Koksovns røykgasssammensetning: Datadrevet veiledning for utslippskontroll

En stabeltest for et koksovnsbatteri returnerer 11,4 % CO2 og 2,8 % O2 på tørr basis, men røykgassbehandlingssystemet ble designet rundt 9,0 % CO2 og 4,5 % O2. Reagensmatingen må nå endres og SCR-katalysatorvolumet økes, noe som legger til uker med utfall. Dette er kostnadene ved å behandle koksovns røykgasssammensetning som en forutsetning i stedet for en målt designinngang.

Denne veiledningen legger ut grunnlinjen for rågass, antall røykgass etter forbrenning og den direkte koblingen mellom hver målte komponent og renseutstyret valgt for et koksverk. Den er skrevet for anleggsingeniører, EHS-ledere og EPC-designere som trenger et forsvarlig grunnlag for utslippskontrollarbeid.

Rå koksovnsgass og forbrenningsrøykgass er ikke den samme strømmen

Rå koksovnsgass er brenselgassen som trekkes fra kokskammeret, mens koksovnsrøykgass er eksosen som produseres når det brennstoffet brenner i batteriets varmevegger, og de to strømmene trenger helt forskjellige analytiske rammer.

Rå COG forlater ovnene ved omtrent 700-800 grader C og bærer hydrogen, metan, karbonmonoksid, C2 hydrokarboner, tjæredamp, BTX aromater, naftalen, hydrogensulfid og ammoniakk. Den har en varmeverdi på 17-19 MJ/Nm3, den er giftig, den er eksplosiv i luft mellom omtrent 4 og 30 volumprosent, og den må passere gjennom tjæreseparasjon, ammoniakkvasking og avsvovling før brenning. Etter biproduktanlegget beholder det rene drivstoffet den hydrogenrike karakteren som definerer forbrenningsadferden.

Når brenselet kommer inn i oppvarmingskanalene, omdanner forbrenningen energibærerne til stabile produkter: svovelarter oksiderer til SO2, forbrenningsluftens nitrogen passerer stort sett uendret, og hydrogenfraksjonen blir til vanndamp. Den resulterende strømmen domineres av inert gass, og dette er strømmen som miljøoverholdelse måles på.

Baseline koksovn gasssammensetning før forbrenning

Renset koksovnsgass består av omtrent 50-60 % hydrogen, 25-30 % metan, 5-10 % karbonmonoksid, 2-3 % karbondioksid, 2-5 % nitrogen og 1-3 % høyere hydrokarboner og sporgasser i volum.

Diagrammet nedenfor viser en representativ renset COG-blanding. H2-til-CH4-forholdet på omtrent 2:1 er den viktigste drivstoffverdien fordi den kontrollerer flammetemperatur, vanndampproduksjon og NOx-dannelse i oppvarmingskanaler.

Sporkomponentene betyr mer enn volumet deres antyder:

H₂S ved 100-500 mg/Nm3 i renset COG omdannes nesten utelukkende til SO₂ i røykgassen.

NH3-rester over 50 mg/Nm3 blir drivstoffbundet nitrogen og øker NOx-grunnlinjen.

Tjæretåke og naftalen frakter karbonpartikler inn i flammen og skaper avleiringsrisiko på varmeoverførende overflater.

Røykgasssammensetning etter forbrenning av koksovn: tallene som betyr noe

Når koksovnsgass fyres med 5-15 % overskuddsluft, inneholder røykgassen ca. 66-72 % nitrogen, 15-20 % vanndamp, 6-9 % karbondioksid og 1,5-4 % oksygen på våt basis, med NOx ved 100-350 mg/Nm3 og partikler ved 1Nm30 mg/Nm3.

NOx dannes gjennom tre veier i en COG-flamme. Termisk (Zeldovich) NOx dominerer fordi den hydrogenrike flammen når høye adiabatiske temperaturer. Spennende NOx dannes i den tynne post-flammesonen der hydrokarbonradikaler reagerer med nitrogen, og drivstoff NOx vises når ammoniakk eller HCN overlever biproduktanlegget. I et veldrevet batteri utgjør termisk NOx mer enn 80 % av totalen.

Hvordan koksovnens røykgasssammensetning driver valg av behandlingsutstyr

Hver målte komponent i røykgassen dikterer en spesifikk behandlingsbeslutning: partikkelbelastning velger støvsamleren, SO2 velger avsvovlingsreagens og materialkvalitet, NOx velger SCR-katalysatorvolumet, og vanndamp dikterer temperaturstyring.

Partikler: posehusstørrelse og filtermedier

Støvbelastninger på 10-80 mg/Nm3 ved røykgasstemperaturer på 180-300 grader C håndteres normalt av et pulse-jet baghouse. PPS filt er standardmediet; PTFE-membraner tilsettes når SO2-belastning øker syreduggpunktet nær driftstemperaturen. Den tilgjengelige veiledningen på posefiltervalg for industriell røykgass viser hvordan medievalg følger gassanalyseavlesningen.

Lavtrykks pulsjetpose støvoppsamler for høytemperatur røykgass Dette baghuset håndterer støvbelastninger på opptil 80 mg/Nm3 ved 180-300°C, ved hjelp av PPS-filt eller PTFE-membraner for sure duggpunktforhold, og sikrer utløpsutslipp under 8 mg/Nm3. Se produkt →

Fine partikler og syretåke etter avsvovling

Et vått avsvovlingstårn fjerner SO2, men metter strømmen med fuktighet og genererer submikron sulfattåke. En nedstrøms vertikal honeycomb våt elektrostatisk precipitator fjerner disse dråpene; uten det, blir opasitetsgrensene oversett selv når den massebaserte støvavlesningen er under grensen. Anhui Tiankang Environmental Technology Co., Ltd., en leverandør av industrielt røykgassbehandlingssystem, tilbyr denne våte ESP-konfigurasjonen for koksverk som trenger en lavrisiko-overholdelsesvei for hele røykgasstoget.

Vertikal honeycomb våt elektrostatisk precipitator for mettet gass Plassert etter et vått avsvovlingstårn, fjerner denne våte ESP-en submikron sulfattåke og fuktighet, og oppnår utløpsstøv under 5 mg/Nm3 for å møte opasitetsgrensene på en pålitelig måte. Se produkt →

SO2 og sure gasser: valg av reagens og metallurgi

SO2 ved 20-120 mg/Nm3 fjernes normalt med en kalk-gips- eller ammoniakkbasert skrubber. Sammensetningsdataene driver materialspesifikasjonen mer enn reagenskjemien: klorid- og SO3-innhold bestemmer om karbonstål, fiberforsterket plast eller C276-kledd innvendig er nødvendig i utløpskanalen og stabelen.

NOx: SCR-katalysatorvolum er korrigert for H2O og O2

SCR-reaktoren er dimensjonert fra innløpsverdiene for NOx, O2 og H2O. Vanndamp ved 15-20 % konkurrerer med NOx om aktive steder på den vanadiumbaserte katalysatoren, så volumet må korrigeres for faktisk røykgassfuktighet i stedet for standardverdier for luftfyrt kjel. En O2-avlesning på bare 1,5-4 % holder katalysatoren aktiv, men reduserer NO-reduksjonshastigheten i den nedre enden av området.

Fugitive utslipp: fangst ved kilden

Batteristabelen er ikke det eneste utslippspunktet. Kullmottak, båndtransportører, koksskyving og ovnsdørlekkasjer genererer periodiske støvplumer som er billigere å fange opp enn å rengjøre i ettertid. En beltelukket hette ved hvert overføringspunkt, ført til et sentralt baghus, holder pulverisert kullstøv borte fra atmosfæren på arbeidsplassen og fra batteritaket.

Beltelukket hette for støvfangst på transportbånd Et komplett kabinett med myke sideforbindelser som tilpasser seg beltebredde og hengende, fanger opp kullstøv ved overføringspunkter og forhindrer arbeidsplassplumer, ledet til et sentralt baghus. Se produkt →

En feltprotokoll for måling av koksovns røykgasssammensetning

Et forsvarlig designgrunnlag starter med en stabeltest som måler tørr gasssammensetning, fuktighet, NOx, SO2, SO3 og partikler ved batteristabelen over minst to komplette forkoksingssykluser, inkludert lade- og trykktoppene.