焦炉烟囱污染物控制探索及应用开题报告.doc

简表 课题名称 中文 焦炉烟囱污染物控制探索及应用 英文 Research and application of the coke oven chimney pollutantscontrol 研究意义： 焦炭主要用于冶金、机械、化工行业，是这些行业的主要原料和燃料，其中70%的焦炭用于冶金行业，而在冶金行业中，又有90%的焦炭消耗于高炉炼铁。在目前铁矿还原法的高炉炼铁工艺仍占据主导地位，焦炭作为还原剂，提供还原铁矿石所需的碳和热，并在高炉中作为支撑料柱，为气体穿过料层提供通道。高炉炼铁的较比平均为435kg/t，即每产生1吨生铁需要焦炭435kg。因此，焦炭是高炉炼铁的重要原料，炼焦也是钢铁工业的一个重要组成部分。 然而，炼焦的又是产生污染及其严重的产业。焦炭在给人类社会带来巨大经济利益的同时，也使当地环境遭受到极大的破坏。因此，炼焦生产环节中产生污染的控制显得尤为重要。 国家环保法规的日益严格及人们环保意识的不断加强，作为化工生产行业的焦化企业，在炼焦过程中产生的氮氧化物（NOX）引起极大关注，国家对此也相应出台了严厉的控制指标。GB16171—2012《炼焦化学工业污染物排放标准》已经于2012年10月1日实施。标准中规定：现有企业自2012年12月31日止，排放焦炉废气中的NOX浓度要求小于800 mg/Nm3。2015年1月1日起，现有企业和建设企业排放焦炉废气中的NOX浓度要求小于500 mg/Nm3。如何减少焦炉的NOX排放量，是炼焦企业刻不容缓的任务。 随着我国经济的快速发展，对焦炉排放氮氧化物的危害也日益重视，并准备制订排放控制标准。本文将对氮氧化物在焦炉燃烧过程中的形成机理及控制措施进行论述。 国内外研究现状： 1、我国氮氧化物排放的现状 炼焦炉在生产焦炭的过程中会产生许多对环境有害的污染物，NOX便是其中的一类。NOX中所含的NO和NO2因子，是造成大气污染的主要污染源之一，它们能在大气中形成酸雨或酸雾，与碳氢化合物形成光学烟雾，破坏臭氧层等，对人体、职务均有致毒损坏作用。 焦炉由于其市场工艺的特殊性，气烟囱排放废气所含的NOX浓度较高，一般可达到500—700mg/Nm3，有的甚至高达1300 mg/Nm3，其中NO占90%—95%，NO2占5%—10% 。减少或抑制NOX排放量，已经引起世界各国的管饭关注。 近二十年来，我国钢铁工业的飞速发展拉动了炼焦技术的进步，焦炉大型化的同时，淘汰装备落后的炭化室高4.3m顶装小焦炉。我国几乎囊括了世界所有的先进焦炉，冰开发了炭化室高7m的顶装焦炉，形成了炭化室高6m的捣固系类焦炉。2012念我国焦炭产量达到4.43亿吨，成为世界焦炭生产大国，同时焦炉的环保装备水平也跃入世界炼焦技术强国。从20世纪50年代开始，我国炼焦炉就采用废气循环加热技术，即在燃烧室内掺入燃烧后的废气，稀释煤气中可燃成分，一拉长火焰，促使完全燃烧。 目前，我国采用废气循环加热技术的焦炉，燃料燃烧后从烟囱排出废气的NOX一般在600—900mg/Nm3。当炼焦炉采用废气循环加多段加热的组技术时，如果采用高炉煤气加热，可控制燃烧废气中NOX≤500 mg/Nm3，当采用焦炉煤气加热时，可控制燃烧废气中NOX≤700 mg/Nm3。可以看出，当焦炉用高炉煤气掺混焦炉煤气加热时，焦炉废气中的NOX基本能满足国家排放标准的要求；而当用焦炉煤气加热的焦炉烟道废气中的NOX不能达到国家对NOX排放的要求。 2、我国氮氧化物控制现状 近年来，我国不断增加和修订各行业氮氧化物排放限值，新修订的《环境空气质量标准》也收紧了二氧化氮的浓度限值。为了进一步扼制氮氧化物不断增长的趋势，我国《国民经济和社会发展“十二五”规划纲要》已明确在“十二五”期间将氮氧化物排放量减少10%作为主要目标之一。 氮氧化物具有多重的环境效应。我国的氮氧化物排放近年来增长迅猛，导致区域臭氧和PM2.5污染加重，大范围的灰霾现象时有发生。我国酸雨正在由硫酸型酸雨向硫酸/硝酸复合型过渡，氮氧化物排放增加引起的氮沉降成为我国水体富营养化的重要原因之一，氮氧化物中的二氧化氮更对人体健康也有着直接的危害，这些都对人民群众的身体健康和生态环境造成了严重影响。 随着我国经济的发展，人口不断增长和能源消费量的增加，氮氧化物排放量已由1980年的486万吨增至2000年的1177万吨。而据最新统计的结果，我国2011年氮氧化物排放量已达2273.6万吨，呈加速上升态势。 我国自2000年以来，不断增加和修订各行业氮氧化物排放限值。经过修订均增加或者加严了针对氮氧化物的浓度限值。为进一步有效扼制氮氧化物排放，尽管因经济成本问题面临来自行业方面的较大阻力，环境保护部近年来启动了新一轮针对氮氧化物排放标准的制修订工作。 2012年2月29日，国务院常务会议同意发布新修订的《环境空气质量标准》。新标准不仅增设了饱受关注PM2.5浓度限值，还增设臭氧8小时平均浓度限值，收紧了二氧化氮的浓度限值。2012年国家颁布了新的《炼焦化学工业污染物排放标准》，新标准对污染排放控制及污染物监测的要求更加严格。　　 我国氮氧化物减排形势依然严峻。2011年前三季度，氮氧化物排放量未有下降反而上升7.2%，这为今后4年完成“十二五”期间将氮氧化物排放量减少10%目标带来巨大挑战。 3、参考文件 [1] 陈程夏，新型助燃剂在型煤燃烧中的研究及应用[J]．煤炭科学技术，1994，22(5)：35-36. [1]焦炉烟囱冒烟异常现象分析及解决对策[J].洁净煤技术，2009,15(1) [2]焦炉冒烟问题的治理[会议论文]-2007，李燕飞 [3]热回收焦炉烟囱最高废气温度的计算[期刊论文]-燃料与化工2005,36(2) ，严国华 [4]炭化室机侧炉墙穿孔的原因和对策[期刊论文]-燃料与化工2004,35(6)，程乐意 [5]武钢3＃焦炉选用的主要耐火材料[会议论文]-2005，毕磊 [6]炼焦炉烟囱冒烟现象分析[会议论文]-2007，刘东河 [7]焦炉烟囱 NO x排放控制刍议[J].燃料与化工, 2013(5),蔡承祐 [8]N.Yuhara;H.Saegusa Reduction of Level in the Flue Gas from Coke Ovens 1987 [9]H.Bertling New Development of Heating System of Coke Oven Bat-tery 1988 [10]焦炉加热燃烧时氮氧化物形成机理及控制 2009(06) ,钟英飞 三、研究方案 1. 研究内容、研究目标和拟解决的关键问题 研究内容： 1、氮氧化物的形成机理 1.1温度热力型NO形成机理及控制 1.2含氮组分燃料型NO形成机理及控制 1.3碳氢燃料快速型NO形成机理及控制 2、生产工艺指标及数据分析 2.1废气氧含量的测量、分析 2.2蓄顶温度及小烟道温度分析 3、烟尘污染控制情况 3.1分析烟尘产生源 3.2防范控制措施及应用效果 4、烟囱氮氧化物的治理 根据对现有生产的数据分析，烟囱氮氧化物超标的治理应该从以下几个方面进行： 4.1降低火道内的燃烧温度； 4.2控制火道内的氧浓度； 4.3减少串漏进燃烧系统的荒煤气； 4.4保证回炉煤气的质量（降低NH3、HCN、吡啶、喹啉等成分比例）。 研究目标： 总结现有炼焦环保技术措施，探索烟尘治理的有效措施。 拟解决的关键问题： 用分段加热与废气循环相结合的方法进行对比分析，可见废气循环对降低NOx的作用不容忽视。但废气循环技术中，废气与上升气流的煤气和空气混匀状况是关键，而混匀状况又与燃烧空间的几何形状以及煤气、空气、废气的流速、压力等有关，而这些因素又难以用计算来表述，只有通过经验来摸索。废气、煤气、空气混匀程度好，则减缓燃烧强度的效果就好，降低NOx的作用就大，否则就影响其作用。 2. 拟采取的研究方法、技术路线 研究技术路线： 焦炉烟囱污染物分析 工业分析 元素分析 污染物排放标准 燃烧特性 生产实际 NOx浓度与立火道及燃烧室温度等因素的的关系 监测数据 数据分析 效果反馈 生产工艺优化 环保设施选择 操作技术方法 应用效果评价 控制措施分析 碳氢燃料快速型NO 含氮组分燃料型NO 温度热力型NO NOx形成机理分析 3. 本研究的创新之处 探讨降低NOx的可行方法及实施效果。 4. 研究计划及预期进展 2014年3月～2014年8月：查阅国内外资料及调研焦炉烟囱污染物控制措施，确定研究方案。 2014年9月～2014年10月：焦炉烟囱污染物控制措施实施效果研究。 2014年11月～2014年12月：机理研究，数据整理，撰写论文，答辩毕业。 5. 预期研究成果 通过推进各项环保治理措施，烟尘控制措施的逐项实施，环保治理工作取得一定成效。 焦炉烟囱氮氧化物达标排放。 四、经费预算 支 出 科 目 金额(万元) 经费解决办法 1. 合 计 指导教师(学校)意见： 指导教师(签名)： 年 月 日 指导教师(企业)意见： 指导教师(签名)： 年 月 日 选题考评小组意见： 负责人(签名)： 年 月 日 学院意见： 负责人(签名)： 年 月 日 8