焦炉氮氧化物生成机理及低氮脱硝技术研究
李双娟
（山西焦化集团有限公司，山西 洪洞 041606）
[摘 要] 针对焦炉尤其是捣固型焦炉的特点，结合氮氧化物的生成机理及脱硝技术状况，阐述DN-SGT源头控脱硝技术——在增设自动加热装置的基础上，进行系统软硬件升级，即增设自动测温及控制装置、安装系统软件、建立数据模型，实现火焰温度、火落温度、焦饼温度、含氧量、氮氧化物的自动测量等。实践表明，DN-SGT源头控脱硝技术的应用，可节约焦炉煤气消耗量，减少氮氧化物的排放，降低人员的劳动强度。
[关键词] 焦炉；氮氧化物；脱硝技术；低温SCR烟气脱硝；DN-SGT源头控脱硝；应用情况
[中图分类号] X 784 [文献标志码] B [文章编号] 1004-9932（2017）03-0071-04
1 概 述
“十二五”期间，国家大力推进节能减排工作，为响应号召，山西焦化集团有限公司加大了先进节能环保技术的研发和使用，积极对焦化装置实施改造升级，从源头削减和预防污染物的产生，节能降耗，提高资源的综合利用率。在此背景下，增设焦炉自动加热装置的项目应运而生，项目投运后节约了回炉煤气量，同时减少了温室气体CO2的排放。如今，随着环保要求的日趋严格，公司计划继续与高校合作，在现有自动加热装置的基础上对JN60型焦炉进行升级改造，引进DN-SGT源头控脱硝专利技术，使氮氧化物达标排放。
氮氧化物通常包括N2O、NO、NO2、N2O3、NO3、N2O4、N2O5等，从大气污染的角度看，主要是NO、NO2。氮氧化物是造成酸雨、温室效应以及破坏大气臭氧层的主要物质之一，也是当前我国雾霾天气频发的罪魁祸首之一，对人体有致毒作用。因此，国家对氮氧化物的排放标准越来越严。2015年国家推行的氮氧化物（NOX）排放标准（烟囱取样）如下：一类地区（北京、上海等中心城市附近）NOX浓度≤150 mg/m3；二类地区（一般）NOX浓度≤500 mg/m3。
国内大部分焦化企业的氮氧化物（NOX）排放量都在800～1 500 mg/m3，尤其是捣固型焦炉，氮氧化物（NOX）排放量严重超标。因此，焦炉烟气中的NOX治理迫在眉睫。
2 氮氧化物生成机理
在燃烧过程中，氮氧化物的生成机理主要有热力型、快速型、燃料型3种。氮氧化物浓度与火焰温度的关系见图1。焦炉加热燃烧过程中产生的氮氧化物95%是热力型。
图1 氮氧化物浓度与火焰温度的关系曲线
2.1 温度热力型NOX
热力型NOX是指燃烧过程中空气中的N2直接被氧化，氧原子和氮分子反应需要很大的活化能，所以热力型NOX主要是高温燃烧引起的，主要产生在燃烧火焰的下游区，其反应机理如下：
O+N2—→NO+N
N+O2—→NO+O
OH+N—→NO+H
热力型NOX，其NOX生成浓度的决定性因素是高温以及在高温区的滞留时间，由图1可以看出，温度低于1 400 ℃，NOX浓度很低；当温度超过1 400 ℃以后，热力型的NOX浓度呈指数规律快速增长。
2.2 碳氢燃料快速型NOX
快速型NOX是碳氢燃料在过量空气系数α为0.7～0.8条件下混合燃烧生成，其生成区不在火焰下游，而是在火焰内部。快速型NOX是碳氢燃料燃烧且燃料过浓时所特有的现象，焦炉燃烧过程中生成量很小。
更多内容详见《中氮肥》2017年第3期