焦炉烟气超低排放基准氧含量折算的研究

欧希䶮

(山西太钢不锈钢股份有限公司焦化厂，山西 太原 030003)

引 言

自五部委联合下发《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》以来[1-2]，太钢各工序二级单位着重对各自有组织排放进行改造，山西太钢不锈钢股份有限公司焦化厂(简称太钢焦化厂)依次完成了全火车运煤、焦炉烟气脱硫脱硝、污水池封闭、主要除尘改造以及煤气精脱硫等项目，总共投资2.53亿元，其中，焦炉烟气脱硫脱硝项目投资1.04亿元，系统投用后焦炉烟囱污染物排放稳定达标。2020年10月1日起，山西省钢铁企业将执行超低排放标准，和GB-16171-2012标准不同的是，超低排放增加了8%的氧含量折算要求[3]。本文对现场的实际污染物排放数据进行分析，研究执行氧折算后，污染物排放的变化。

1 标准分析

现行炼焦行业执行的污染物排放标准是(GB-16171-2012)《炼焦化学工业污染物排放标准》[4]，其中有组织大气排放的一般排放(表1)和特别排放标准(表2)中，都没有设定基准氧含量折算。

表1 新建企业大气污染物排放浓度限值 mg/m3

表2 大气污染物特别排放限值 mg/m3

2019年下发的《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》[5]中，要求钢铁联合企业中焦化工序需要执行基准氧含量8%的要求(见表3)。

表3 钢铁联合企业焦化工序执行标准 mg/m3

2 问题分析

焦炉作为工业窑炉中最复杂的炉型，为了保证其炉体加热的稳定性，设置了加热气和废气的换向系统，正常生产情况下焦炉每20 min会进行一次换向操作，焦炉正常生产状况下烟气排放情况如图1所示。

图1 焦炉正常生产状况下烟气排放情况

由图1可知，氧含量会大幅度波动;主要污染物SO2会有一个正峰值出现;主要污染物NOx会有一个负峰值出现;主要污染物颗粒物基本无变化。

3 基准氧含量8%计算分析

根据氧折算公式：折算数据=实测值*αs，执行8%的基准氧含量有以下趋势，从图2中可以看出,氧含量从1%～19%变化时，在烟气运行氧含量1%～9%时，折氧系数基本呈正比例变化，且变化幅度很小。

折氧系数计算公式见式(1)。

(1)

式中，αs为折氧系数；XO2为有关排放标准中规定的基准氧含量，%。

图2 折氧系数变化情况

4 实际运行数据分析

随即抽取太钢焦化厂7#焦炉3 h的数据，对此期间的小时均值和分钟数据进行具体分析。

4.1 氧含量变化如下

如图3所示7#焦炉烟气排放在此3 h期间，每隔20 min有很明显的换向操作，换向过程氧量最高可达到19.7，每次换向影响4 min的氧波动；非换向时间的平均运行氧含量为6.2%。

图3 实际运行颗粒和实际检测数据与8%折氧曲线对比

4.2 单一染物排放随氧变化情况

通过图3可以看出,因氧含量变化原因，每次焦炉换向时，实测氧含量变化不大，但是折算值会出现约4 min的波动值，将换向前平稳运行的数据取平均值，和换向期间4 min的颗粒物数值取平均值分析如图4。由图4可以得出颗粒物在换向期间的变化为：换向数值=运行数值×3.7，(16×稳定运行数据+4×3.7×稳定数据)/20=1.5。

对SO2进行相同的分析，SO2的分钟数数值最高可以达到6.63倍。将换向前平稳运行的数据取平均值，和换向4 min SO2数值取平均值数据分析如图5、图6，SO2数据并不是规律的变化。根据数据分析取8为修正系数，SO2的大概变化为：换向数值=运行数值×3.3+8。(换向数值×16+(运行数值×3.3+8)4)/20=1.46运行数值+1.6。

由图7可知，NOx在换向过程中数值会急速下降，所以在此不对其进行研究、讨论。

图4 实际运行颗粒和折氧数据与实际检测数据倍数关系

图5 实际运行SO2实际检测数据与8%折氧曲线对比

图6 实际运行SO2折氧数据与实际检测数据倍数关系

图7 实际运行NOx实际检测数据与8%折氧曲线曲线对比

4.3 小时数据

由第136页表4、表5可以看出实际氧折算值要比小时平均氧折算值大。

5 结论

1) 现在国家监控的污染物排放最小单位是小时平均值，因焦炉生产运行的特殊性，建议焦炉烟囱排放的基准氧含量的折算，应该按小时平均氧含量值进行折算，而不是采用实时数据折算后再取小时平均值。

2) 在执行超低排放标准折算时，根据太钢焦化厂8#焦炉烟囱实际的运行氧含量，颗粒物排放应控制数值<6.5 mg/m3；SO2排放应控制数值<18.4 mg/m3，才能保证执行折算时小时数据排放不超标。

表4 焦炉烟气实际运行颗粒物SO2、NOx小时平均数值

表5 颗粒物SO2、NOx小时平均数值8%氧含量折算值