Koksugns rökgassammansättning: Datadriven guide för utsläppskontroll

Ett stacktest för ett koksugnsbatteri returnerar 11,4 % CO2 och 2,8 % O2 på torr basis, men rökgasbehandlingssystemet utformades kring 9,0 % CO2 och 4,5 % O2. Reagensmatningen måste nu ändras och SCR-katalysatorvolymen ökas, vilket lägger till veckors avbrott. Detta är kostnaden för att behandla koksugns rökgassammansättning som ett antagande istället för en uppmätt designinsats.

Den här guiden anger baslinjen för rågas, antalet rökgaser efter förbränning och den direkta kopplingen mellan varje uppmätt komponent och reningsutrustningen som valts för en koksanläggning. Den är skriven för anläggningsingenjörer, EHS-chefer och EPC-konstruktörer som behöver en försvarbar grund för emissionskontrollarbete.

Rå koksugnsgas och förbränningsrökgas är inte samma ström

Rå koksugnsgas är bränslegasen som dras från kokskammaren, medan koksugns rökgas är avgaserna som produceras när det bränslet brinner i batteriets värmeväggar, och de två strömmarna behöver helt olika analytiska ramar.

Raw COG lämnar ugnarna vid ungefär 700-800 grader C och transporterar väte, metan, kolmonoxid, C2-kolväten, tjärånga, BTX-aromater, naftalen, vätesulfid och ammoniak. Det har ett värmevärde på 17-19 MJ/Nm3, det är giftigt, det är explosivt i luft mellan ungefär 4 och 30 volymprocent och det måste passera genom tjäravskiljning, ammoniaktvättning och avsvavling före bränning. Efter biproduktanläggningen behåller det rena bränslet den väterika karaktären som definierar dess förbränningsbeteende.

När bränslet kommer in i uppvärmningskanalerna omvandlar förbränningen energibärarna till stabila produkter: svavelarter oxideras till SO2, förbränningsluftens kväve passerar i stort sett oförändrat och vätefraktionen blir till vattenånga. Den resulterande strömmen domineras av inert gas, och detta är den ström på vilken miljööverensstämmelse mäts.

Baslinje koksugnsgassammansättning före förbränning

Renad koksugnsgas består av ungefär 50-60% väte, 25-30% metan, 5-10% kolmonoxid, 2-3% koldioxid, 2-5% kväve och 1-3% högre kolväten och spårgaser i volym.

Tabellen nedan visar en representativ rengjord COG-blandning. H2-till-CH4-förhållandet på ungefär 2:1 är det viktigaste bränslevärdet eftersom det styr flamtemperatur, vattenångaproduktion och NOx-bildning i uppvärmningskanalerna.

Spårkomponenterna betyder mer än vad deras volym antyder:

H₂S vid 100-500 mg/Nm3 i renad COG omvandlas nästan helt till SO₂ i rökgasen.

Kvarvarande NH3 över 50 mg/Nm3 blir bränslebundet kväve och höjer NOx-baslinjen.

Tjäradimma och naftalen transporterar kolpartiklar in i lågan och skapar avlagringsrisker på värmeöverföringsytor.

Efterförbränningskoksugns rökgassammansättning: siffrorna som spelar roll

När koksugnsgas eldas med 5-15% överskottsluft innehåller rökgasen cirka 66-72% kväve, 15-20% vattenånga, 6-9% koldioxid och 1,5-4% syre på våt basis, med NOx vid 100-350 mg/Nm3 och partiklar vid 1Nm3.

NOx bildas genom tre vägar i en COG-låga. Termisk (Zeldovich) NOx dominerar eftersom den väterika lågan når höga adiabatiska temperaturer. Snabb NOx bildas i den tunna zonen efter flamman där kolväteradikaler reagerar med kväve och bränsle NOx uppstår när ammoniak eller HCN överlever biproduktanläggningen. I ett välkört batteri står termisk NOx för mer än 80 % av det totala.

Hur koksugns rökgassammansättning driver valet av behandlingsutrustning

Varje uppmätt komponent i rökgasen dikterar ett specifikt behandlingsbeslut: partikelbelastningen väljer stoftuppsamlaren, SO2 väljer avsvavlingsreagens och materialkvalitet, NOx väljer SCR-katalysatorvolymen och vattenånga dikterar temperaturhantering.

Partiklar: påshusstorlek och filtermedia

Dammbelastningar på 10-80 mg/Nm3 vid rökgastemperaturer på 180-300 grader C hanteras normalt av ett puls-jet-påshus. PPS filt är standardmediet; PTFE-membran tillsätts när SO2-belastningen höjer syradaggpunkten nära driftstemperaturen. Den tillgängliga vägledningen på val av påsfilter för industriell rökgas visar hur medieval följer gasanalysavläsningen.

Lågtrycks Pulse Jet Bag dammuppsamlare för högtemperatur rökgas Detta påshus hanterar dammbelastningar upp till 80 mg/Nm3 vid 180-300°C, med PPS-filt eller PTFE-membran för sura daggpunktsförhållanden, vilket säkerställer utsläpp under 8 mg/Nm3. Visa produkt →

Fina partiklar och sur dimma efter avsvavling

Ett vått avsvavlingstorn tar bort SO2 men mättar strömmen med fukt och genererar submikron sulfatdimma. En nedströms vertikal bikakeformad våt elektrostatisk filteravskiljare tar bort dessa droppar; utan den missas opacitetsgränserna även när den massbaserade dammavläsningen är under gränsen. Anhui Tiankang Environmental Technology Co., Ltd., en industriell leverantör av rökgasreningssystem, tillhandahåller denna våta ESP-konfiguration för koksverk som behöver en lågrisköverensstämmelseväg för hela rökgaståget.

Vertikal honeycomb våt elektrostatisk avskiljare för mättad gas Denna våta ESP, placerad efter ett vått avsvavlingstorn, tar bort submikron sulfatdimma och fukt och uppnår utloppsdamm under 5 mg/Nm3 för att tillförlitligt uppfylla opacitetsgränserna. Visa produkt →

SO2 och sura gaser: val av reagens och metallurgi

SO2 vid 20-120 mg/Nm3 avlägsnas normalt med en kalkstens-gips- eller ammoniakbaserad skrubber. Sammansättningsdata driver materialspecifikation mer än reagenskemi: klorid- och SO3-halten avgör om kolstål, fiberförstärkt plast eller C276-klädda inre delar krävs i utloppskanalen och stapeln.

NOx: SCR-katalysatorvolymen är korrigerad för H2O och O2

SCR-reaktorn är dimensionerad från inlopps-NOx-, O2- och H2O-värdena. Vattenånga vid 15-20 % konkurrerar med NOx om aktiva platser på den vanadinbaserade katalysatorn, så volymen måste korrigeras för faktisk rökgasfuktighet istället för standardinställningar för lufteldad panna. En O2-avläsning på endast 1,5-4 % håller katalysatorn aktiv men saktar ner NO-reduktionshastigheten i den nedre delen av intervallet.

Flyktiga utsläpp: fånga upp vid källan

Batteristapeln är inte den enda emissionspunkten. Kolmottagning, bandtransportörer, kokstryckning och läckage av ugnsdörr genererar intermittenta dammplymer som är billigare att fånga upp än att rengöra i efterhand. En bältesluten huva vid varje överföringspunkt, ansluten till ett centralt påshus, håller pulveriserat koldamm borta från arbetsplatsens atmosfär och borta från batteritaket.

Bandsluten huva för dammfångning av transportband En hel kapsling med mjuka sidoanslutningar som anpassar sig till bältets bredd och sänkning, fångar upp koldamm vid överföringspunkter och förhindrar arbetsplatsplymer, leds till ett centralt påshus. Visa produkt →

Ett fältprotokoll för mätning av koksugns rökgassammansättning

En försvarbar designbas börjar med ett stacktest som mäter torr gassammansättning, fukt, NOx, SO2, SO3 och partiklar vid batteristapeln under minst två kompletta kokscykler, inklusive laddnings- och trycktopparna.