焦耐院优化流程节能减排

用心铸造世界2019/9/1ACRE2目录1.焦炉燃烧废气中SO2和NOx减排技术2.干熄焦长寿化技术3.焦化工序能耗分析及节能措施4.全生命周期运维服务——远程诊断服务系统5.“互联网+”在焦化行业的应用2019/9/1ACRE31.焦炉燃烧废气中SO2和NOx减排技术1.1严格的排放指标焦炉烟囱排放废气中污染物浓度限值国别单位SO2NOx备注中国mg/m350500一般地区，GB16171-201230150特别排放限值地区欧盟mg/m3COG:500COG500含氧量5%，IEDMG:200MG350日本ppm170含氧量7%注：目前，我国【炼焦化学工业污染物排放标准】暂未规定单位产品排气量，也未规定废气含氧量2019/9/1ACRE41.焦炉燃烧废气中SO2和NOx减排技术1.2焦炉烟道废气中SO2的来源及产生机理1）焦炉加热用煤气带入的无机硫产生的SO2①加热用COG中H2S燃烧生成的SO2COG中H2S含量增加时，废气中SO2浓度呈线性增加②加热用BFG中带入的硫化物产生的SO22019/9/1ACRE51.焦炉燃烧废气中SO2和NOx减排技术1.2焦炉烟道废气中SO2的来源及产生机理高炉中燃料（焦炭及煤粉）、矿石及溶剂均带入硫，其中焦炭带入的硫占80%～90%。硫的去向主要是高炉渣、铁水及高炉煤气焦炭中的硫，一部分在随炉料下降过程中挥发，大部分在到达风口时被氧化成SO2，继而在高温下与固态炭和氢反应生成S、CO2和H2S等气态硫和硫化物这些气态硫和硫化物在上升煤气流中大部分被上部炉料中CaO、FeO和金属铁吸收，一小部分随煤气排出高炉2019/9/1ACRE61.焦炉燃烧废气中SO2和NOx减排技术1.2焦炉烟道废气中SO2的来源及产生机理2）焦炉加热用COG中有机硫燃烧生成SO2COG中有机硫含量增加时，废气中SO2浓度呈线性增加荒煤气中的有机硫主要包括CS2（300～500mg/m3）、COS（100～200mg/m3）、噻吩C4H4S（100～150mg/m3）、C5H6S、CH3HS等，还有少量硫醇、硫醚类有机硫常规净化后，煤气中有机硫总质量浓度（以S元素计）从300～600mg/m3降至100～180mg/m32019/9/1ACRE71.焦炉燃烧废气中SO2和NOx减排技术1.2焦炉烟道废气中SO2的来源及产生机理3）焦炉炭化室中荒煤气渗漏进入燃烧室燃烧生成的SO2①炉墙窜漏不可避免炉墙是由3000多块耐火砖通过火泥粘结及砖沟砖舌咬合形成的。受以下四方面因素影响，炉墙将因正常损坏而发生串漏：温度变化机械力的作用物理化学作用炉长增长与炭沉积2019/9/1ACRE81.焦炉燃烧废气中SO2和NOx减排技术1.2焦炉烟道废气中SO2的来源及产生机理炭化室墙面肯定有裂纹（或缝隙）存在，且随着炉龄增长，裂缝宽度越来越大，裂缝数量越来越多炭化室内荒煤气为正压，墙面另一侧燃烧室立火道为负压，当炭化室墙面上的这些缝隙未被沉积碳完全堵死时，荒煤气就会从炭化室漏入燃烧室立火道标定表明，炉墙漏气率在1%～2%之间，有的高达2.5%2019/9/1ACRE91.焦炉燃烧废气中SO2和NOx减排技术1.2焦炉烟道废气中SO2的来源及产生机理②炉墙窜漏对废气中SO2的影响炉墙窜漏过来的是未经净化的荒煤气，含硫量极高，这将引起立火道下降气流中的SO2含量急剧上升.COG加热时，荒煤气窜漏将使废气中SO2浓度增加.MG加热时，荒煤气窜漏将使废气中SO2浓度增加.2019/9/1ACRE101.焦炉燃烧废气中SO2和NOx减排技术1.3烟道废气中SO2的减排措施1）源头减排，减少SO2生成焦炉烟道废气中SO2浓度由如下因素决定：①加热煤气种类及其无机硫和有机硫的含量加热用COG中H2S含量当入炉煤中的硫含量增加，煤气脱硫操作条件恶化时，会使得COG中H2S含量增加有机硫含量②废气量③炉墙串漏率2）末端治理（脱硫）——减少SO2排放2019/9/1ACRE111.焦炉燃烧废气中SO2和NOx减排技术1.4烟道废气中NOx的来源及产生机理1）NOx生成机理3种：温度热力型、碳氢燃料快速型和含氮组份燃料型在燃料燃烧生成的NOx中，NO占95%。主要研究NO的形成机理①温度热力型NO：燃烧过程中，空气中带入的氮被氧化为NOO+N2＝NO+NN+O2＝NO+O由于原子氧和氮分子反应需要很大活化能，只有在燃烧火焰的高温区才会产生当火焰温度高于1500℃时，其生成速度按指数规律迅速增加2019/9/1ACRE121.焦炉燃烧废气中SO2和NOx减排技术1.4烟道废气中NOx的来源及产生机理②碳氢燃料快速型NO快速型NO是碳氢系燃料在α＝0.7～0.8，并用预混合燃烧方式时生成的。焦炉中，只有用COG加热时，由于焦炉煤气中含有CH4以及CmHn，在其形成局部燃料过浓时，才会形成少量的NO③含氮组分燃料型NO燃气中含有如氰化氢HCN、氨NH3、吡啶C5H5-N、喹啉C9H7N等含氮组分时，这些化合物中的氮在燃烧过程中会转化为NO2019/9/1ACRE131.焦炉燃烧废气中SO2和NOx减排技术1.4烟道废气中NOx的来源及产生机理2）焦炉燃烧时生成的氮氧化物主要温度热力型NO大型焦炉在用MG加热时，火焰温度通常为1750~1800℃；用COG加热时，通常1850~1900℃用COG加热时，烟道废气中NOx含量很高产生大量温度热力型NO含氮组分多，形成大量含氮组分燃料型NOCOG中含有CH4以及CmHn，可能形成极少量的快速型NO2019/9/1ACRE141.焦炉燃烧废气中SO2和NOx减排技术1.5烟道废气中NOx的控制措施1）源头减排，减少NOx生成①采用贫煤气加热贫煤气火焰温度低；除N2外无其他含氮组分；无碳氢燃料型NO焦炉宜采用复热式炉体，为未来增加贫煤气设施预留可能性用发生炉煤气顶替焦炉煤气采用焦炉煤气时，应尽可能降低含氮物质浓度减少炉墙串漏2019/9/1ACRE151.焦炉燃烧废气中SO2和NOx减排技术1.5烟道废气中NOx的控制措施②降低燃烧火焰温度a）废气循环：降低可燃成分及氧气的浓度，减小燃烧强度b）分段加热多级燃烧，降低最高燃烧温度处燃烧强度分段位置及比例控制c）控制空气与煤气的扩散速度d）立火道温度e）加热制度优化上述各项措施可根据情况组合应用但仅靠源头减排，无法达到150mg/m32019/9/1ACRE161.焦炉燃烧废气中SO2和NOx减排技术1.5烟道废气中NOx的控制措施2）末端治理（脱硝），减少NOx排放①选择性非催化还原脱硝（SNCR）合适温度下，喷入氮还原剂（氨、尿素、碳酸氢铵），将烟气中的NOx还原为N2和H2O投资低，在火电、水泥、陶瓷行业得到成功应用焦炉上应用提高脱硝效率降低还原剂用量控制氨逃逸2019/9/1ACRE171.焦炉燃烧废气中SO2和NOx减排技术1.5烟道废气中NOx的控制措施②选择性催化还原脱硝（SCR）在催化剂作用下，还原剂NH3选择性地与烟气中NOx反应，生成无污染的N2和H2O目前，正在研发、试验的技术主要由以下2种：a）碳酸钠半干法脱硫+低温脱硝一体化工艺脱硫：Na2CO3+SO2→Na2SO3+CO22Na2SO3+O2→2Na2SO4脱硝：4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2ONO+NO2+2NH3→2N2+3H2O低温催化剂2019/9/1ACRE181.焦炉燃烧废气中SO2和NOx减排技术1.5烟道废气中NOx的控制措施焦炉烟道焦炉烟囱SDA塔脱硝除尘一体化反应器风机517000Nm3/h180℃180℃煤气加热炉BFG（COG）空气180℃180℃160℃600℃200℃2019/9/1ACRE191.焦炉燃烧废气中SO2和NOx减排技术1.5烟道废气中NOx的控制措施工艺特点①脱硫效率高，可适应高硫煤生产脱硝前碱法脱硫，保证后续的高效脱硝烟气通过滤袋过程中，与滤袋外表面滤下的未反应脱硫剂充分接触，进一步提高脱硫效率②烟气除尘、喷氨、脱硝、催化剂热解析再生一体化，占地少减少粉尘对催化剂的磨损、延长催化剂寿命省略传统工艺中催化剂清灰系统2019/9/1ACRE201.焦炉燃烧废气中SO2和NOx减排技术安装中的脱硫塔及脱硝除尘一体化反应器（湛江）2019/9/1ACRE211.焦炉燃烧废气中SO2和NOx减排技术1.5烟道废气中NOx的控制措施③脱硝效率高通过除尘滤袋过滤层和混合均流结构体的均压作用，使烟气速度场、温度场分布均匀氨气通过网格状喷氨口喷入，使氨气与烟气接触充分，混合均匀④操作方便可在线检修设备或更换催化剂低温工况下低温催化剂对SO2/SO3转化率低可在线利用高温烟气分解催化剂表面黏性物质2019/9/1ACRE221.焦炉燃烧废气中SO2和NOx减排技术1.5烟道废气中NOx的控制措施⑤温降小半干法脱硫温降小，满足烟囱热备要求烟气在高于露点温度的干工况下运行，不存在结露腐蚀危险，无需做特殊内防腐处理⑥投资及运行成本低采用传统蜂窝状催化剂，利于催化剂更新换代项目吨焦投资吨焦操作成本备注湛江7m顶装36元/t焦12.6元/t焦（仅7-8元）焦炉烟气温度低某5.5m捣固20元/t焦＜7元/t焦仅脱硝，COG加热2019/9/1ACRE231.焦炉燃烧废气中SO2和NOx减排技术1.5烟道废气中NOx的控制措施b）烟道废气加热+高温催化还原脱硝工艺脱硝（高温催化剂）4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O2019/9/1ACRE241.焦炉燃烧废气中SO2和NOx减排技术1.5烟道废气中NOx的控制措施③SICS（有机催化法）脱硫脱硝工艺（碱液吸收法，湿法烟气脱硫）SO2+H2O↔H2SO3H2SO3+L→L.H2SO3L.H2SO3+O2→L+H2SO4H2SO4+NH3→(NH4)2SO4NO+O3→NO2NO2+H2O↔HNO2HNO2+L→L.HNO2L.HNO2+O2→L+HNO3HNO3+NH3→NH3NO32019/9/1ACRE251.焦炉燃烧废气中SO2和NOx减排技术1.5烟道废气中NOx的控制措施④活性炭/活性焦脱硫脱硝工艺（固体吸附法）脱硫2SO2+O2+2H2O→2H2SO4脱硝（活性焦作催化剂）4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2ONH3补充新活性炭循环活性炭SO2热风炉余热锅炉风机活性炭脱硫脱硝塔解析塔焦炉烟囱焦炉烟道2019/9/1ACRE262.干熄焦长寿化技术2.1背景目前国内投产的干熄焦特别是干熄焦砌体的使用寿命并不十分理想：绝大多数干熄焦都需要1年一小修，3年一中修，5年一大修干熄焦的停产维修，不仅不利于充分发挥干熄焦的经济效益和环境效益，还大幅增加了干熄焦的维修成本，更重要的是对整个钢铁企业的稳定生产和经济效益产生了严重影响为降低建设投资，除我国宝钢采用全干熄技术外，国内外其他钢铁企业的焦炉均采用干熄焦为主、湿熄焦备用的熄焦方式这种干、湿焦炭倒换对高炉生产的稳定性和顺行性造成了极大困难2019/9/1ACRE272.干熄焦长寿化技术2.1背景干熄焦的焦炭质量好且质量稳定，而湿法熄焦的焦炭不仅质量差，更重要的是水分的稳定性差由于焦炭质量及水分的波动常造成高炉生产顺行性变差，严重影响高炉的产量和整个企业的经济效益国内某大型钢企4千多立高炉的生产实践：为应对干熄焦检修，高炉需退负荷约0.4，焦比上升28kg/t·Fe、喷煤比下降20kg/t·Fe，铁水产量每天减少1千多t经测算，由于干熄焦检修，每年造成生产成本上升高达5千多万（2套干熄焦，2座高炉）2019/9/1ACRE282.干熄焦长寿化技术2.1背景即使采用全干熄，也必须解决干熄焦自身维修费用高干熄焦长寿化是一个世界性难题国际上，不少钢铁企业特别是东亚和俄罗斯的钢铁企业对干熄焦的依赖也