Технология контроля выбросов NOx из дымовых газов коксовых печей путем сочетания предварительной профилактики и финальной обработки

Thread Content

Технология контроля выбросов NOx из дымовых газов коксовых печей посредством сочетания мер профилактики на этапе производства и мер устранения проблемы на этапе обработки отходов Тан Лян1,2 (1. Немецкая компания по консалтингу и инженерным решениям Викон)； 2. Чанша Вэйкан Инженерно-техническая компания, ООО) 1 Введение В процессе производства кокса в коксовых печах образуется множество загрязняющих веществ, вредных для окружающей среды; оксиды азота (NOx) являются одним из таких видов загрязнителей. С вступлением в силу стандарта GB16171-2012 «Стандарты на выбросы загрязнителей в промышленности производства кокса» с 1 января 2015 года от предприятий, уже действующих на рынке, и новых предприятий требуется, чтобы концентрация NOx в выхлопных газах коксовых печей не превышала 500 мг/м³. В районах, где действуют более строгие ограничения, концентрация NOx должна быть менее 150 мг/м³. Применение этого стандарта привлекло огромное внимание работников угольной промышленности нашей страны. Как снизить уровень выбросов NOx на коксовых печах — это вопрос крайней важности для предприятий по производству кокса. Как известно, специалисты в этой области проводили приблизительные оценки: при нормальной работе уровень концентрации NOx в выхлопных газах дымовых труб коксохимических предприятий должен быть менее 500 мг/м3. Однако это представляет собой огромную техническую сложность, поэтому предприятия, которые могут соблюдать этот стандарт, встречаются крайне редко. В зонах с особо строгими предельными значениями выбросов достижение нормы концентрации выбросов NOx менее 150 мг/м³ представляет собой ещё большую сложность. Для обеспечения соответствия выбросов оксидов азота в дымовых газах коксовых печей установленным нормам необходимо применять соответствующие технологии для их очистки. Однако на данный момент технологии управления представляют собой сложную задачу, общие затраты на их внедрение велики, а расходы на последующее обслуживание также высоки. В этой статье, с учетом технологий нашей компании, сочетающих предварительную профилактику и окончательную обработку, приводится описание методов контроля выбросов азотистых оксидов из дымовых газов конвертеров для справки коллег. 2 Источники оксидов азота в дымовых газах коксовых печей. При сгорании топлива, используемого для нагрева коксовых печей, в вертикальных каналах сгорания образуются NOx. Основными источниками являются три фактора: во-первых, температурный фактор, связанный с процессом сгорания ； Во-вторых, при сгорании азотсодержащих веществ в газе коксовых печей образуется NOx ； Третье — быстрообразующийся NOx при сгорании углеводородного топлива. Среди NOx, образующихся при сгорании, доля NO составляет 90–95%, а доля NO2 — около 5%. Таким образом, сочетание проверенных технологий борьбы с выбросами на начальном этапе позволяет контролировать концентрацию NOx, что значительно снижает общие затраты. 3. Технологии предварительной обработки NOx и их применение. Технология предварительной борьбы с оксидами азота в дымовых газах коксовых печей, разработанная немецкой компанией Wicon Consulting & Engineering, состоит из двух основных компонентов. Первое — это технология системы измерения температуры в коксовых печах, второе — технология регулирования тепловой системы коксовых печей. 3.1 Технология системы измерения температуры в коксовых печах
3.1.1 Краткое описание системы измерения температуры в коксовых печах
Как показано на схеме 1, система измерения температуры в коксовых печах состоит из измерительного стержня, системы воздухопроводов, терморегулирующего блока, электроконтрольной системы, аналитической системы и т. д. Аппаратная часть устанавливается на толкателе кокса. В процессе толкания кокса, при быстром выдвижении и втягивании толкателя, с помощью нескольких датчиков (обозначенных красными кружками на рис. 1а) измеряется температура внутри камеры коксования. Полученные данные передаются в систему терморегулирования и электроконтроля для анализа. С помощью компьютерной модели анализа можно получить полную картину распределения температуры во всех камерах коксования, что позволяет визуализировать температурное распределение по всей стенке печи ； Во-вторых, проводится проверка графита на крыше печи ； В-третьих, можно выявлять проблемы с повреждением стен камеры нагрева дымоходов и камеры карбонизации. Благодаря измерениям и анализу можно получить полное представление о состоянии коксовых печей, что обеспечивает необходимую основу для регулирования тепловой системы коксовых печей. На рисунке 2 показаны условия работы системы измерения температуры, полученные с помощью компьютерной модели анализа. В нем зеленый цвет на рисунке 2а обозначает нормальную температуру, красный — слишком высокую температуру, а синий — слишком низкую температуру. На рисунке 2b показана температура во всем коксовом заводе. file:///C:/Users/TL/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.jpg file:///C:/Users/TL/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image004.jpg а) Схема структуры системы измерения температуры; б) Схема промышленной установки. Рисунок 1. Система измерения температуры в коксовых печах. file:///C:/Users/TL/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image005.png file:///C:/Users/TL/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image006.png а) Распределение температуры в камерах коксования; б) Результаты фактических измерений температуры в коксовых печах. Рисунок 2. Анализ системы измерения температуры. 3.1.2 Технические преимущества системы измерения температуры в коксовых печах: (1) Обеспечивает необходимую основу для регулирования теплового режима в коксовых печах, позволяя контролировать и снижать общее энергопотребление ； (2) Обеспечение необходимой основы для технологий регулирования тепловой системы конвертера с целью контроля и снижения концентрации NOx и других веществ в дымовых газах ； (3) Путем анализа температуры в конвертере оптимизируется процесс карбонизации, что позволяет получать уголь более высокого качества ； (4) Обнаружение повреждений стенок печи способствует своевременной защите и ремонту, снижая риск протечек в коксовых печах ； (5) Повышение срока службы коксовых печей. 3.1.3 Промышленное применение. Система измерения температуры в коксовых печах может быть легко модифицирована для установки на штанги для выталкивания кокса, как показано на рисунке 1б. В настоящее время он с успешной точки зрения применяется более чем в 70 коксохимических заводах в Германии, Австрии, Индии и других странах. 3.2 Технология регулирования тепловой системы коксовых печей предусматривает прямой контроль над концентрацией NOx в дымовых газах коксовых печей с использованием данных, получаемых от системы измерения температуры в печах. (1) Снижение температуры в вертикальных каналах горения. Область высоких температур в вертикальном канале горения является прямой причиной образования NOx. Согласно данным системы измерения температуры, при сохранении качества угля можно снизить стандартную температуру в вертикальном канале горения ； (2) Снижение коэффициента избытка воздуха. Регулируются пропорции воздуха для поддержания горения и газа для нагрева; снижается количество воздуха, необходимого для сгорания газа, что позволяет ему гореть при меньшем коэффициенте избытка воздуха ； (3) Регулирование термической схемы коксового завода. Скорректировать равномерность температуры в вертикальных и горизонтальных рядах конвертера, чтобы избежать локально высоких или низких температур и сделать распределение температуры в вертикальных каналах максимально равномерным ； (4) Регулировка расхода воздуха и значения давления в клапане ； (5) Регулировка объема отработавших газов в камере сгорания ； (6) Регулировка разницы давлений в отходящих газах дымохода. 3.3 Индустриализация технологий профилактики и контроля на этапе производства, а также эффективность их применения. С помощью таких технологий можно снизить концентрацию NOx в дымовых газах коксовых печей до уровня 500 мг/м³. Это позволяет соблюдать требования стандарта GB16171-2012 «Стандарты выбросов загрязнителей в промышленности коксования», согласно которым концентрация NOx в выхлопных газах как существующих, так и новых предприятий должна быть менее 500 мг/м³. В то же время это позволяет снизить общее энергопотребление коксовой батареи. 4. Технологии окончательной обработки NOx. Согласно стандарту GB16171-2012, в регионах с повышенными требованиями к уровню выбросов концентрация NOx в отходящих газах коксовых печей должна быть менее 150 мг/м3. Одних лишь технологий профилактики на этапе обработки отходящих газов недостаточно для соблюдения стандартов; поэтому необходимо применять новые технологии и устройства для эффективной очистки отходящих газов из дымоходов печей от NOx. 4.1 Технологический процесс. Схема технологического процесса интегрированной технологии десульфуризации, дедустификации и денитрификации дымовых газов коксовых печей, разработанной нашей компанией, приведена на рисунке 3. file:///C:/Users/TL/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image008.jpg Рисунок 3. Схема процесса десульфуризации и денитрификации дымовых газов коксовых печей. Сначала дымовые газы подвергаются десульфуризации с целью удаления SO2; после этого температура газов снижается примерно на 10°C. Затем газы поступают на установку для удаления пыли, где одновременно происходит и денитрификация. После денитрификации температура дымовых газов в определенной степени повышается; в зависимости от конкретных потребностей каждого коксохимического завода можно предусмотреть добавление участка по утилизации тепла. Дым от коксовых печей, прошедший процессы десульфуризации, удаления пыли и азота, а также рекуперации тепла, сбрасывается непосредственно в атмосферу. 4.2 Принцип работы процесса денитрификации с использованием SCR: в присутствии катализатора NOx, содержащиеся в дымовых газах коксовых печей, вступают в реакцию восстановления с NH3, в результате чего образуются N2 и H2O, что позволяет устранить NOx. Уравнения реакций денитрификации следующие:
4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O (1)
2NO2 + 4NH3 + O2 → 3N2 + 6H2O (2)
NO + NO2 + 2NH3 → 2N2 + 3H2O (3)
Уравнения (1) и (3) являются основными реакциями. Более 90% соединений NOx в дымовых газах коксовых печей находится в виде NO. 4.3 Особенности технологии (1) Процесс десульфуризации выполняется до процесса денитрификации; благодаря этому содержание SO2 в дымовых газах снижается до уровня ниже 30 мг/м3, что обеспечивает эффективную денитрификацию в последующих этапах ； (2) Интегрированная система удаления пыли и нитрогеносных соединений из дымовых газов; не требуется строительство дополнительных реакторов типа SCR для удаления нитрогеносных соединений ； (3) Возможна низкотемпературная денитрация дымовых газов коксовых печей; это позволяет работать при температуре дымовых газов в диапазоне 200–240°C без необходимости использования предварительных нагревателей ； (4) Сокращение общих инвестиций, низкие эксплуатационные расходы, малая площадь занимаемой территории. 5 Заключение (1) Технологии предотвращения образования NOx на этапе их генерации позволяют соблюдать стандарт, согласно которому концентрация NOx должна быть ниже 500 мг/м³. Затраты на предварительную обработку невелики, технология развита, однако она не позволяет соблюсти требования к концентрации NOx в зонах с ограничениями, составляющими менее 150 мг/м3; в таких случаях необходимо применять дополнительные технологии для финальной обработки. (2) Использование передовых технологий предотвращения позволяет снизить исходную концентрацию NOx в отходящих газах коксовых печей до уровня ниже 500 мг/м³; далее применение комплексной технологии десульфурации, пылеудаления и денитрификации позволяет значительно снизить общие капитальные затраты, а также последующие расходы на эксплуатацию и обслуживание. Об авторе: Тан Лян, магистр. Основные направления исследований: оборудование для коксовых печей, технологии охраны окружающей среды. Контактный телефон: 13755064691 Адрес: экономико-технологический район, город Чанша, провинция Хунань