，焦(jiao)(jiao)爐煙(yan)(yan)(yan)氣溫(wen)度多在(zai)200-230℃[10]，其脫(tuo)(tuo)(tuo)硝(xiao)(xiao)(xiao)催化劑不能滿足焦(jiao)(jiao)爐煙(yan)(yan)(yan)氣脫(tuo)(tuo)(tuo)硝(xiao)(xiao)(xiao)要求。高溫(wen)脫(tuo)(tuo)(tuo)硝(xiao)(xiao)(xiao)工(gong)(gong)藝通過提高焦(jiao)(jiao)爐煙(yan)(yan)(yan)氣溫(wen)度達到脫(tuo)(tuo)(tuo)硝(xiao)(xiao)(xiao)效果，干(gan)法(fa)脫(tuo)(tuo)(tuo)硫加(jia)低溫(wen)脫(tuo)(tuo)(tuo)硝(xiao)(xiao)(xiao)工(gong)(gong)藝和活性焦(jiao)(jiao)脫(tuo)(tuo)(tuo)硫脫(tuo)(tuo)(tuo)硝(xiao)(xiao)(xiao)工(gong)(gong)藝則通過使用低溫(wen)脫(tuo)(tuo)(tuo)硝(xiao)(xiao)(xiao)催化劑實現(xian)脫(tuo)(tuo)(tuo)硝(xiao)(xiao)(xiao)目的。

有機催(cui)化(hua)(hua)法脫(tuo)硝原理為，NO在強(qiang)氧化(hua)(hua)劑（O3或H2O2）作用下(xia)轉化(hua)(hua)為亞(ya)硝酸(suan)(suan)(suan)（HNO2），有機催(cui)化(hua)(hua)劑L促進亞(ya)硝酸(suan)(suan)(suan)持續氧化(hua)(hua)為硝酸(suan)(suan)(suan)，經分離后加(jia)入氨水可制成硝酸(suan)(suan)(suan)銨化(hua)(hua)肥，反應過程如下(xia)：

HNO2+L→L•HNO2

2L•HNO2+O2→2L+2HNO3

HNO3+NH3→NH4NO3

有機催化法脫(tuo)硫脫(tuo)硝(xiao)工(gong)藝脫(tuo)硫原(yuan)理與脫(tuo)硝(xiao)類(lei)似(si)，可在一個吸收塔完成同時脫(tuo)硫脫(tuo)硝(xiao)，產物(wu)可制(zhi)成硫酸銨(an)和硝(xiao)酸銨(an)化肥(fei)。

表4對比了以上四種工(gong)(gong)藝的(de)脫硫脫硝效率和運(yun)行(xing)投資成本[11]，其中高溫脫硝工(gong)(gong)藝只脫硝未包含脫硫工(gong)(gong)藝。

表(biao)4 焦爐煙氣脫硫脫硝(xiao)工藝比較

3結語

在(zai)環保(bao)形勢(shi)日益嚴峻的(de)背(bei)景下，焦化(hua)作為重污(wu)(wu)染(ran)行業(ye)，環保(bao)面臨更(geng)加(jia)(jia)(jia)嚴峻的(de)挑(tiao)戰(zhan)和考驗(yan)。焦爐(lu)(lu)煙氣排放(fang)SO2和NOx控(kong)制(zhi)措施上，焦化(hua)企業(ye)需加(jia)(jia)(jia)強污(wu)(wu)染(ran)物(wu)排放(fang)的(de)源頭控(kong)制(zhi)和過(guo)程控(kong)制(zhi)，降低煤(mei)氣中硫、氮物(wu)質含量(liang)，加(jia)(jia)(jia)強爐(lu)(lu)體(ti)維(wei)護減少焦爐(lu)(lu)竄漏，優化(hua)焦爐(lu)(lu)加(jia)(jia)(jia)熱(re)制(zhi)度，降低空氣過(guo)剩(sheng)系數，新建焦爐(lu)(lu)選用廢氣循環和分(fen)段加(jia)(jia)(jia)熱(re)相結合加(jia)(jia)(jia)熱(re)技術(shu)，對于特別排放(fang)地(di)區應考慮(lv)通過(guo)末端治理(li)方(fang)式，達到(dao)國家污(wu)(wu)染(ran)物(wu)排放(fang)標(biao)準要求。

山東新(xin)澤儀(yi)器有限公司(si)主要(yao)致力(li)于環境監測(ce)儀(yi)器及工(gong)業(ye)過程氣體(ti)分析(xi)系(xi)統的(de)研(yan)發、生產、銷(xiao)售和(he)代理，新(xin)澤人一(yi)直在努力(li)的(de)做(zuo)到(dao)，選擇我們(men)就是選擇了優質(zhi)產品和(he)優質(zhi)服(fu)務(wu)，我們(men)做(zuo)到(dao)的(de)不(bu)僅僅是你(ni)們(men)能(neng)看到(dao)的(de)，希望我們(men)提供的(de)氣體(ti)檢測(ce)儀(yi)、煙氣在線監測(ce)系(xi)統、氨逃逸分析(xi)儀(yi)、磨煤機CO分析(xi)系(xi)統等(deng)都(dou)能(neng)給您帶來不(bu)一(yi)樣的(de)使用感(gan)受(shou)。歡迎來電(dian)咨詢探(tan)討(tao)交(jiao)流。lm