Koksovns røggassammensætning: Datadrevet vejledning til emissionskontrol

En staktest for et koksovnsbatteri returnerer 11,4 % CO2 og 2,8 % O2 på tør basis, men røggasbehandlingssystemet er designet omkring 9,0 % CO2 og 4,5 % O2. Reagenstilførslen skal nu ændres, og SCR-katalysatorvolumenet skal øges, hvilket tilføjer ugers udfald. Dette er omkostningerne ved at behandle koksovns røggassammensætning som en antagelse i stedet for et målt designinput.

Denne vejledning opstiller rågasbaseline, post-forbrændingsrøggasnumrene og den direkte forbindelse mellem hver målte komponent og renseudstyret valgt til et koksanlæg. Den er skrevet til anlægsingeniører, EHS-ledere og EPC-designere, der har brug for et forsvarligt grundlag for emissionskontrolarbejde.

Rå koksovnsgas og forbrændingsrøggas er ikke den samme strøm

Rå koksovnsgas er den brændselsgas, der trækkes fra kokskammeret, mens koksovnsrøggas er den udstødning, der produceres, når dette brændstof brænder i batteriets varmevægge, og de to strømme har brug for helt forskellige analytiske rammer.

Rå COG forlader ovnene ved ca. 700-800 grader C og bærer brint, methan, kulilte, C2 kulbrinter, tjæredamp, BTX aromater, naphthalen, hydrogensulfid og ammoniak. Den har en varmeværdi på 17-19 MJ/Nm3, den er giftig, den er eksplosiv i luft mellem ca. 4 % og 30 % efter volumen, og den skal igennem tjæreudskillelse, ammoniakvask og afsvovling før brænding. Efter biproduktanlægget bevarer det rene brændsel den brintrige karakter, der definerer dets forbrændingsadfærd.

Når brændslet kommer ind i opvarmningskanalerne, omdanner forbrænding energibærerne til stabile produkter: Svovlarter oxideres til SO2, forbrændingsluftens kvælstof passerer stort set uændret igennem, og brintfraktionen bliver til vanddamp. Den resulterende strøm er domineret af inert gas, og det er den strøm, hvorpå miljøoverensstemmelse måles.

Baseline koksovn gassammensætning før forbrænding

Renset koksovnsgas omfatter ca. 50-60% brint, 25-30% metan, 5-10% kulilte, 2-3% kuldioxid, 2-5% nitrogen og 1-3% højere kulbrinter og sporgasser i volumen.

Skemaet nedenfor viser en repræsentativ renset COG-blanding. H2-til-CH4-forholdet på ca. 2:1 er den vigtigste brændstofværdi, fordi den styrer flammetemperatur, vanddampproduktion og NOx-dannelse i opvarmningskanalerne.

Sporkomponenterne betyder mere end deres volumen antyder:

H₂S ved 100-500 mg/Nm3 i renset COG omdannes næsten udelukkende til SO₂ i røggassen.

Resterende NH3 over 50 mg/Nm3 bliver brændstofbundet nitrogen og hæver NOx-basislinjen.

Tjæretåge og naphthalen transporterer kulstofpartikler ind i flammen og skaber aflejringsrisici på varmeoverførende overflader.

Røggassammensætning efter forbrænding af koksovn: De tal, der betyder noget

Når koksovnsgas fyres med 5-15% overskudsluft, indeholder røggassen ca. 66-72% nitrogen, 15-20% vanddamp, 6-9% kuldioxid og 1,5-4% oxygen på våd basis, med NOx ved 100-350 mg/Nm3 og partikler ved 1Nm30 mg/1Nm3.

NOx dannes gennem tre veje i en COG-flamme. Termisk (Zeldovich) NOx dominerer, fordi den brintrige flamme når høje adiabatiske temperaturer. Der dannes prompt NOx i den tynde post-flamme-zone, hvor kulbrinteradikaler reagerer med nitrogen, og brændstof-NOx opstår, når ammoniak eller HCN overlever biproduktanlægget. I et velkørende batteri udgør termisk NOx mere end 80 % af den samlede mængde.

Hvordan koksovnens røggassammensætning driver valg af behandlingsudstyr

Hver målt komponent i røggassen dikterer en specifik behandlingsbeslutning: partikelbelastning vælger støvsamleren, SO2 vælger afsvovlingsreagens og materialekvalitet, NOx vælger SCR-katalysatorvolumen, og vanddamp dikterer temperaturstyring.

Partikler: posehusstørrelse og filtermedier

Støvbelastninger på 10-80 mg/Nm3 ved røggastemperaturer på 180-300 grader C håndteres normalt af et pulse-jet baghouse. PPS filt er standardmediet; PTFE-membraner tilføjes, når SO2-belastning hæver syredugpunktet tæt på driftstemperaturen. Den tilgængelige vejledning vedr posefiltervalg til industriel røggas viser, hvordan medievalg følger gasanalyseudlæsningen.

Lavtryks Pulse Jet Bag Støvsamler til højtemperatur røggas Dette posehus håndterer støvbelastninger op til 80 mg/Nm3 ved 180-300°C ved hjælp af PPS-filt eller PTFE-membraner til sure dugpunktsforhold, hvilket sikrer udledningsemissioner under 8 mg/Nm3. Se produkt →

Fine partikler og sur tåge efter afsvovling

Et vådt afsvovlingstårn fjerner SO2, men mætter strømmen med fugt og genererer submikron sulfattåge. En nedstrøms lodret honeycomb våd elektrostatisk præcipitator fjerner disse dråber; uden det, er opacitetsgrænserne overset, selv når den massebaserede støvaflæsning er under grænsen. Anhui Tiankang Environmental Technology Co., Ltd., en leverandør af industrielt røggasbehandlingssystem, leverer denne våde ESP-konfiguration til koksværker, der har brug for en lavrisiko-overholdelsesvej for det komplette røggastog.

Lodret honeycomb våd elektrostatisk præcipitator til mættet gas Placeret efter et vådt afsvovlingstårn fjerner denne våde ESP submikron sulfattåge og fugt og opnår udløbsstøv under 5 mg/Nm3 for at opfylde opacitetsgrænserne pålideligt. Se produkt →

SO2 og sure gasser: valg af reagens og metallurgi

SO2 ved 20-120 mg/Nm3 fjernes normalt med en kalk-gips- eller ammoniakbaseret skrubber. Sammensætningsdataene driver materialespecifikation mere end reagenskemi: Chlorid- og SO3-indhold bestemmer, om kulstofstål, fiberforstærket plastik eller C276-beklædt indre er påkrævet i udløbskanalen og stakken.

NOx: SCR-katalysatorvolumen er korrigeret for H2O og O2

SCR-reaktoren er dimensioneret ud fra indgangsværdierne for NOx, O2 og H2O. Vanddamp på 15-20% konkurrerer med NOx om aktive steder på den vanadiumbaserede katalysator, så volumen skal korrigeres for faktisk røggasfugtighed i stedet for luftfyrede kedelstandarder. En O2-aflæsning på kun 1,5-4% holder katalysatoren aktiv, men sænker NO-reduktionshastigheden i den nedre ende af området.

Fugitive emissioner: fangst ved kilden

Batteristakken er ikke det eneste emissionspunkt. Kulmodtagelse, båndtransportører, koksskubber og ovndørslækager genererer intermitterende støvfaner, der er billigere at fange end at rense efter. En bælteomsluttet hætte ved hvert overførselspunkt, ført til et centralt posehus, holder pulveriseret kulstøv væk fra arbejdspladsens atmosfære og væk fra batteritaget.

Bæltelukket hætte til transportørstøvfang Et komplet kabinet med bløde sideforbindelser, der tilpasser sig bæltebredde og nedbøjning, opfanger kulstøv ved overførselspunkter og forhindrer arbejdspladsens fjer, der føres til et centralt posehus. Se produkt →

En feltprotokol til måling af koksovns røggassammensætning

Et forsvarligt designgrundlag starter med en stabeltest, der måler tør gassammensætning, fugt, NOx, SO2, SO3 og partikler ved batteristakken over mindst to komplette koksningscyklusser, inklusive opladnings- og skubbespidserne.