概述
焦化行业的脱硝对象与锅炉完全不同。焦炉的装煤、出焦、加热三大工序分别产生不同的烟气：焦炉加热炉（燃烧高炉煤气或焦炉煤气）的烟气量小但 NO 浓度不高；炭化室装煤出焦的逸散气（装煤出焦烟气）量大、含 SO₂、CO、苯并芘等，NOx 不是主要问题；焦炉加热炉的烟气则是焦化行业脱硝治理的主体。
焦炉加热炉的典型参数：每孔炭化室配 1 至 2 根烧嘴，焦炉煤气热值 16 至 18 MJ/m³（含氢 55% 至 60%），燃烧后的烟气量按每孔每小时 4000 至 5500 m³ 计算，一座 4.3 米型 65 孔焦炉的加热炉烟气量约 28 万至 36 万 m³/h，烟温 250 至 350℃（进入烟道前），NOx 浓度 350 至 600 mg/m³。
焦化脱硝的独特约束有三个：第一，烟温低且波动大，加热炉在换向周期内烟温波动可达 80℃ 以上，而 SCR 需要 300 至 400℃ 的稳定温度；第二，焦炉煤气含硫低但含尘与焦油雾多，除尘与脱硝的顺序会互相影响；第三，焦化企业的环保考核是厂区无组织排放与有组织排放并行，脱硝的验收要与整个厂区的环保设施统筹。
技术原理
焦炉加热炉脱硝的工艺选择有三个方向。
第一个方向是低氮燃烧器改造。焦炉加热炉使用侧吸式烧嘴，把空气与煤气分开引入火焰，通过二次配风形成分级燃烧，可把入口 NOx 降低 20% 至 35%。这是成本最低的路线，且不占用场地。缺点是焦炉加热炉的换向操作会周期性地改变火焰状态，低氮燃烧的效果稳定性受影响。
第二个方向是 SCR。因为焦炉加热炉烟温通常只有 250 至 350℃，若不加装烟气加热，SCR 无法在有效温度区间运行。工业上常用的做法是把 SCR 布置在烟道引出段，利用焦炉煤气或高炉煤气在余热锅炉或换热器中燃烧后与烟气混合升温，把温度提到 320 至 380℃，再进 SCR。这个燃烧升温的过程会额外消耗煤气，需要核算经济性。
第三个方向是干法/半干法脱硝（类似 SDS 的思路），用氨或尿素与催化剂在烟道内直接还原 NO。这类方案投资低，但效率 40% 至 60%，且受焦炉换向的烟温波动影响大，在焦化行业的应用不如电力行业普遍。
关于换向的影响机理需要说清。焦炉加热炉每 15 至 30 分钟换向一次，换向时火焰方向改变，燃烧的煤气与空气配比在几分钟内经历从正常工况到倒换的过渡，这期间 NOx 生成量与烟温都会波动。SCR 的入口烟温若在换向期跌到 280℃ 以下，段效率会在几分钟内明显下降。因此焦化脱硝的控制策略要针对换向做特殊处理：换向信号触发时暂停前馈调整，并在烟温低于 300℃ 时自动降低喷氨量，换向结束 5 分钟后逐步恢复。
焦炉加热炉的烟气含尘量（焦炭粉与石墨粉）约 200 至 500 mg/m³，且含焦油雾。脱硝装置的布置顺序通常是：烟道 → 换热器或升温段 → SCR → 布袋除尘器（或已有的除尘设备）。焦油雾会粘附在催化剂表面形成难以清除的油膜，因此催化剂必须考虑防油污的措施，入口设置温度探头与防积灰设计，且要定期检查。
工艺特点与选型
| 路线 | 入口 NOx | 出口 NOx | 投资（65 孔焦炉） | 运行成本 |
|---|---|---|---|---|
| 低氮燃烧器改造 | 450-600 | 320-450 | 80 万-150 万元 | 几乎为零 |
| 升温段 + SCR | 450-600 | 35-55 | 700 万-1200 万元 | 高（耗煤气） |
| 干法/半干法催化脱硝 | 450-600 | 200-300 | 200 万-400 万元 | 中 |
| 低氮燃烧 + SCR 组合 | 330-420 | 30-50 | 750 万-1250 万元 | 高 |
选型的判断依据：焦化企业的限值普遍在 50 mg/m³（部分区域 35 mg/m³），这基本排除了单纯低氮燃烧与干法路线，除非当地考核标准宽松。同时，焦化企业的煤气是自有资源（焦炉煤气或高炉煤气），用煤气做升温介质的边际成本低于外购天然气，这使升温加 SCR 的经济性比电力行业好一些，但仍需精算。
另一个现实约束是场地。焦化厂区的空间紧张，且焦炉两侧的检修走道与安全通道不能占用，SCR 反应器只能布置在地下烟道或现有的排烟机房内，这会推高安装成本与工期。
应用案例
某焦化公司 4.3 米型 65 孔焦炉，装煤出焦除尘系统与焦炉加热炉烟气脱硝脱硫系统为整体改造项目。原焦炉加热炉烟气直排，NOx 约 520 mg/m³，要求降至 50 mg/m³。
方案分两部分。脱硝部分采用低氮燃烧器改造加 SCR 的组合：先更换 130 只烧嘴为低氮侧吸式烧嘴，把入口 NOx 从 520 降到 370 mg/m³；然后在焦炉现有的排烟总管道上设置升温段与 SCR 反应器。升温段利用从焦炉煤气柜引出的煤气在燃烧室燃烧，烟气混合升温至 355℃，SCR 布置 3 层催化剂共 96 m³。脱硫部分因焦炉煤气脱硫后硫含量低，采用湿式碱洗即可。
实施中的第一处问题是换向导致的烟温波动。调试时发现在换向后的 3 至 5 分钟内，SCR 入口烟温从 355℃ 跌到 285℃，出口 NOx 从 42 mg/m³ 跳到 95 mg/m³。解决方案是在换向电磁阀动作的信号接入控制系统后，启动换向补偿程序：换向前 30 秒提前把烟温目标提高 15℃（通过加大升温段的煤气量），换向后 3 分钟内维持加温，之后 5 分钟逐步恢复。同时在温度低于 320℃ 时自动下调喷氨量 30%。整改后换向期的出口 NOx 波动幅度从 53 降到 12 mg/m³。
第二处问题是焦油雾造成的催化剂表面污染。运行 8 个月后，催化剂检出压降上升 40%，段效率从 91% 降到 79%。拆检发现催化剂表面覆盖一层黄褐色油膜，厚约 0.5 毫米。根因是升温段燃烧的煤气中夹带焦油雾，与烟气一起进入 SCR。整改办法是在升温燃烧室前加装一道机械除焦油过滤器（温度控制在 200℃ 以下），并把升温段的燃烧器改为无焰式以减少不完全燃烧。整改后压降恢复，段效率回到 89%。此后该做法成为同类项目的标准配置。
第三处问题是煤气平衡。升温段在满负荷时耗煤气量约占焦炉加热用煤气的 6% 至 8%，这部分煤气不能用于加热焦炉，实际上是增加了煤气供应量。项目通过优化升温段的换热效率（增设余热回收，把升温烟气的余热用于脱硫浆液加热）把这部分比例降到 4% 至 5%。
运行维护
焦化脱硝的运维有三个重点。第一是催化剂的油膜与积灰，每季度做一次外观检查与压降测量，压降上升 20% 即安排检查，必要时用压缩空气吹扫或专用清洗剂处理；每两年做一次切片检查。第二是升温段的燃烧与换热效率，每月测一次升温段出口烟温与换热效率，效率低于 80% 要检查换热器积灰。第三是换向联动逻辑的验证，每次检修焦炉换向机构后，要做一次完整的换向信号验证，确认脱硝系统的补偿程序能正常响应。
日常记录项：升温段出口烟温、换向前后烟温、SCR 进出口 NOx、催化剂层压降、氨耗倍数、换向次数与每次换向期间的 NOx 峰值。安全方面，焦炉区域的可燃气体浓度高，脱硝系统的氨区必须布置在厂房外并有可靠的泄漏检测与事故喷淋，设备选型的防爆等级要按焦化区域的标准执行。
价格与投资
65 孔焦炉的脱硝系统投资约 700 万至 1200 万元。其中低氮燃烧器改造（130 只烧嘴与配套的燃烧调节）约 80 万至 150 万元；升温段（燃烧室、换热器、煤气调压与安全阀）约 150 万至 260 万元；SCR 反应器与催化剂（96 m³）约 300 万至 480 万元；烟道改造与支架约 120 万至 200 万元；CEMS 与控制约 60 万至 100 万元；安装调试约 90 万至 150 万元。
运行成本主要是升温用的煤气。按升温段耗煤气占加热煤气的 5% 计算，65 孔焦炉年耗加热煤气约 1.1 亿 m³，升温段年耗约 550 万 m³，焦炉煤气单价按 0.35 元每立方米计约 190 万元；氨耗：入口 370 mg/m³、效率 91% 时理论氨耗约 78 kg/h，年耗液氨约 105 吨，约 24 万元；催化剂按 4 年摊销年均 30 万至 40 万元；运维与检测 15 万至 25 万元。合计年运行成本约 260 万至 320 万元。
这个数字明显高于同等规模的电力项目，原因是升温段消耗了煤气。如果当地的焦炉煤气有富余且价格低，或者能利用高炉煤气替代部分焦炉煤气，成本还能再降 10% 至 20%。
总结
焦化行业脱硝的三个关键点：先用低氮烧嘴把入口 NOx 压到 370 mg/m³ 上下，节省催化剂体积与升温能耗；针对换向做专门的烟温补偿，否则 NOx 会在每个换向周期反复波动；升温段必须先做焦油脱除，否则催化剂会被油膜毁掉。三件事做好了，焦化脱硝的运行成本虽高但可控，投资回报也最实在。