减少焦炉氮氧化物产生的装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明是关于一种减少焦炉对大气污染的技术措施，尤其涉及一种减少焦炉氮氧化物产生的装置及方法。
【背景技术】
[0002]焦炉烟囱排放的污染物主要为S02、N0X及烟尘等，污染物呈有组织高架点源连续性排放，是污染大气的主要污染源之一。燃气在焦炉立火道燃烧时，会生成氮氧化物N0X，按其生成的机理分有温度热力型、碳氢燃料快速型和含氧组分燃料型三种。当空气过剩系数α =I.I，空气预热到1100°C时，焦炉煤气理论燃烧温度为2350°C，高炉煤气理论燃烧温度为2150°C。一般认为实际燃烧温度要低于此值，实际燃烧温度介于理论燃烧温度和测定的火道砌体温度之间。燃烧温度对温度热力型NO生成有决定性的作用。当燃烧温度低于1500°C时，NO量很少，但当温度高于1500 °C时，NO量按指数规律迅速增加，而焦炉煤气实际燃烧温度在1800°C左右，氮氧化物产生量将超过3000ppm。氮氧化物(NOx)包括Ν0、Ν02、Ν20、Ν203、N2O4等。NOx是光化学烟雾的引发剂之一，经过复杂的化学变化形成光化学烟雾和酸雨，危害人类健康和破坏生态环境。2012年10月I日实施的《炼焦化学工业污染物排放标准》对焦炉NOx排放有严格要求，炼焦炉烟囱排放废气中NOx含量为新建企业执行500mg/m3;现有企业执行800mg/m3(执行时间为2012年10月I日至2014年度12月31日止，2015年I月I日起执行500mg/m3)，深入地研究焦炉低NOx燃烧技术尤显重要。
[0003]现在工业上广泛应用的脱硝技术为SCR(选择性催化还原法)和SNCR(选择性非催化还原法)。但是SNCR脱硝效率低，一般不超过70%，所用还原剂消耗量较大，同时SNCR法是在炉膛内部喷射还原剂，会对生产工艺造成影响。焦炉的生产工艺的特点不允许在炼焦炉的内部进行喷氨脱硝，因此SNCR法不适用焦炉烟气(废气)的脱硝。SCR自20世纪80年代初开始逐渐应用于燃煤锅炉烟气脱硝，至今已被公认为烟气脱硝的主流技术。选择性催化还原(Selective Catalytic Reduct1n，SCR)技术是一种成熟的商业性NOx控制处理技术。脱硝原理是在280-400°C下，将含氨的还原剂喷入烟气中，在催化剂的作用下，还原剂有选择性地把烟气中的NOx还原为无毒无污染的N2和H2O,还原剂可以是液氨、氨水、尿素、碳氢化合物(如甲烧、丙稀等)等。
[0004]尽管目前烟气脱硝技术已较成熟，但在实际应用中SCR、SNCR仍存在4个方面的问题。一是SCR、SNCR需要合适的温度，SCR温度要求340°C，一般焦炉烟气温度只有280°C以下，低温催化剂开发是技术关键，难度大;二是SCR、SNCR技术的消耗大量的氨，若80 %的电厂采用此技术，则每年需消耗约500万吨的氨，占全国氨总产量的10%，这造成环保与农业“争粮”问题，使环保与农业两个基本国策难以协调发展;三是泄漏的氨不仅与二氧化硫在水蒸气作用下会生成粘附性、腐蚀性、吸附性强的硫酸氢铵，易造成空预器换热元件堵塞和催化剂失活，造成运行成本提高，同时还会在环境中形成二次细粒子；四是烟气中水溶性碱金属和气态砷化物进入催化剂内部并堆积，在催化剂活性位置与其他物质发生反应，引起催化剂中毒失活;五是废催化剂难以安全处置。据预测，我国将产生5万吨/年的SCR废催化剂，其重金属污染不容忽视。
[0005]空气分级燃烧是比较成熟的低NOx燃烧技术之一，其核心思路是避开高温和大过剩空气系数的同时出现，从而降低NOx的生成。主要方法是先将一定比例的空气(小于理论空气量)从燃烧器送入，使燃料在缺氧条件下燃烧，燃烧温度和速度都降低，燃料由于不能完全燃烧而生成中间产物HN、HCN、CN、NH3和NH2等，其相互复合生成氮气或者将已经生成的NOx还原分解。然后将剩余的部分空气以二次风的形式送入，使燃料在空气过剩的情况下充分燃烧。在此区间，由于火焰温度低，在燃尽区也不会有大量的NOx生成，因此总NOx生成量减少，此法降氮效果最高为30%。上述生产实践说明，在无废气循环的条件下，采用分段加热技术可以降低燃烧温度，降低NOx浓度。但是对于已经投产的焦炉，焦炉结构无法改变，无法使用空气分级燃烧解决氮氧化物排放问题。
[0006]由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种减少焦炉氮氧化物产生的装置及方法，以克服现有技术的缺陷。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供一种减少焦炉氮氧化物产生的装置及方法，不用改变焦炉的内部结构，能显著降低废气的氮氧化物浓度和氮氧化物绝对排放量，改善企业周边大气环境。
[0008]本发明的目的是这样实现的，一种减少焦炉氮氧化物产生的装置，所述装置包括:
[0009]双向轴流式风机，所述双向轴流式风机设置于焦炉的分烟道走廊，所述双向轴流式风机具有两个风口，一个风口通过管道与焦炉的废气通道连通，另一个风口通过管道与焦炉的空气通道连通;所述双向轴流式风机将焦炉的废气通道中的废气抽出并强制送入到焦炉的空气通道中与空气混合；
[0010]电气控制系统，所述电气控制系统控制所述双向轴流式风机的转速、转向；
[0011]测量装置，所述测量装置检测所述管道中废气的氮氧化物的浓度。
[0012]在本发明的一较佳实施方式中，双向轴流式风机的风口与废气通道连通或与空气通道连通的管道中设有调节风门，所述调节风门调整所述管道中的废气通过量。
[0013]在本发明的一较佳实施方式中，双向轴流式风机的一个风口通过管道与焦炉地下室机侧或焦侧分烟道末端的烘炉孔连通取废气;所述双向轴流式风机的另一个风口通过管道与焦炉的交换开闭器的侧盖连通，将废气送入交换开闭器的上升气流。
[0014]在本发明的一较佳实施方式中，双向轴流式风机的一个风口通过管道与焦炉地下室机侧或焦侧分烟道末端的烘炉孔及分烟道翻板处连通取废气;所述双向轴流式风机的另一个风口通过管道与焦炉的交换开闭器的侧盖连通，将废气送入交换开闭器的上升气流。
[0015]在本发明的一较佳实施方式中，双向轴流式风机的一个风口通过管道与焦炉机侧或焦侧的某一交换开闭器下端的分烟道处连通取废气;所述双向轴流式风机的另一个风口通过管道与该交换开闭器两侧的其它交换开闭器的侧盖连通，将废气送入两侧的其它交换开闭器的上升气流。
[0016]在本发明的一较佳实施方式中，焦炉中每相邻四个交换开闭器为一组，所述双向轴流式风机的一个风口通过管道与焦炉机侧或焦侧的η和n+2交换开闭器的侧盖连通，从所述η和n+2交换开闭器的下降气流取废气;所述双向轴流式风机的另一个风口通过管道与η+I和n+3交换开闭器的侧盖连通，将废气送入所述n+1和n+3交换开闭器的上升气流；
[0017]其中η为机侧或焦侧交换开闭器的编号，n= l，5，9，……。
[0018]在本发明的一较佳实施方式中，焦炉中每相邻两个交换开闭器为一组，所述双向轴流式风机的一个风口通过管道与焦炉机侧或焦侧的η交换开闭器的侧盖连通，从所述η交换开闭器的下降气流取废气;所述双向轴流式风机的另一个风口通过管道与η+1交换开闭器的侧盖连通，将废气送入所述η+1交换开闭器的上升气流；
[0019]其中η为机侧或焦侧交换开闭器的编号，η= 1，3，5，……。
[0020]在本发明的一较佳实施方式中，双向轴流式风机包括一支架，所述支架通过减振装置设置在所述分烟道走廊的底板上;所述支架上固定一防爆电机，所述防爆电机的电机轴水平设置，且同轴固定连接一不锈钢主轴;所述不锈钢主轴两端分别通过耐高温轴承转动支撑在所述支架上;所述不锈钢主轴中部同轴固定连接一不锈钢叶轮，所述不锈钢叶轮的外部封闭罩设有一锰碳钢机壳，所述锰碳钢机壳在所述不锈钢叶轮两侧形成两个风口；所述防爆电机与变频控制器连接，所述变频控制器控制所述防爆电机的转速与转向。
[0021]在本发明的一较佳实施方式中，管道由至少两段首尾连接的方形管道组成，所述方形管道之间采用耐高温硅胶布连接，所述管道上设有气体取样口，所述测量装置设在气体取样口处;所述不锈钢主轴上设有主轴散热装置。
[0022]本发明的目的还可以是这样实现的，一种减少焦炉氮氧化物产生的方法，所述方法采用双向轴流式风机将焦炉的废气通道中的废气抽出并强制送入到焦炉的空气通道中与空气混合形成混合气，用废气稀释空气中的氧含量;通过电气控制系统控制所述双向轴流式风机的转速及转向，调节混合气中的废气量，利用测量装置检测废气中的氮氧化物的浓度。
[0023]在本发明的一较佳实施方式中，方法具体包括如下步骤:
[0024]S1、调节燃烧室的空气过剩系数，使煤气接近完全燃烧，且立火道不冒火、不冒烟；
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