10/14焦化廠生產(chǎn)焦?fàn)t燃燒過程中氮氧化物形成緣由分析及掌握技術(shù)方案一、概述1、燃?xì)庠诮範(fàn)t立火道燃燒時會產(chǎn)生氮氧化物(NO

)，氮氧化x物通常多指NONO2

的混合物，大氣中的氮氧化物破壞臭氧層，造成酸雨，污染環(huán)境。掌握標(biāo)準(zhǔn)根本上是氮氧化物〔廢氣中O5％時〕，用焦?fàn)t煤氣加熱的質(zhì)量濃度以NO2 x500mg/m3,用貧煤氣〔混合煤氣〕加熱的質(zhì)量濃度不大于350mg/m3(170ppm)。2、在燃燒生成的NOx

5％左右，在大氣2的形成機(jī)理。

，故在探討NO2

形成機(jī)理時，主要爭論NO二、氮氧化物形成機(jī)理焦?fàn)t燃燒過程中生成氮氧化物的形成機(jī)理有 一是溫度熱力型NO;二是碳?xì)淙剂峡焖傩蚇O;NNO。也有資料將前兩種合稱溫度型NO。1、溫度熱力型NO燃燒過程中，空氣帶入的氮被氧化為NO，NO2

=2NO，NO2生成由如下一組鏈?zhǔn)椒错憗碚f明，其中原子氧主要來源于高溫下O2O+NN+O

=NO+N，2=NO+O；2由于原子氧和氮分子反響，需要很大的活化能，所以在燃料燃燒前和燃燒火焰中不會生成大量的NO，只有在燃燒火焰的下游高溫區(qū)〔從理論上說，只有火焰的下游才積聚了全部的熱焓而使該處溫度最高，燃燒火焰前部與中部都不是高溫區(qū)〕，才能發(fā)O的離解，也才能生成NO。2關(guān)于燃燒高溫區(qū)的溫度，綜合有關(guān)資料，選擇以《煉焦?fàn)t中氣體的流淌和傳熱》的論述為依據(jù)，當(dāng)α =1.1，空氣預(yù)熱到1100焦?fàn)t煤氣的理論燃燒溫度為23502150一般認(rèn)為，實際燃燒溫度要低于此值，實際燃燒溫度介于理論燃燒溫度和測定的火道砌體溫度之間。如測定的火道溫度不小于1350溫度不小于18501750《大氣污染掌握工程》中對NOx

的生成機(jī)理及掌握有所論述，并列出了NOx

的生成量和燃燒溫度關(guān)系圖表2-5該圖表顯示，氣體燃料燃燒溫度一般在1600～1850間，燃燒溫度稍有增減，其溫度熱力型NO〔這種關(guān)系在有關(guān)焦?fàn)t廢氣中NOx現(xiàn)明顯。

濃度與火道溫度之關(guān)系中也表有資料說明，火道溫度1300～135010℃時，則30mg/m3左右〕。x燃燒溫度對溫度熱力型NO1350NO1600NO很少，但當(dāng)溫度高于1600NO固然，該書不是焦?fàn)t燃燒的專著，但所顯示的數(shù)據(jù)與焦?fàn)t燃燒的實際相近。如在沒有廢氣循環(huán)和分段加熱的條件下，焦?fàn)t立火道溫度在1350℃時，用焦?fàn)t煤氣加熱時，其NO600ppmNO2

1300mg/m3，相當(dāng)于實際燃燒溫度不小于1850溫度熱力型NO煙氣在高溫區(qū)的停留時間和供給燃燒的氧氣量兩個因素。在焦?fàn)t立火道中，氣流流速一般在0.5m/s溫區(qū)停留時間大體在2s左右，按上述資料的圖表2-6NO200ppmα值應(yīng)不大于0.8氣量應(yīng)不大于α=1.270%。掌握溫度熱力型NO措施：掌握溫度熱力型NO生成量。可承受同行熟知的廢氣循環(huán)技術(shù)。其作用是：①廢氣循環(huán)可使相當(dāng)數(shù)量下降氣流的廢氣進(jìn)入上升氣流，降低了氣流的溫度。②廢氣循環(huán)在肯定程度上淡化了燃?xì)夂涂諝鉂舛?，而減緩了燃燒強度。上述兩種作用使燃燒溫度降低。廢氣循環(huán)技術(shù)使實際燃燒溫度降低，從而降低NO來說效果大于用貧煤氣加熱，如廢氣循環(huán)的焦?fàn)t，當(dāng)立火道溫度1350NONO21300mg/m3800mg/m3以下。而用貧煤氣加熱時，其NO降幅大，這是由于貧煤氣中惰性成分較多，而降低了廢氣循環(huán)的效果。其結(jié)果見表1。焦?fàn)t煤氣加熱貧煤氣加熱焦?fàn)t煤氣加熱貧煤氣加熱≮1350≮1800≮1700＜800～500～13251780～17901680～1690～650～400〔≯500〕130017751670～1680～600≯4001250≯1750≯1650≯500≯350從上述關(guān)系中可見，掌握廢氣中NO從上述關(guān)系中可見，掌握廢氣中NO不大于500mg/m3和不x350mg/m3的關(guān)鍵在于掌握實際燃燒溫度，用焦?fàn)t煤氣加熱時，不大于17501650另外，承受廢氣循環(huán)的焦?fàn)t，只有在立火道溫度不高于1250NOx產(chǎn)效率。

才能到達(dá)目標(biāo)，這明顯會影響焦?fàn)t的生因而需要進(jìn)一步實行技術(shù)措施，以降低實際燃燒溫度，使焦?fàn)t火道溫度高于1300NOx承受分段加熱技術(shù)。

也不超標(biāo)。表表1、NO濃度與立火道及燃燒室溫度的關(guān)系。x火道溫度，℃燃?xì)鈱嶋H燃燒溫度，℃NO，mg/m3x分段加熱一般是只用空氣分段，也有空氣和貧煤氣皆分段的〔焦?fàn)t煤氣不分段〕。分段供空氣或空氣、貧煤氣皆分段，就是形成分散燃燒，而使燃燒強度降低，從而降低燃燒溫度。XXX7.1m13Carl-still爐型，分62Otto3段供空氣，1號焦?fàn)t的火道溫度13202134031310℃〔未加校正值〕。據(jù)報導(dǎo)，其NOx

實測濃度為390mg/m3。XXX6.25m焦?fàn)t，分三段供空氣和貧煤氣。該廠介紹火道溫度1350℃〔未加校正值〕，根本用貧煤氣11次焦?fàn)t煤氣加熱，其NOx290～310mg/m3。

月平均為XXXXXX明，在無廢氣循環(huán)的條件下，承受分段加熱技術(shù)，是可以降低燃燒溫度，從而降低NOx

濃度的。假設(shè)在分段加熱的根底上，針對NOx

生成機(jī)理，掌握供給空氣量，即掌握α值，使燃燒根本是在遠(yuǎn)離理論空氣比的條件下進(jìn)行，則對掌握NOx

生成量將是格外有效的措施。分段供空氣對炭化室高7m7m為三段，第一段在火道底部，在火道適當(dāng)高度上設(shè)其次段和第三段出口。只用空氣分段時，在立火道底部的第一段燃燒時，使α不大于0.8〔“燃煤氮化物排放掌握技術(shù)”一書指出，當(dāng)α =0.8時，生成的NO量比α=1.2削減50%，如α=1.2時，供給的空氣量為100%，則α=0.8，供給的空氣量應(yīng)＜70%)。其次段供空氣量不宜大，供入其次段空氣后，α最好小于1。其次段供氣位置應(yīng)避開上升氣流高溫區(qū)的部位送入〔一般認(rèn)為不分段加熱焦?fàn)t上升氣流火道溫度最高部位，大體為距炭化室1000～1500mm處，故其次段供氣出口位置，對炭化室高7m7m以上的焦?fàn)t，宜不小于1700mm)到第三段時，火道中的α值到達(dá)1.2其次段都在遠(yuǎn)離理論空氣比的條件下進(jìn)展，到了第三段雖然α達(dá)1.2段大量廢氣的沖淡，所以第三段供的空氣在很大程度上是保證上升氣流燃燒完全。從理論上說，第一段空氣系數(shù)越小，對氮氧化物掌握效果越好，對焦?fàn)t來說，一段空氣量過小，會消滅焦?fàn)t炭化室底部溫度低，而上部溫度高，故將第一段的α值保持在0.8承受分段加熱與廢氣循環(huán)相結(jié)合的技術(shù)。分段加熱和廢氣循環(huán)技術(shù)各有所長，XXX來，對降低焦?fàn)t燃燒過程中的NOx

濃度有疊加作用，固然，這會使焦?fàn)t構(gòu)造變得簡單。XXX7.63m供空氣，并掌握α值，廢氣循環(huán)量估量為40％左右，其保證值NO

〔NOx 2

計〕濃度約500mg/m3，用貧煤氣NOx

濃度不大于350mg/m3。2、含氮組分燃料型NO、含氮組分燃料型NO形成機(jī)理。燃?xì)庵泻腥鏝H

、HCN、吡啶、喹啉等含氮組分時，這些化3合物中的氮在燃燒過程中首先在火焰中〔而不是像熱力型 NO是在火焰下游〕轉(zhuǎn)化為HCN，所以要特別留意燃料中的含HCN量，然后轉(zhuǎn)化為NHNH2NHNH2

能與氧反響生成NOH

O,2NH2

+2O2

=NO+2H2

O。或者2NONHO。2 2在火焰中，燃料氮轉(zhuǎn)化為NONO/O2α0.7時，幾乎沒有燃料型NO

之比，當(dāng)試驗說明，燃燒過程中，燃料中的氮組分有 20%～80％轉(zhuǎn)化為NO。如燃燒過程中氧量缺乏〔α<1)，已形成的NONNO2焦?fàn)t加熱用的焦?fàn)t煤氣是經(jīng)過凈化的，凈化前的荒煤氣中的含氮組分，大體NH3

7g/m3、HCN1.5g/m3。此外，還含有喹啉和吡啶等?；拿簹饨?jīng)過凈化后，一般含NH0.03g/m3、HCN0.15～0.25g/m3。31噸焦炭為例，加熱需焦?fàn)t煤氣190m3，焦?fàn)t煤氣中

、HCN0.03g/m3、0.20g/m3計，再考慮少量喹啉、3吡啶等含氮化合物，并皆以HCN0.3g/m3，則加熱焦?fàn)t煤氣帶入的含氮組分為1900.3=57gHCNNO，重度發(fā)生變化，則57×〔NO／HCN〕＝57×1.1＝63g80%〔最大轉(zhuǎn)化率〕計，則NO63×0.8=50.4g=50400mg190m焦?fàn)t煤氣燃燒生成廢氣約為1000m3，則廢氣中的NO50400/1000＝50mg/m3。即對焦?fàn)t來說，用焦?fàn)t煤氣加熱，由含氮組分燃料型生成的NO量充其量最多也只有50mg/m3左右。所以焦?fàn)t燃燒廢氣中生成的NO，當(dāng)燃燒溫度不低于1850NO600ppm～1300mg/m3，而含氮組分燃料型NO50mg/m35%。但當(dāng)焦?fàn)t老化，荒煤氣竄漏較大時，漏入的荒煤氣中含有NH7g/m3、HCN1.5g/m3，還有喹啉和吡啶等，當(dāng)焦?fàn)t立火道氣3O2

存在時，會有一局部轉(zhuǎn)化為NO。這可能是爐齡較長的焦?fàn)t，其廢氣中NO大的緣由之一。、掌握含氮組分燃料型NO生成的技術(shù)。從上述含氮組分燃料型NONO程中燃料的含氮組分轉(zhuǎn)化為HCNNH、NH2NO所以最有效的掌握技術(shù)：

后，由于氧的缺乏降一是承受分段供空氣掌握α值技術(shù)，使燃燒在遠(yuǎn)離理論空氣比的條件下進(jìn)展；二是用含氮組分低的燃料。3、碳?xì)淙剂峡焖傩蚇ONOα為0.7～0.8所生成的，其生成區(qū)不在火焰下游，而是在火焰內(nèi)部?？焖傩蚇O是碳?xì)漕惾剂先紵?，且燃料過濃時所特有的現(xiàn)象。快速型 NO生成機(jī)理至今沒有得出明確結(jié)論。有人認(rèn)為快速型NO生成過程是碳?xì)淙剂希紫扰cN2

反響生成中間產(chǎn)物N、CH、HCNO、OH、O2NO。HCN+O=NCO+H；

等反響生成HCN+OH=NCO+H；2CN+O2

=NCO+O；NCO+O=NO+CO；HCN90％的快速NOHCN的。從前述溫度熱力型NO成原子狀態(tài)，需要很大的活化能，而要在火焰下游燃燒高溫區(qū)才能實現(xiàn)。因而快速型NO在焦?fàn)t中，快速型NO時，由于焦?fàn)t煤氣中含有CH4

Hmn</SUB<p>

等，而在它們離解時有可能形成局部燃料過濃，從而形成少量的 NO。NO都對掌握快速型NO最好的措施是不用碳?xì)淙剂?，而用以CO氣。六、爭論、焦?fàn)t燃燒過程中生成的NO。主要是溫度熱力型的，用含氮組分的焦?fàn)t煤氣加熱，其生成NO量所占比例最多不超過5%。而用貧煤氣加熱，則全部是溫度熱力型的NO。、承受廢氣循環(huán)技術(shù)?？梢越档徒?fàn)t燃燒過程中NO生成量。在工業(yè)試驗中，用分段加熱與廢氣循環(huán)相結(jié)合，當(dāng)火道平均溫度 循環(huán)43％時，燃燒廢氣中NOx

313mg/m3,而將廢氣循環(huán)量4312％時，則NOx

濃度上升為520mg/m3。當(dāng)廢氣循環(huán)量由120NOx

75ppm125ppmNOx

的作用不容無視。但廢氣循環(huán)技術(shù)中，廢氣與上升氣流的煤氣和空氣混勻狀況是關(guān)鍵，而混勻狀況又與燃燒空間的幾何外形以及煤氣、空氣、廢氣的流速、壓力等有關(guān)，而這些因素又難以用計算來表述，只有通過閱歷來摸索。廢氣、煤氣、空氣混勻程度好，則減緩燃燒強度的效果就NOx

的作用就大，否則就影響其作用。試驗證明，煤氣口、空氣口的位置本身對NOx關(guān)系。

生成量也很有如煤氣口與空氣口拉開距離或穿插排列以及將焦?fàn)t煤氣出口布置在一個角落，使煤氣與空氣出口后減小混合機(jī)率，從而減緩燃燒強度，降低燃燒溫度，也有利于削減NOx

生成量。上述狀況說明，用焦?fàn)t煤氣加熱時，承受廢氣循環(huán)技術(shù)，當(dāng)1250NOx500mg/m3。

NO2

計，濃度不大于用貧煤氣加熱時，承受廢氣循環(huán)，當(dāng)火道溫度不高于1300NOx、承受分段加熱。

NO2

400mg/m3。如分段供空氣并掌握α值，尤其對含氮組分燃料型 NO，由于燃燒過程中氧缺乏降低了向NO的轉(zhuǎn)化率，從而實現(xiàn)降低焦?fàn)t燃燒廢氣中氮氧化物濃度的目的。、用分段加熱和廢氣循環(huán)相結(jié)合的技術(shù)。用焦?fàn)t煤氣之所以廢氣中氮氧化物濃度高，是由于：①焦?fàn)t煤氣燃燒時燃燒溫度高，溫度熱力型 NO量增加；②焦?fàn)t煤氣中有含氮組分以及CH4

CHmn

等，在燃燒過程中這些組分都會增加廢氣中的NO、承受含氮組分低的燃料。加強焦?fàn)t煤氣的凈化和盡量多用貧煤氣。對焦?fàn)t煤氣的凈化程度應(yīng)予以關(guān)注。焦?fàn)t煤氣中含NH

、HCN、吡啶和喹啉等，這些含氮組分，特3HCN如含量高，會增加廢氣中NO6m時，用焦?fàn)t煤氣加熱，火道平均溫度為1322NOx720mg/m3。

NO2檢測時，由于煤氣凈化系統(tǒng)的脫硫裝置未投產(chǎn)，含 高，如以1.5g/m3計，則僅此一項即為190×1.5=285g,設(shè)有50％轉(zhuǎn)化為NO，則：(NO/HCN)×(285/2)＝157g；也就是說,比用脫硫脫氰后的焦?fàn)t煤氣，其NO15750＝107mg/m3XXX6m氣，則燃燒廢氣中的NOx

濃度可能在720100＝620mg/m3。所以在煤氣凈化工藝中，從降低廢氣中NO①選擇脫硫脫氰效率高的工藝；②選擇對降低NH3的硫銨工藝為好。

效率高，并對降低吡啶也有益的以酸吸取此外，要關(guān)注初冷效率，初冷效率高對脫除吡啶和喹啉等有幫助。、降低火道溫度，從而降低NOx

濃度。很多資料都說明，焦?fàn)t廢氣中氮氧化物濃度與焦?fàn)t立火道溫度有關(guān)〔實際是與燃料燃燒溫度有關(guān)〕。當(dāng)火道溫度1200～1250明顯，溫度高于1300NOx

明顯增加。當(dāng)火道溫度由1300135010NO2

±30mg/m3左右。x如前所述，當(dāng)火道溫度保持在不高于1250強度的降低，用焦?fàn)t煤氣加熱，承受廢氣循環(huán)技術(shù)，燃燒高溫區(qū)1750NOx500mg/m3。

NO2

計〔O2

5%〕也不會高于、焦?fàn)t老化后治理。焦?fàn)t老化后，由于荒煤氣漏氣率增加，以及爐體構(gòu)造的嚴(yán)密性有所降低，使加熱系統(tǒng)氣流間受到干擾：①導(dǎo)致廢氣