焦化厂排入焦炉烟囱的烟气中SO2、NOX的含量及控制分析
1 引言
炼焦化学工业（下称炼焦化工）是我国传统煤化工的一个主要组成部分，也是国民经济的重要支柱产业，同时还是出口创汇企业。炼焦化工又称煤炭高温干馏 ，是指煤在隔绝空气条件下，加热到950～1050℃时，经过干燥，热解，溶解，粘结，固化，收缩，成型等物理化学的阶段。最终制的焦炭，同时也获得煤气、焦油等化工产品。
进入本世纪初，随着国民经济的腾飞，公路、铁路、城市化等基础建设的全面开展，钢铁工业进入一个快速发展期，也带动我国的炼焦化工进入了快速的发展阶段，表1给出了我国十几年来焦炭产量的变化。
从表1中可以看出，除2008年我国的焦炭产量受金融危机的影响，略有下降外，均处于向上增长的势头。其原因：是技术装备水平的提高；是产业的园区化、规模化水平提高；是国内钢铁产量的大幅度提高。
近几年来，国家针对淘汰“二高一低”行业的措施不断出台，也直接的触动了炼焦化工。从2005年开始至2009年国家计划淘汰落后焦炭产能约8000万t，实际完成8254万t。表2是焦化作业五年来淘汰落后产能表
在淘汰落后产能的同时，规模化、园区化的新技术也在上马。在2010-2012年间净增产能8000万t，2013年我国的焦炭产量已达4.8亿t，同比增长8.1%。
焦化企业是一个重污染单位，除污水外。炼焦时，干馏需要的热量要靠回炉煤气供给。我国每年有800亿m3焦炉煤气用于炼焦的热源，要排出带SO2，NOX的烟气约6720亿m3，为此国家出台了GB16171-2012炼焦化学工业污染物排放标准。
2 现有企业烟气排放的状况
在炼焦过程中，先将煤加入炭化室后，再由燃烧室供给热量，使其温度达到工艺要求的参数。煤进行转化，生成焦炭、煤气、焦油等产品。焦炭熄焦后，送焦仓外售，煤气经化产回收时，分出焦油，硫铵、苯、硫温度过高还会使副反应急剧上升等化工产品，粗脱硫净化后的焦炉煤气约58%。去深加工，生产其他化工产品。约42%的返回焦炉，作为炼焦的热源。
现以一座100万t/a的焦炉为例 ，其物料平衡图如图1，物料平衡表如表3，表4。表3是山西某焦化厂，其粗煤气中总硫含量～3g/Nm3，粗脱后回炉煤气中H2S≤20mg/Nm3.排放的烟气中SO2＜50mg/Nm3，说明其焦炉无串漏现象。表4为有串漏时的数据，随着串漏气量的增加，烟气中SO2 的含量就上升。
3 国家的排放标准及超标的分析
3.1 为了保护环境 ，防治污染，促进炼焦化工生产工艺和污染治理技术的进步。国家环保部于2012年6月27日发布了GB16171-2012标准。标准中特别提示对焦炉烟囱烟气污染物做了限定，数据如表5所示。
针对我国大气污染存在的问题。最近国家发改委、能源部、环保部将有新的排放标准出台。其SO2≤50mg/Nm3，NO2≤80mg/Nm3，这对有关企业提出了更高的要求，将推动企业进行更大力度的技术更新。
3.2排放超标的原因分析
入炉煤含硫高
粗煤气中的硫化物，是由煤中的硫转化而来，据统计燃煤中的硫约65%~72%的进入焦炭，约28%~35%进入净煤气，如果入炉煤中选用高硫煤，必然会使粗煤气中硫化物升高，烟气中SO2超标。
粗脱硫净化度低。
正常情况下，焦炉煤气经粗脱后，H2S含量应≤20mg/Nm3，个别企业≤50mg/Nm3，而有些企业大大超过此值。
一般情况下，焦炉内部串漏气，焦炉在开工的某个阶段会有内部串漏气现象，串漏气时，会有一定量的荒煤气由碳化室进入燃烧室，从而引起烟气中SO2超标。
氮氧化物的超标，首先是回炉煤气在燃烧时形成NOX，其次是回炉煤气中含有HCN、NCNS等含氧化合物。燃烧时形成 NOX。
4 达标排放应采用的措施
4.1 降低SO2的措施
控制入炉煤的硫含量不要超过某一限定值。
管理好粗脱硫工序的运行，提高其净化度，使回炉煤气中H2S
含量≤20mg/ Nm3。
管理好焦炉运行，确保焦炉正常生产时不出现串漏煤气现象。
以上措施实行后，可以使烟气中SO2含量在排放标准内。但是由于资源（当地无低硫入炉煤）和经济（焦炉不能停车）的原因。引起超标时，可以在煤气粗脱硫前，增设加氢装置，使90%的有机硫转化为无机硫，再经粗脱时除去。
4.2 降低NOX的措施
借鉴天然气锅炉的经验选用LNB（低NOX燃烧后器）的原理。
（据报道，国内生产的LNB用于天然气锅炉时，可使其烟气中的NOX的浓度，由原先的300PPm将至80PPm以下。选用LNB也是回炉煤气燃烧时，降低烟气中NOX含量的一项措施。由于当前焦炉均采用储热式换热的结构。安装LNB是行不通的）。通过调节开闭器，使空气与回炉煤气量比由当前的1.2减少至1.1可以降低烟气中NOX。
4.3 脱NOX、SO2的技术
烟气中往往是NOX和SO2同时存在并超标，选用的工艺要求需将两者一起脱除的技术。
目前常用的方法是先用SCR脱除NOX，再用湿法（钙法或氨法）脱除SO2。该法投资大和运行费用高，且有二次污染。
正在推广的一种叫有机催化工艺，其原理是气相通过弱碱性溶液时，NOX、SO2和有机催化剂形成大分子团，从气相中脱除，满足净化度的要求。在液相中大分子团遇到碱液时释放出NOX和SO2而形成HNO2和H2SO3。通入氧气后，氧化成HNO3和H2SO4。同时和溶液中NH4+（或Na+）形成盐。分离出NH4NO3、（NH）2SO4作为副产品。溶液返回系统再吸收。该法已有几套工业化装置。
干法活性炭纤维功能材料工艺，是烟气通过装有活性炭纤维功能材料的吸收器时，NOX转化为N2、SO2转化为SO3，再生时可得到H2SO4或硫酸盐。工艺简便、费用低，目前已有工业化应用。
活性氨脱硝和高效气相脱硫技术在锅炉的高温区喷入活性氨NR进行脱硝（替代SNCR），在烟道中喷入复合脱硫剂，可以达到NOX ≦100 mg/ Nm3、SO2≦50 mg/ Nm3的要求，该技术已在中试阶段。
5 结束语
本世纪初，随着煤化工业快速发展，炼焦产业也急速腾飞。至今我国炼焦产能已达6亿t/a，居世界之首。2013年焦炭产量4.8亿t，炼焦用煤占全国用煤量的20%。炼焦化工已成为一个独特的行业。在过去的十几年中。炼焦化工为国民的发展做出了巨大的贡献。
在实现美丽中国的梦想中。炼焦化工作为一个重污染源的行业，特别是废水废气的治理已成为该行业生存和发展的阻碍。因此焦炉烟气中NOX、SO2的治理是该行业急待解决的难题。