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級工程碩士學(xué)位研究生 選 題 報 告 學(xué) 院 化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院 工程領(lǐng)域 煤化工 研 究 生 姓 名 楊 希 學(xué) 號 指導(dǎo)教師姓名(學(xué)校) 顏家保 指導(dǎo)教師姓名(企業(yè)) 2014年9月27日 一、簡表 課題名稱 中文 焦?fàn)t煙囪污染物控制探索及應(yīng)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(xiàn)綜述) 研究意義： 焦炭主要用于冶金、機(jī)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(dǎo)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(yán)重的產(chǎn)業(yè)。焦炭在給人類社會帶來巨大經(jīng)濟(jì)利益的同時，也使當(dāng)?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(yán)格及人們環(huán)保意識的不斷加強(qiáng)，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(yīng)出臺了嚴(yán)厲的控制指標(biāo)。GB16171—2012《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》已經(jīng)于2012年10月1日實施。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定：現(xiàn)有企業(yè)自2012年12月31日止，排放焦?fàn)t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?fàn)t廢氣中的NOX濃度要求小于500 mg/Nm3。如何減少焦?fàn)t的NOX排放量，是煉焦企業(yè)刻不容緩的任務(wù)。 隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對焦?fàn)t排放氮氧化物的危害也日益重視，并準(zhǔn)備制訂排放控制標(biāo)準(zhǔn)。本文將對氮氧化物在焦?fàn)t燃燒過程中的形成機(jī)理及控制措施進(jìn)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?fàn)t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?xì)浠衔镄纬晒鈱W(xué)煙霧，破壞臭氧層等，對人體、職務(wù)均有致毒損壞作用。 焦?fàn)t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(dá)到500—700mg/Nm3，有的甚至高達(dá)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(jìn)步，焦?fàn)t大型化的同時，淘汰裝備落后的炭化室高4.3m頂裝小焦?fàn)t。我國幾乎囊括了世界所有的先進(jìn)焦?fàn)t，冰開發(fā)了炭化室高7m的頂裝焦?fàn)t，形成了炭化室高6m的搗固系類焦?fàn)t。2012念我國焦炭產(chǎn)量達(dá)到4.43億噸，成為世界焦炭生產(chǎn)大國，同時焦?fàn)t的環(huán)保裝備水平也躍入世界煉焦技術(shù)強(qiáng)國。從20世紀(jì)50年代開始，我國煉焦?fàn)t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?fàn)t，燃料燃燒后從煙囪排出廢氣的NOX一般在600—900mg/Nm3。當(dāng)煉焦?fàn)t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(dāng)采用焦?fàn)t煤氣加熱時，可控制燃燒廢氣中NOX≤700 mg/Nm3?？梢钥闯觯?dāng)焦?fàn)t用高爐煤氣摻混焦?fàn)t煤氣加熱時，焦?fàn)t廢氣中的NOX基本能滿足國家排放標(biāo)準(zhǔn)的要求；而當(dāng)用焦?fàn)t煤氣加熱的焦?fàn)t煙道廢氣中的NOX不能達(dá)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(biāo)準(zhǔn)》也收緊了二氧化氮的濃度限值。為了進(jìn)一步扼制氮氧化物不斷增長的趨勢，我國《國民經(jīng)濟(jì)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(biāo)之一。 氮氧化物具有多重的環(huán)境效應(yīng)。我國的氮氧化物排放近年來增長迅猛，導(dǎo)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(fù)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(yán)重影響。 隨著我國經(jīng)濟(jì)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(dá)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(yán)了針對氮氧化物的濃度限值。為進(jìn)一步有效扼制氮氧化物排放，盡管因經(jīng)濟(jì)成本問題面臨來自行業(yè)方面的較大阻力，環(huán)境保護(hù)部近年來啟動了新一輪針對氮氧化物排放標(biāo)準(zhǔn)的制修訂工作。 2012年2月29日，國務(wù)院常務(wù)會議同意發(fā)布新修訂的《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》。新標(biāo)準(zhǔn)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(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，新標(biāo)準(zhǔn)對污染排放控制及污染物監(jiān)測的要求更加嚴(yán)格?！　? 我國氮氧化物減排形勢依然嚴(yán)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(biāo)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(yīng)用[J]．煤炭科學(xué)技術(shù)，1994，22(5)：35-36. [1]焦?fàn)t煙囪冒煙異常現(xiàn)象分析及解決對策[J].潔凈煤技術(shù)，2009,15(1) [2]焦?fàn)t冒煙問題的治理[會議論文]-2007，李燕飛 [3]熱回收焦?fàn)t煙囪最高廢氣溫度的計算[期刊論文]-燃料與化工2005,36(2) ，嚴(yán)國華 [4]炭化室機(jī)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?fàn)t選用的主要耐火材料[會議論文]-2005，畢磊 [6]煉焦?fàn)t煙囪冒煙現(xiàn)象分析[會議論文]-2007，劉東河 [7]焦?fàn)t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?fàn)t加熱燃燒時氮氧化物形成機(jī)理及控制 2009(06) ,鐘英飛 三、研究方案 1. 研究內(nèi)容、研究目標(biāo)和擬解決的關(guān)鍵問題 研究內(nèi)容： 1、氮氧化物的形成機(jī)理 1.1溫度熱力型NO形成機(jī)理及控制 1.2含氮組分燃料型NO形成機(jī)理及控制 1.3碳?xì)淙剂峡焖傩蚇O形成機(jī)理及控制 2、生產(chǎn)工藝指標(biāo)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(yīng)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(biāo)的治理應(yīng)該從以下幾個方面進(jìn)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(jìn)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(biāo)： 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(jìn)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(qiáng)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?fàn)t煙囪污染物分析 工業(yè)分析 元素分析 污染物排放標(biāo)準(zhǔn) 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(yīng)用效果評價 控制措施分析 碳?xì)淙剂峡焖傩蚇O 含氮組分燃料型NO 溫度熱力型NO NOx形成機(jī)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(yù)期進(jìn)展 2014年3月～2014年8月：查閱國內(nèi)外資料及調(diào)研焦?fàn)t煙囪污染物控制措施，確定研究方案。 2014年9月～2014年10月：焦?fàn)t煙囪污染物控制措施實施效果研究。 2014年11月～2014年12月：機(jī)理研究，數(shù)據(jù)整理，撰寫論文，答辯畢業(yè)。 5. 預(yù)期研究成果 通過推進(jìn)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?fàn)t煙囪氮氧化物達(dá)標(biāo)排放。 四、經(jīng)費預(yù)算 支 出 科 目 金額(萬元) 經(jīng)費解決辦法 1. 合 計 指導(dǎo)教師(學(xué)校)意見： 指導(dǎo)教師(簽名)： 年 月 日 指導(dǎo)教師(企業(yè))意見： 指導(dǎo)教師(簽名)： 年 月 日 選題考評小組意見： 負(fù)責(zé)人(簽名)： 年 月 日 學(xué)院意見： 負(fù)責(zé)人(簽名)： 年 月 日 10