張富兵，張紅菊，馮朝暉

（1.河南豫光鋅業(yè)有限公司，河南濟源 459000；2.陜西鋅業(yè)有限公司，陜西商洛 726007）

隨著有色金屬行業(yè)的迅速發(fā)展，環(huán)保問題也日益嚴峻。冶煉煙氣污染物主要有硫化物和氮化物等，2018年之前有色冶煉企業(yè)均對煙氣中的硫化物進行了有效治理，但煙氣中的氮氧化物還未治理。作為一個主要污染物，國家從2018年10月開始對氮氧化物排放進行強制性要求，且作為主要污染物進行檢測，如果超標就會被強制停機，鋅冶煉企業(yè)的氮氧化物治理已刻不容緩[1]。鋅揮發(fā)窯渣處理工序雖然是常規(guī)濕法煉鋅流程的末端工序，但其運行正常與否，直接影響系統(tǒng)生產(chǎn)平衡和連續(xù)性控制。為滿足特別排放要求，某煉鋅企業(yè)根據(jù)生產(chǎn)實際，采用改進型SNCR脫硝技術(shù)對鋅揮發(fā)窯尾氣進行治理。

1 尾氣中氮氧化物的來源

某鋅冶煉企業(yè)渣處理工序揮發(fā)窯生產(chǎn)線，其主要生產(chǎn)原料為鋅冶煉過程中產(chǎn)出的鋅浸渣，可處理鋅浸渣100 kt/a。該生產(chǎn)過程中將浸出渣與焦粉按一定比例混合后，使其在約1 300 ℃高溫條件下發(fā)生反應(yīng)，回收其中的有價金屬。該生產(chǎn)線離窯煙氣量約70 000 m3/h，煙氣溫度650～750 ℃，ρ(NOx)在50～200 mg/m3。氮氧化物大部分是空氣中的氮在高溫下被氧化而生成，少部分是由所用物料如浸出渣、焦粒及其他輔料中的含氮化合物在高溫條件下分解而形成。生產(chǎn)過程中，通過調(diào)整生產(chǎn)工藝條件和物料的搭配，鋅揮發(fā)窯尾氣中氮氧化物的生成量可減少約20%，但仍達不到特別排放限值[ρ(NOx)＜100 mg/m3]的環(huán)保要求。要實現(xiàn)達標排放，必須采用強制措施對尾氣中的氮氧化物進行脫除治理。

2 改進型SNCR脫硝法尾氣處理工藝流程及反應(yīng)機理

2.1 改進型SNCR脫硝法工藝流程

改進型SNCR脫硝法將傳統(tǒng)的氨水噴射工藝改進為氨氣噴射工藝，將噴射的雙流體噴槍改進為單流體噴槍，改進型SNCR脫硝法工藝流程見圖1。

圖1 改進型SNCR脫硝法工藝流程

揮發(fā)窯窯尾煙氣溫度為750～1 050 ℃，在沉降室兩側(cè)爐墻上開孔斜插安裝2支脫硝噴槍，將噴槍噴頭伸入窯尾適當(dāng)區(qū)域，在該段進行還原劑噴射。將w(NH3)為15%的氨水，在吸收配料罐稀釋成w(NH3)為5%的氨水，放置在稀釋氨水罐中存儲，w(NH3)5%的氨水通過氨水循環(huán)模塊以及計量模塊以霧化狀態(tài)噴射進氨蒸發(fā)器，蒸發(fā)器將氨水氣化，再通過噴槍噴射至窯尾適當(dāng)?shù)臏囟葏^(qū)域與煙氣中的氮氧化物進行氧化還原反應(yīng)，生成氮氣和水，達到脫硝目的。

2.2 改進型SNCR脫硝法反應(yīng)機理

改進型SNCR脫硝法是利用氨水的還原性和強選擇性，在750～1 050 ℃對鋅揮發(fā)窯煙氣中的氮氧化物進行還原脫除。通過配料調(diào)整脫硝劑成分，混合攪拌均勻后，根據(jù)煙氣中氮氧化物濃度高低，控制脫硝劑蒸發(fā)流量，再通過噴槍將氨氣均勻地噴入揮發(fā)窯內(nèi)，將煙氣中的氮氧化物還原為氮氣排放，達到脫硝的目的。其主要反應(yīng)方程式如下[2]：

反應(yīng)過程中產(chǎn)出的氮氣和水，均以氣體的形態(tài)隨煙氣排出，不產(chǎn)生二次污染。

3 改進型SNCR脫硝法的主要設(shè)備

改進型SNCR脫硝裝置主要設(shè)備有配料罐、儲存罐、計量裝置、蒸發(fā)器、噴槍及其配套的輸送泵等。主要設(shè)備規(guī)格見表1。

表1 改進型SNCR脫硝裝置主要設(shè)備

4 生產(chǎn)過程中需注意的問題

項目建成后于2019年1月3日投入試運行。截至目前，工藝、設(shè)備均運行正常，排放指標達到環(huán)保排放要求，減排效果較好。但運行過程中應(yīng)注意控制好以下幾個問題。

4.1 反應(yīng)溫度界面確定

揮發(fā)窯生產(chǎn)系統(tǒng)從前到后煙氣溫度呈梯度下降，正常生產(chǎn)情況下?lián)]發(fā)窯尾溫度約700 ℃。根據(jù)選擇性非催化還原脫硝反應(yīng)機理可知，選擇合適的溫度窗口是保證脫硝效果的關(guān)鍵。參考揮發(fā)窯結(jié)構(gòu)特點，通過現(xiàn)場實測，在揮發(fā)窯窯尾內(nèi)部找出能滿足反應(yīng)需求的850 ℃溫度界面，此溫度界面不可低于750 ℃，否則將影響氮氧化物的脫除效率。如果溫度界面低于630 ℃，檢測脫除效率幾乎為零。

4.2 噴槍布置方式

在鋅揮發(fā)窯的實際生產(chǎn)中，滿足選擇性非催化還原脫硝需求的溫度界面在揮發(fā)窯內(nèi)部，故噴槍布置既要滿足脫硝劑在反應(yīng)界面的全覆蓋，又要避免噴射脫硝劑時對窯內(nèi)襯的影響，這給反應(yīng)界面和噴槍架設(shè)方式的選擇帶來較大的困難：通過試驗摸索和實際測試，符合反應(yīng)溫度窗口的界面在揮發(fā)窯尾部約2 m處。而揮發(fā)窯是旋轉(zhuǎn)設(shè)備，噴槍布置不能影響揮發(fā)窯的正常運行，所以噴槍的架設(shè)必須經(jīng)過窯尾沉降室進入窯內(nèi)?？紤]到沉降室屬于高溫區(qū)，且跨度較大，噴槍長時間使用易發(fā)生變形的情況，將直插式噴槍改為斜插式交叉布置，縮短噴槍跨度后，噴槍使用效果明顯改善。

4.3 脫硝劑配置濃度控制

該項目脫硝劑采用w(NH3)20%氨水作為還原劑，首先需要將其濃度配制成合適的濃度，才能得到較好的脫硝效果。根據(jù)試驗摸索，將w(NH3)控制在3%～5%時，通過蒸發(fā)器的蒸發(fā)，產(chǎn)生足夠的蒸汽壓力，保證脫硝劑與煙氣中氮氧化物的充分接觸，達到良好的還原脫硝效果，也可減少能源浪費，降低運行成本。

4.4 合理選擇噴槍型號

脫硝劑與揮發(fā)窯煙氣接觸充分與否，噴槍的霧化效果和輻射范圍起著決定性作用，所以選擇噴槍一定要慎重。首先噴槍噴頭的孔眼需發(fā)散形設(shè)置，使脫硝劑有足夠的輻射范圍；其次是噴槍孔徑要選擇合適，使其與蒸發(fā)器的蒸發(fā)能力匹配，持續(xù)保持噴槍的霧化效果和輻射范圍。試運行初期一直未能找到脫硝效果差的原因，2月份經(jīng)過對噴頭孔徑的改進，脫硝效率提高10%，脫硝劑消耗量降低20%，大大提高了脫硝劑的利用率。

5 脫硝系統(tǒng)運行效果

通過隨機抽取在線監(jiān)測數(shù)據(jù)可以看出，目前該系統(tǒng)運行效果較好，能夠達到特別排放限值的環(huán)保要求。抽查結(jié)果見表2。

表2 改進型SNCR脫硝系統(tǒng)運行效果

從表2可以看出：排放尾氣中ρ(NOx)在50 mg/m3以下，遠低于特別排放限值[ρ(NOx)＜100 mg/m3]的環(huán)保要求。

6 結(jié)語

改進型SNCR脫硝法在鋅揮發(fā)窯尾氣處理系統(tǒng)已穩(wěn)定運行1年多，第三方檢測和在線監(jiān)測氮氧化物排放指標均達到了環(huán)保排放要求，滿足了實際生產(chǎn)需要。實踐證明，只要控制好窯況，改進型SNCR脫硝法用于鋅揮發(fā)窯尾氣脫硝是較為理想的方法，該方法在實際運行過程中無二次污染物產(chǎn)生，投資和運行成本均較低，屬于典型的清潔生產(chǎn)工藝技術(shù)，值得推廣使用。該方法的不足之處是在開窯過程中和生產(chǎn)異常時因溫度窗口達不到脫硝還原反應(yīng)要求，需采取其它的脫硝方法輔助脫硝。