歐陽春，馮紹軍

（云南錫業(yè)股份有限公司錫業(yè)分公司，云南紅河661400）

隨著新的《環(huán)境保護法》《大氣污染防治法》及配套管理辦法、GB 30770—2014《錫、銻、汞工業(yè)污染物排放標準》等環(huán)保法律法規(guī)和標準的頒布實施，煙塵、SO2、NOx等污染物的排放限值越來越低，對企業(yè)污染物治理技術(shù)、環(huán)境管理水平提出了更高的要求。目前錫冶煉行業(yè)對煙塵、SO2的治理采用了先進的工藝，已能夠滿足國家及地方環(huán)保法律法規(guī)的排放要求，但對于氮氧化物的治理尚未有理想的治理工藝，因此對冶煉煙氣進行氮氧化物治理探索實踐十分必要。筆者對某錫冶煉廠煙氣脫硝工業(yè)試驗進行總結(jié)，為同類企業(yè)提供參考。

1 錫冶煉煙氣氮氧化物來源

錫冶煉煙氣中的氮主要來源于錫精礦、錫中礦、燃料煤、還原煤和各種中間錫物料。這些錫冶煉的原材料和燃料在進行熔煉、煙化處理、煉前焙燒過程中，其中的氮元素會氧化生成氮氧化物進入煙氣。

2 脫硝方法選擇

脫硝方法目前應用較多、技術(shù)較為成熟的為選擇性催化還原技術(shù)（SCR）、選擇性非催化還原技術(shù)（SNCR）和臭氧法。SCR法和臭氧法雖然效率較高，但投資較大?？紤]到該錫冶煉廠經(jīng)各爐窯煙氣混合后的錫冶煉外排尾氣中ρ(NOx)≤400 mg/m3，只要脫硝效率達到50%就能夠滿足排放要求，且頂吹爐、煙化爐出口煙氣溫度為900～1 200 ℃，根據(jù)溫度區(qū)間，SNCR脫硝技術(shù)較為適合。因此，試驗采用SNCR法脫硝技術(shù)。

SNCR脫硝工藝是在不使用催化劑的條件下，以爐膛為反應器，將尿素溶液或氨水等氨基還原劑噴入爐膛，反應溫度為850～1 150 ℃，還原劑迅速熱分解生成NH3，NH3與煙氣中的NOx反應生成N2和H2O[1-2]。

采用尿素作為還原劑的主要化學反應為：

采用氨水作為還原劑的主要化學反應為：

3 脫硝試驗

脫硝試驗分為兩個階段：第一階段為2017年10—11月在煙化爐進行；第二階段為2021年3—5月在頂吹爐進行。

3.1 煙化爐煙氣脫硝試驗

該試驗項目設計處理煙氣量12 000 m3/h，煙氣中ρ(NOx)為600 mg/m3，煙氣溫度850～1 100 ℃，吸收劑為尿素。項目于2017年9月29日開始施工，于10月16日安裝完畢，11月2日進行調(diào)試及驗收，11月3—17日正常運行。

3.1.1 煙化爐煙氣參數(shù)

煙化爐煙氣參數(shù)見表1。

表1 煙化爐煙氣參數(shù)

3.1.2 煙化爐煙氣脫硝試驗工藝流程

脫硝工藝流程見圖1。

圖1 煙化爐煙氣脫硝試驗工藝流程

把尿素顆粒、生活水加入溶液配制槽，配制成質(zhì)量分數(shù)為5%～10%的尿素溶液，尿素溶液、霧化風（壓縮空氣）被分配好后，分別送往各只噴槍。采用雙流體霧化噴槍，在噴槍尾部，稀尿素溶液和霧化風混合、霧化后，通過噴嘴噴入爐膛高溫區(qū)。尿素溶液在爐膛的橫截面上與煙氣垂直接觸，尿素霧化分解生成的氨水與煙氣中的NOx反應生成N2和H2O，達到脫除NOx的目的。脫硝后的煙氣進入后續(xù)煙氣處理系統(tǒng)?？刂仆馀盼矚庵械摩?NOx)≤200 mg/m3，逃逸氨(φ)≤0.001%。

3.1.3 煙化爐煙氣脫硝效率

由于噴淋位置位于煙化爐出口處，溫度較高，該位置無法監(jiān)測氮氧化物濃度，因此不能同時監(jiān)測脫硝前和脫硝后的數(shù)據(jù)。故將運行脫硝系統(tǒng)時監(jiān)測的數(shù)據(jù)與未運行脫硝系統(tǒng)時監(jiān)測的數(shù)據(jù)進行比較，計算出脫硝效率。煙化爐煙氣脫硝效率見表2。

表2 煙化爐煙氣脫硝效率

3.1.4 煙化爐煙氣脫硝效率偏低的原因分析

脫硝效率僅為11%～28%，造成脫硝效率偏低的主要原因如下：

1）煙化爐斜坡煙道長度為4.2 m，尿素分解產(chǎn)生的氨氣與煙氣反應時間僅為0.4 s，達不到最少的理論反應時間1 s的要求。

2）由于煙化爐斜坡煙道兩側(cè)寬度僅夠安裝4只噴槍（每側(cè)2只），氨氣與煙氣的反應接觸面積不夠充足。

3）脫硝劑尿素溶液配制模塊較簡易，采用固定尿素溶液濃度的模式，只能調(diào)節(jié)溶液噴淋量。噴淋量根據(jù)出爐煙氣中NOx濃度的變化調(diào)整得不及時、噴淋液濃度不合理都會對脫硝效率有一定的影響。

3.2 頂吹爐煙氣脫硝試驗

該項目設計處理煙氣量50 000 m3/h，煙氣中ρ(NOx)為800 mg/m3，煙氣溫度850～1 100 ℃。煙氣脫硝系統(tǒng)于2020年11月25日安裝完工，于2021年1月28—31日對煙氣脫硝系統(tǒng)進行72 h性能測試，脫硝系統(tǒng)運行正常。該試驗在煙化爐脫硝試驗的基礎上進行了如下改進：①由于尿素溶液會產(chǎn)生結(jié)晶造成堵塞，因此將脫硝劑換成氨水；②將頂吹爐上升煙道加長至33 m，并在兩側(cè)安裝了16只噴槍，以保證充足的反應時間及接觸面積；③采取自動控制，根據(jù)出爐煙氣中NOx濃度的變化而及時調(diào)整噴淋量。

3.2.1 頂吹爐煙氣參數(shù)

頂吹爐煙氣參數(shù)見表3。

表3 頂吹爐煙氣參數(shù)

3.2.2 頂吹爐煙氣脫硝試驗工藝流程

頂吹爐煙氣脫硝試驗工藝流程見圖2。

圖2 頂吹爐煙氣脫硝試驗工藝流程

質(zhì)量分數(shù)為20%的氨水被分配好后，分別送往各只噴槍。在噴槍尾部，氨水和霧化風混合、霧化后，通過噴嘴噴入爐膛高溫區(qū)，氨水受熱分解釋放出氨氣。氨氣在爐膛的橫截面上與煙氣垂直接觸后與煙氣中的NOx反應生成N2和H2O，達到脫除NOx的目的。脫硝后的煙氣進入后續(xù)煙氣處理系統(tǒng)?？刂仆馀盼矚庵械摩?NOx)≤200 mg/m3，逃逸氨(φ)≤0.001%。

3.2.3 頂吹爐煙氣脫硝效率

頂吹爐煙氣脫硝效率見表4。

表4 頂吹爐煙氣脫硝效率

正常生產(chǎn)期間，大部分時間ρ(NOx)約為300 mg/m3，最高達到1 000 mg/m3。當開口放渣放錫時，由于未進料和噴煤，因此沒有氮氧化物產(chǎn)生。

3.2.4 頂吹爐煙氣脫硝效率偏低的原因分析

頂吹爐煙氣脫硝效率為50%，效率偏低的主要原因如下：

1）SNCR法最佳反應溫度為850～950 ℃，而頂吹爐爐內(nèi)溫度波動較大，當超過這個溫度范圍時脫硝效率較低。

2）氮氧化物濃度波動較大，而且不能同時監(jiān)測脫硝前和脫硝后的氮氧化物數(shù)據(jù)，難以及時調(diào)整噴淋量，造成脫硝效率偏低。

3）位于上升煙道尾部位置的噴入點溫度達不到最佳反應溫度，造成脫硝效率偏低。

4 結(jié)論與建議

在實際運用過程中，由于SNCR脫硝技術(shù)受溫度影響較大，而冶金爐窯爐內(nèi)溫度波動較大，導致脫硝效率不高，該方法只適合于低濃度氮氧化物煙氣的治理。筆者結(jié)合試驗情況，提出以下建議：

1）在條件允許的情況下，提供足夠的煙道長度以滿足脫硝反應時間。

2）使用氨水為脫硝劑時，需控制氨水噴入量，過量噴入氨水會對后續(xù)工序造成一定影響。

3）合理設置噴嘴數(shù)量和位置，噴嘴在高溫、高塵環(huán)境工作，需設置保護裝置。