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級工程碩士學位研究生 選 題 報 告 學 院 化學工程與技術(shù)學院 工程領(lǐng)域 煤化工 研 究 生 姓 名 楊 希 學 號 指導教師姓名(學校) 顏家保 指導教師姓名(企業(yè)) 2014年9月27日 一、簡表 課題名稱 中文 焦爐煙囪污染物控制探索及應用 英文 Research and application ofthe coke ovenchimney pollutantscontrol 課 題 來 源 √A.來源于企業(yè) B.其他 課 題 類 型 A. 研究課題 √B. 技術(shù)改造 C. 工程設(shè)計 D. 工程管理 開題時間 2014年9月27 日 選題考評小組成員 姓 名 職 稱 簽 名 注：選題考評小組由3~5名具有高級職稱的人員組成，其中至少有1人來自企業(yè)。 二、課題立論依據(jù) (包括研究意義、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析、參考文獻綜述) 研究意義： 焦炭主要用于冶金、機械、化工行業(yè)，是這些行業(yè)的主要原料和燃料，其中70%的焦炭用于冶金行業(yè)，而在冶金行業(yè)中，又有90%的焦炭消耗于高爐煉鐵。在目前鐵礦還原法的高爐煉鐵工藝仍占據(jù)主導地位，焦炭作為還原劑，提供還原鐵礦石所需的碳和熱，并在高爐中作為支撐料柱，為氣體穿過料層提供通道。高爐煉鐵的較比平均為435kg/t，即每產(chǎn)生1噸生鐵需要焦炭435kg。因此，焦炭是高爐煉鐵的重要原料，煉焦也是鋼鐵工業(yè)的一個重要組成部分。 然而，煉焦的又是產(chǎn)生污染及其嚴重的產(chǎn)業(yè)。焦炭在給人類社會帶來巨大經(jīng)濟利益的同時，也使當?shù)丨h(huán)境遭受到極大的破壞。因此，煉焦生產(chǎn)環(huán)節(jié)中產(chǎn)生污染的控制顯得尤為重要。 國家環(huán)保法規(guī)的日益嚴格及人們環(huán)保意識的不斷加強，作為化工生產(chǎn)行業(yè)的焦化企業(yè)，在煉焦過程中產(chǎn)生的氮氧化物（NOX）引起極大關(guān)注，國家對此也相應出臺了嚴厲的控制指標。GB16171—2012《煉焦化學工業(yè)污染物排放標準》已經(jīng)于2012年10月1日實施。標準中規(guī)定：現(xiàn)有企業(yè)自2012年12月31日止，排放焦爐廢氣中的NOX濃度要求小于800 mg/Nm3。2015年1月1日起，現(xiàn)有企業(yè)和建設(shè)企業(yè)排放焦爐廢氣中的NOX濃度要求小于500 mg/Nm3。如何減少焦爐的NOX排放量，是煉焦企業(yè)刻不容緩的任務。 隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，對焦爐排放氮氧化物的危害也日益重視，并準備制訂排放控制標準。本文將對氮氧化物在焦爐燃燒過程中的形成機理及控制措施進行論述。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀： 1、我國氮氧化物排放的現(xiàn)狀 煉焦爐在生產(chǎn)焦炭的過程中會產(chǎn)生許多對環(huán)境有害的污染物，NOX便是其中的一類。NOX中所含的NO和NO2因子，是造成大氣污染的主要污染源之一，它們能在大氣中形成酸雨或酸霧，與碳氫化合物形成光學煙霧，破壞臭氧層等，對人體、職務均有致毒損壞作用。 焦爐由于其市場工藝的特殊性，氣煙囪排放廢氣所含的NOX濃度較高，一般可達到500—700mg/Nm3，有的甚至高達1300 mg/Nm3，其中NO占90%—95%，NO2占5%—10% 。減少或抑制NOX排放量，已經(jīng)引起世界各國的管飯關(guān)注。 近二十年來，我國鋼鐵工業(yè)的飛速發(fā)展拉動了煉焦技術(shù)的進步，焦爐大型化的同時，淘汰裝備落后的炭化室高4.3m頂裝小焦爐。我國幾乎囊括了世界所有的先進焦爐，冰開發(fā)了炭化室高7m的頂裝焦爐，形成了炭化室高6m的搗固系類焦爐。2012念我國焦炭產(chǎn)量達到4.43億噸，成為世界焦炭生產(chǎn)大國，同時焦爐的環(huán)保裝備水平也躍入世界煉焦技術(shù)強國。從20世紀50年代開始，我國煉焦爐就采用廢氣循環(huán)加熱技術(shù)，即在燃燒室內(nèi)摻入燃燒后的廢氣，稀釋煤氣中可燃成分，一拉長火焰，促使完全燃燒。 目前，我國采用廢氣循環(huán)加熱技術(shù)的焦爐，燃料燃燒后從煙囪排出廢氣的NOX一般在600—900mg/Nm3。當煉焦爐采用廢氣循環(huán)加多段加熱的組技術(shù)時，如果采用高爐煤氣加熱，可控制燃燒廢氣中NOX≤500 mg/Nm3，當采用焦爐煤氣加熱時，可控制燃燒廢氣中NOX≤700 mg/Nm3?？梢钥闯觯斀範t用高爐煤氣摻混焦爐煤氣加熱時，焦爐廢氣中的NOX基本能滿足國家排放標準的要求；而當用焦爐煤氣加熱的焦爐煙道廢氣中的NOX不能達到國家對NOX排放的要求。 2、我國氮氧化物控制現(xiàn)狀 近年來，我國不斷增加和修訂各行業(yè)氮氧化物排放限值，新修訂的《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》也收緊了二氧化氮的濃度限值。為了進一步扼制氮氧化物不斷增長的趨勢，我國《國民經(jīng)濟和社會發(fā)展“十二五”規(guī)劃綱要》已明確在“十二五”期間將氮氧化物排放量減少10%作為主要目標之一。 氮氧化物具有多重的環(huán)境效應。我國的氮氧化物排放近年來增長迅猛，導致區(qū)域臭氧和PM2.5污染加重，大范圍的灰霾現(xiàn)象時有發(fā)生。我國酸雨正在由硫酸型酸雨向硫酸/硝酸復合型過渡，氮氧化物排放增加引起的氮沉降成為我國水體富營養(yǎng)化的重要原因之一，氮氧化物中的二氧化氮更對人體健康也有著直接的危害，這些都對人民群眾的身體健康和生態(tài)環(huán)境造成了嚴重影響。 隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，人口不斷增長和能源消費量的增加，氮氧化物排放量已由1980年的486萬噸增至2000年的1177萬噸。而據(jù)最新統(tǒng)計的結(jié)果，我國2011年氮氧化物排放量已達2273.6萬噸，呈加速上升態(tài)勢。 我國自2000年以來，不斷增加和修訂各行業(yè)氮氧化物排放限值。經(jīng)過修訂均增加或者加嚴了針對氮氧化物的濃度限值。為進一步有效扼制氮氧化物排放，盡管因經(jīng)濟成本問題面臨來自行業(yè)方面的較大阻力，環(huán)境保護部近年來啟動了新一輪針對氮氧化物排放標準的制修訂工作。 2012年2月29日，國務院常務會議同意發(fā)布新修訂的《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》。新標準不僅增設(shè)了飽受關(guān)注PM2.5濃度限值，還增設(shè)臭氧8小時平均濃度限值，收緊了二氧化氮的濃度限值。2012年國家頒布了新的《煉焦化學工業(yè)污染物排放標準》，新標準對污染排放控制及污染物監(jiān)測的要求更加嚴格?！　? 我國氮氧化物減排形勢依然嚴峻。2011年前三季度，氮氧化物排放量未有下降反而上升7.2%，這為今后4年完成“十二五”期間將氮氧化物排放量減少10%目標帶來巨大挑戰(zhàn)。 3、參考文件 [1] 陳程夏，新型助燃劑在型煤燃燒中的研究及應用[J]．煤炭科學技術(shù)，1994，22(5)：35-36. [1]焦爐煙囪冒煙異?，F(xiàn)象分析及解決對策[J].潔凈煤技術(shù)，2009,15(1) [2]焦爐冒煙問題的治理[會議論文]-2007，李燕飛 [3]熱回收焦爐煙囪最高廢氣溫度的計算[期刊論文]-燃料與化工2005,36(2) ，嚴國華 [4]炭化室機側(cè)爐墻穿孔的原因和對策[期刊論文]-燃料與化工2004,35(6)，程樂意 [5]武鋼3＃焦爐選用的主要耐火材料[會議論文]-2005，畢磊 [6]煉焦爐煙囪冒煙現(xiàn)象分析[會議論文]-2007，劉東河 [7]焦爐煙囪 NO x排放控制芻議[J].燃料與化工, 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]焦爐加熱燃燒時氮氧化物形成機理及控制 2009(06) ,鐘英飛 三、研究方案 1. 研究內(nèi)容、研究目標和擬解決的關(guān)鍵問題 研究內(nèi)容： 1、氮氧化物的形成機理 1.1溫度熱力型NO形成機理及控制 1.2含氮組分燃料型NO形成機理及控制 1.3碳氫燃料快速型NO形成機理及控制 2、生產(chǎn)工藝指標及數(shù)據(jù)分析 2.1廢氣氧含量的測量、分析 2.2蓄頂溫度及小煙道溫度分析 3、煙塵污染控制情況 3.1分析煙塵產(chǎn)生源 3.2防范控制措施及應用效果 4、煙囪氮氧化物的治理 根據(jù)對現(xiàn)有生產(chǎn)的數(shù)據(jù)分析，煙囪氮氧化物超標的治理應該從以下幾個方面進行： 4.1降低火道內(nèi)的燃燒溫度； 4.2控制火道內(nèi)的氧濃度； 4.3減少串漏進燃燒系統(tǒng)的荒煤氣； 4.4保證回爐煤氣的質(zhì)量（降低NH3、HCN、吡啶、喹啉等成分比例）。 研究目標： 總結(jié)現(xiàn)有煉焦環(huán)保技術(shù)措施，探索煙塵治理的有效措施。 擬解決的關(guān)鍵問題： 用分段加熱與廢氣循環(huán)相結(jié)合的方法進行對比分析，可見廢氣循環(huán)對降低NOx的作用不容忽視。但廢氣循環(huán)技術(shù)中，廢氣與上升氣流的煤氣和空氣混勻狀況是關(guān)鍵，而混勻狀況又與燃燒空間的幾何形狀以及煤氣、空氣、廢氣的流速、壓力等有關(guān)，而這些因素又難以用計算來表述，只有通過經(jīng)驗來摸索。廢氣、煤氣、空氣混勻程度好，則減緩燃燒強度的效果就好，降低NOx的作用就大，否則就影響其作用。 2. 擬采取的研究方法、技術(shù)路線 研究技術(shù)路線： 焦爐煙囪污染物分析 工業(yè)分析 元素分析 污染物排放標準 燃燒特性 生產(chǎn)實際 NOx濃度與立火道及燃燒室溫度等因素的的關(guān)系 監(jiān)測數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)分析 效果反饋 生產(chǎn)工藝優(yōu)化 環(huán)保設(shè)施選擇 操作技術(shù)方法 應用效果評價 控制措施分析 碳氫燃料快速型NO 含氮組分燃料型NO 溫度熱力型NO NOx形成機理分析 3. 本研究的創(chuàng)新之處 探討降低NOx的可行方法及實施效果。 4. 研究計劃及預期進展 2014年3月～2014年8月：查閱國內(nèi)外資料及調(diào)研焦爐煙囪污染物控制措施，確定研究方案。 2014年9月～2014年10月：焦爐煙囪污染物控制措施實施效果研究。 2014年11月～2014年12月：機理研究，數(shù)據(jù)整理，撰寫論文，答辯畢業(yè)。 5. 預期研究成果 通過推進各項環(huán)保治理措施，煙塵控制措施的逐項實施，環(huán)保治理工作取得一定成效。 焦爐煙囪氮氧化物達標排放。 四、經(jīng)費預算 支 出 科 目 金額(萬元) 經(jīng)費解決辦法 1. 合 計 指導教師(學校)意見： 指導教師(簽名)： 年 月 日 指導教師(企業(yè))意見： 指導教師(簽名)： 年 月 日 選題考評小組意見： 負責人(簽名)： 年 月 日 學院意見： 負責人(簽名)： 年 月 日 10