简体中文
Složení spalin koksárenské pece: Průvodce řízením emisí na základě dat
DOMŮ / NOVINKY / Novinky z oboru / Složení spalin koksárenské pece: Průvodce řízením emisí na základě dat
Složení spalin koksárenské pece: Průvodce řízením emisí na základě dat
Od správce
Komínový test pro koksárenskou baterii vrací 11,4 % CO2 a 2,8 % O2 na suchém základě, ale systém úpravy spalin byl navržen kolem 9,0 % CO2 a 4,5 % O2. Nyní je třeba změnit velikost přívodu činidla a zvýšit objem katalyzátoru SCR, což přidává týdny výpadku. Jedná se o náklady na léčbu složení spalin z koksárenské pece jako předpoklad namísto naměřeného návrhu.
Tato příručka uvádí základní linii surového plynu, počty spalin po spalování a přímou vazbu mezi každou měřenou složkou a čistícím zařízením vybraným pro koksovnu. Je napsán pro inženýry závodu, manažery EHS a konstruktéry EPC, kteří potřebují obhajitelný základ pro práci v oblasti kontroly emisí.
Surový koksárenský plyn a spaliny nejsou stejný proud
Surový koksárenský plyn je palivový plyn odebíraný z koksovací komory, zatímco spaliny z koksárenské pece jsou výfukové plyny vznikající při hoření paliva v topných stěnách baterie a oba proudy potřebují zcela odlišné analytické rámce.
Surový COG opouští pece při zhruba 700-800 °C a nese vodík, metan, oxid uhelnatý, C2 uhlovodíky, dehtové páry, BTX aromáty, naftalen, sirovodík a čpavek. Má výhřevnost 17-19 MJ/Nm3, je jedovatý, na vzduchu je výbušný v rozmezí zhruba 4 % až 30 % obj. a před vypálením musí projít separací dehtu, praním čpavku a odsířením. Po výrobě vedlejších produktů si čisté palivo zachovává charakter bohatý na vodík, který určuje jeho chování při spalování.
Definice
Koksárenské spaliny jsou plynné spaliny vznikající při čištění nebo spalování surového koksárenského plynu v topných kouřovodech koksárenské baterie. Obsahuje především dusík, vodní páru a oxid uhličitý, s menšími koncentracemi kyslíku, NOx, SO2 a pevných částic.
Když palivo vstupuje do spalinových cest, spalování přeměňuje nosiče energie na stabilní produkty: druhy síry oxidují na SO2, dusík ze spalovacího vzduchu prochází téměř beze změny a vodíková frakce se stává vodní párou. Výslednému proudu dominuje inertní plyn, a to je proud, u kterého se měří shoda s životním prostředím.
Surový koksárenský plyn
palivový plyn při 17-19 MJ/Nm3 s H2 při 50-60 % a CH4 při 25-30 %; toxické, výbušné a před použitím vyčištěné v továrně na vedlejší produkty.
Spaliny ze spalování
Zásobní plyn při 180-300 °C s N2 při 66-72 %, H20 při 15-20 % a C02 při 6-9 %; přenáší NOx, SO2 a částice do zpracovatelského vlaku.
Základní složení koksárenského plynu před spalováním
Vyčištěný koksárenský plyn obsahuje zhruba 50-60 % vodíku, 25-30 % metanu, 5-10 % oxidu uhelnatého, 2-3 % oxidu uhličitého, 2-5 % dusíku a 1-3 % objemově vyšší uhlovodíky a stopové plyny.
Níže uvedená tabulka ukazuje reprezentativní vyčištěnou směs COG. Poměr H2/CH4 zhruba 2:1 je nejdůležitější palivová hodnota, protože řídí teplotu plamene, produkci vodní páry a tvorbu NOx v kouřovodech.
Reprezentativní složení vyčištěného koksárenského plynu, % objemu
Na stopových složkách záleží více, než naznačuje jejich objem:
H₂S při 100-500 mg/Nm3 ve vyčištěném COG se ve spalinách téměř úplně přeměňuje na SO₂.
Zbytkový NH3 nad 50 mg/Nm3 se stává dusíkem vázaným na palivo a zvyšuje základní linii NOx.
Dehtová mlha a naftalen přenášejí uhlíkové částice do plamene a vytvářejí riziko usazování na teplosměnných plochách.
78–88 % vyčištěného COG je vodík plus metan. To je důvod, proč plameny COG přesahují adiabatickou teplotu 1800 °C a proč spaliny obsahují více než 18 % vodní páry.
Složení spalin po spalování koksárenské pece: čísla, na kterých záleží
Když je koksárenský plyn spalován s 5-15% přebytkem vzduchu, spaliny obsahují přibližně 66–72 % dusíku, 15–20 % vodní páry, 6–9 % oxidu uhličitého a 1,5-4% kyslíku na mokré bázi, s NOx 100-350 mg/Nm3 a částicemi 10-80 mg/Nm3
| Parametr | Mokrý základ | Suchý základ | Poznámky |
| N2 | 66-72% | 77–82 % | Ze spalovacího vzduchu dusík |
| H2O | 15-20% | n/a | Ze spalování H2 a CH4 |
| CO2 | 6-9% | 7,5–10,5 % | Z uhlíku v palivu |
| O2 | 1,5–4 % | 1,8–4,5 % | Rozsah regulace přebytečného vzduchu |
| NOx | 100-350 mg/Nm3 | 100-400 mg/Nm3 | Hlavně NE, tepelného původu |
| SO2 | 20-120 mg/Nm3 | n/a | Závisí na skluzu H2S |
| Částice | 10-80 mg/Nm3 | n/a | Přenos jemných částic a sulfátový aerosol |
NOx se tvoří třemi cestami v plameni COG. Termální (Zeldovich) NOx dominuje, protože plamen bohatý na vodík dosahuje vysokých adiabatických teplot. Okamžité NOx se tvoří v tenké zóně po plameni, kde uhlovodíkové radikály reagují s dusíkem, a palivové NOx se objevují vždy, když čpavek nebo HCN přežije továrnu na vedlejší produkty. V dobře fungující baterii tvoří tepelné NOx více než 80 % z celkového počtu.
1800 °C
Teplota adiabatického plamene při téměř stechiometrickém spalování COG
18 %
Typický podíl vodní páry v mokrých spalinách z koksárenské pece
100-350
mg/Nm3 NOx měřeno před každým krokem denitrifikace
Kyselý rosný bod
Při 15-20 % vodní páry i 5-10 mg/Nm3 SO3 tlačí kyselý rosný bod nad 130 °C. Jakýkoli povrch pod touto teplotou – trubky ekonomizéru, násypky baghouse, lopatky vnitřního ventilátoru – kondenzuje kyselinu sírovou a koroduje.
Jak složení spalin koksárenské pece řídí výběr zařízení pro úpravu
Každá měřená složka spalin určuje konkrétní rozhodnutí o úpravě: zatížení částic vybírá sběrač prachu, SO2 vybírá odsiřovací činidlo a jakost materiálu, NOx volí objem katalyzátoru SCR a vodní pára určuje řízení teploty.
Částice: velikost pytlů a filtrační média
Zatížení prachem 10 až 80 mg/Nm3 při teplotách spalin 180 až 300 °C je běžně řešeno pulzním tryskovým pytlem. PPS plsť je výchozí médium; Membrány PTFE se přidávají, když zatížení SO2 zvýší rosný bod kyseliny blízko provozní teplotě. Dostupné pokyny na výběr pytlového filtru pro průmyslové spaliny ukazuje, jak volba média následuje po odečtení analýzy plynu.
Nízkotlaký pulzní tryskový sběrač prachu pro vysokoteplotní spaliny Tento baghouse zvládá zatížení prachem až 80 mg/Nm3 při 180-300°C pomocí PPS plsti nebo PTFE membrán pro podmínky kyselého rosného bodu, což zajišťuje výstupní emise pod 8 mg/Nm3. Zobrazit produkt → Jemné částice a kyselá mlha po odsíření
Mokrá odsiřovací věž odstraňuje SO2, ale nasycuje proud vlhkostí a vytváří submikronovou sulfátovou mlhu. Vertikální voštinový mokrý elektrostatický odlučovač po proudu tyto kapičky odstraňuje; bez něj jsou limity opacity překročeny, i když je hmotnostní údaj o prachu pod limitem. Společnost Anhui Tiankang Environmental Technology Co., Ltd., dodavatel průmyslového systému čištění spalin, poskytuje tuto konfiguraci mokrého ESP pro koksovny, které potřebují cestu s nízkým rizikem shody pro celou řadu spalin.
Vertikální voštinový mokrý elektrostatický odlučovač pro nasycený plyn Tento mokrý ESP umístěný za mokrou odsiřovací věží odstraňuje submikronovou sulfátovou mlhu a vlhkost, čímž dosahuje výstupního prachu pod 5 mg/Nm3, aby spolehlivě splnil limity opacity. Zobrazit produkt → SO2 a kyselé plyny: volby činidel a metalurgie
SO2 při 20-120 mg/Nm3 se běžně odstraňuje pomocí pračky na bázi vápence-sádry nebo amoniaku. Údaje o složení řídí specifikaci materiálu více než chemie činidel: obsah chloridů a SO3 určuje, zda jsou ve výstupním potrubí a komínu vyžadovány vnitřní části z uhlíkové oceli, plastu vyztuženého vlákny nebo obložení C276.
NOx: Objem katalyzátoru SCR je korigován na H2O a O2
SCR reaktor je dimenzován podle vstupních hodnot NOx, O2 a H2O. Vodní pára o 15–20 % soutěží s NOx o aktivní místa na katalyzátoru na bázi vanadu, takže objem musí být korigován podle skutečné vlhkosti spalin namísto výchozích nastavení kotle na vzduch. Hodnota O2 pouze 1,5-4% udržuje katalyzátor aktivní, ale zpomaluje rychlost redukce NO na spodní hranici rozsahu.
Fugitivní emise: zachycení u zdroje
Sada baterií není jediným bodem vyzařování. Přijímání uhlí, pásové dopravníky, tlačení koksu a netěsnosti dvířek pece vytvářejí občasné oblaky prachu, které je levnější zachycovat než následně čistit. Pásem uzavřený kryt na každém předávacím místě, odváděný do centrálního pytlíku, udržuje prach z práškového uhlí mimo atmosféru pracoviště a mimo střechu baterie.
Kapota uzavřená na opasku pro zachycování prachu z dopravníku Úplné pouzdro s měkkými bočními spoji, které se přizpůsobí šířce a průvěsu pásu, zachycuje uhelný prach v překládacích bodech a zamezuje vzniku vleček na pracovišti, odváděných do centrálního pytlíku. Zobrazit produkt → Zpracování je zrcadlem měřicího listu. Pokud v analýze spalin chybí údaje o SO3, úniku čpavku nebo kondenzované mlze, návrh postrádá mokré ESP, korozivzdorné obložení nebo SCR bypass – a dodatečné vybavení je vždy dražší než původní instalace.
Polní protokol pro měření složení spalin z koksárenské pece
Obhájitelný návrhový základ začíná testem zásobníku, který měří složení suchého plynu, vlhkost, NOx, SO2, SO3 a částice v zásobníku baterií během alespoň dvou úplných cyklů koksování, včetně nabíjecích a tlačných špiček.
Zmapujte vzorkovací mřížku na komíně podle metody US EPA 1 tak, aby každý bod přejezdu představoval stejnou plochu kouřovodu.
Proveďte izokinetický odběr vzorků částic metodou US EPA 5 nebo 17, abyste zachytili hrubý unášený a kondenzovatelný materiál.
Průběžně analyzujte O2, CO2, CO a NOx pomocí extraktivního analyzátoru kalibrovaného na očekávanou úroveň vlhkosti.
Zachycujte SO2 a SO3 odděleně; metoda řízené kondenzace zabraňuje absorbování SO3 do kondenzované vody.
Změřte vlhkost a rosný bod kyseliny přímo pomocí rovnovážné sondy namísto výpočtu vodní páry pouze z analýzy paliva.
Ověřte každou naměřenou hodnotu s hodinovou hmotnostní bilancí paliva a plynu; analýza plynu, která neodpovídá vstupnímu palivu, je chybná bez ohledu na certifikát o kalibraci analyzátoru.
Upozornění na cyklus
Neprůměrujte stohovací test bez oddělení koksovacích fází. NOx během nabíjení a tlačení může dosáhnout 1,5 až 2 násobku průměrné hodnoty baterie a návrhový základ postavený na průměru propadne v povolovacím testu během prvního týdne.
Často kladené otázky
Jaký je rozdíl mezi koksárenským plynem a koksárenským spalinem?
Koksárenský plyn je palivo bohaté na vodík, které vzniká při karbonizaci uhlí, zatímco spaliny z koksárenských pecí jsou spaliny ze spalování tohoto paliva v kouřovodech topení baterie. Palivo je toxické a výbušné; spaliny jsou inertní, ale nesou NOx, SO2 a částice, které vyžadují úpravu.
Kolik CO2 je ve spalinách z koksárenské pece?
Koksárenské spaliny obsahují zhruba 6-9 % CO2 na mokré bázi a 7,5-10,5 % na suché bázi, v závislosti na poměru přebytku vzduchu a obsahu metanu v topném plynu.
Proč spaliny z koksárenských pecí obsahují tolik vodní páry?
Vodík tvoří 50-60 % vyčištěného koksárenského plynu. Když hoří, jeden objem H2 produkuje jeden objem vodní páry, zatímco metan produkuje dva objemy na objem paliva. Společně stlačí vlhkost spalin na 15-20%.
Je SO2 vždy přítomen ve spalinách z koksárenské pece?
Ano, pokud není koksárenský plyn plně odsířen proti proudu. I po plynárně zůstává určitý únik H2S a oxiduje se na SO2 ve spalinách, přičemž typicky vzniká 20-120 mg/Nm3 SO2 ve spalinách.
Sečteno a podtrženo: list o složení spalin je plánem pro každou investici do snižování emisí v koksovně. Změřte si to, než něco změníte.
