李 晶

（河南省濮陽(yáng)市生態(tài)環(huán)境局清豐分局，河南 濮陽(yáng) 457399）

隨著我國(guó)有色冶煉規(guī)模的快速發(fā)展，有色冶煉煙氣污染物排放成為人們?nèi)找骊P(guān)注的焦點(diǎn)。同時(shí)，國(guó)家環(huán)保要求和監(jiān)管力度日趨嚴(yán)格，各地不斷要求有色冶煉實(shí)現(xiàn)超低排放，加大對(duì)環(huán)保指標(biāo)超標(biāo)的處罰力度。原環(huán)保部印發(fā)《關(guān)于京津冀大氣污染傳輸通道城市執(zhí)行大氣污染物特別排放限值的公告》，決定在京津冀大氣污染傳輸通道城市執(zhí)行大氣污染物特別排放限值。公告中強(qiáng)調(diào)，“2+26”城市現(xiàn)有企業(yè)應(yīng)采取有效措施，在規(guī)定期限內(nèi)達(dá)到大氣污染物特別排放限值。逾期仍達(dá)不到的，責(zé)令改正或限制生產(chǎn)、停產(chǎn)整治，并處以罰款；情節(jié)嚴(yán)重的，報(bào)經(jīng)有批準(zhǔn)權(quán)的人民政府批準(zhǔn)，責(zé)令停業(yè)、關(guān)閉[1]。對(duì)于國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)中已規(guī)定大氣污染物特別排放限值的行業(yè)以及鍋爐，火電、鋼鐵、石化、化工、有色（不含氧化鋁）、水泥行業(yè)現(xiàn)有企業(yè)以及在用鍋爐，自2018年10月1日起，執(zhí)行SO2、NOx、顆粒物和VOCs特別排放限值，其中NOx的特別排放限值為100mg/m3。

1 煙氣脫硝技術(shù)介紹

目前，有色煙氣治理所采用的脫硝工藝，主要有選擇性非催化還原法（SNCR）、選擇性催化還原法（SCR）、臭氧氧化吸收法、高分子干粉脫硝法等。

1.1 SNCR脫硝工藝原理

選擇性非催化還原法（SNCR）脫除NOx技術(shù)是把還原劑(如氨水、液氨或者尿素等)噴入爐內(nèi)溫度合適區(qū)域，與NOx發(fā)生還原反應(yīng)生成N2和H2O。SNCR技術(shù)由于不使用催化劑，所以反應(yīng)需要較高的溫度，溫度窗口一般需要嚴(yán)格控制在850℃～1100℃之間。當(dāng)溫度高于溫度窗范圍時(shí)，則會(huì)造成氨氧化生成NOx，導(dǎo)致脫硝率降低，NOx濃度甚至?xí)?；如果反?yīng)溫度低于溫度窗口范圍，氨反應(yīng)不完全，未反應(yīng)的氨隨煙氣排出容易造成“氨逃逸”。因此溫度窗口對(duì)于SNCR技術(shù)來(lái)說(shuō)是最主要的影響因素[2]。

當(dāng)尿素做還原劑時(shí)，在爐內(nèi)高溫工況下，尿素溶液與NOx發(fā)生如下反應(yīng)：

當(dāng)氨水做還原劑時(shí)，在高溫下，氨與NOx發(fā)生如下反應(yīng)：

但當(dāng)溫度高于1100℃時(shí)，氨會(huì)與O2發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生NO：

SNCR法脫硝率相對(duì)較低，一般為30%～55%，可作為一級(jí)脫硝與其他工藝結(jié)合使用。SNCR廣泛應(yīng)用于垃圾焚燒爐。循環(huán)流化床鍋爐、電力等煙氣脫硝。

1.2 選擇性催化還原法SCR

SCR法是指在催化劑作用下，采用尿素、氨水或液氨作為還原劑，在300℃～420℃的范圍內(nèi)將煙氣中的NOx還原為N2，脫硝效率一般在70%～90%。

在SCR中使用的催化劑大多以TiO2為載體，以V2O5或V2O5-MoO3或V2O5-WO3為活性成分，制成波紋式、蜂窩式或板式三種類型。其中TiO2具有較高的活性和抗SO2性能；V2O5是最重要的活性成分，具有較高的脫硝效率，但同時(shí)也會(huì)促進(jìn)SO2向SO2的轉(zhuǎn)化[3]。催化劑可分為高溫催化劑、中溫催化劑和低溫催化劑，不同的催化劑要求的反應(yīng)溫度不同。

1.3 臭氧氧化吸收脫硝法

臭氧具有極強(qiáng)的氧化性，其氧化性比高錳酸鉀、雙氧水、次氯酸鈉等氧化物都強(qiáng)，可在短時(shí)間內(nèi)將煙氣中的NOx氧化成高價(jià)態(tài)產(chǎn)物NO2甚至是N2O5，其反應(yīng)可在＜1S內(nèi)完成。高價(jià)態(tài)的NO2或N2O5水溶性較高，以堿性溶液（如氫氧化鈉溶液）吸收后即可脫除，故臭氧脫硝具有反應(yīng)快，脫硝效率高的特點(diǎn)。但是臭氧氧化吸收脫硝法的缺點(diǎn)是會(huì)產(chǎn)生硝酸鹽或亞硝酸鹽廢水，對(duì)后續(xù)水處理增加難度。

其主要反應(yīng)式為：

1.4 高分子脫硝法

其全稱為高分子非催化還原脫硝法，簡(jiǎn)稱PNCR法。PNCR法是一種新型脫硝工藝技術(shù)，經(jīng)過(guò)近幾年不斷發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入成熟應(yīng)用階段。它是一種利用高分子脫硝劑，不使用催化劑情況下在高溫作用下與煙氣中的NOx進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，將其除去并轉(zhuǎn)化為N2和H2O的脫硝工藝。

表1 有色冶煉煙氣脫硝技術(shù)對(duì)比

2 PNCR工藝流程及原理

與傳統(tǒng)的SNCR（選擇性非催化還原法）及SCR（選擇性催化還原法）相比，PNCR法具有脫硝效率高、工藝簡(jiǎn)單、初投資少且運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)，在生產(chǎn)實(shí)踐中得到越來(lái)越多的應(yīng)用。

PNCR脫硝技術(shù)的主要成分為高分子干粉脫硝劑。脫硝劑一般是粉末顆粒狀固體，主要由高分子還原性材料組成，如尿素等，此外還含有活化劑、緩釋劑等輔助成分，通過(guò)羅茨風(fēng)機(jī)氣力輸送將脫硝劑噴入煙氣中，在合適的溫度窗口下脫硝劑受熱分解，產(chǎn)生的NH3與煙氣中的NOx充分混合反應(yīng)，生成無(wú)害的N2和H2O。整個(gè)脫硝過(guò)程反應(yīng)速度快，不產(chǎn)生二次污染，主要反應(yīng)方程式為：

高分子還原劑是一種以具有高效還原活性高分子材料為主要組成成分的固態(tài)粉末顆粒狀混合物。其中含有的主要組分有：高分子脫硝劑（CnHmNs）、分散劑、乳化劑、滲透劑、活化劑和緩釋劑，以及由氧化鎂、氧化鋁、氧化硅、氧化鐵、氧化鈣、氧化鋇、氧化錳和稀土元素等化合物組成的催化劑及其助劑。

3 PNCR技術(shù)特點(diǎn)

3.1 可靠性高

采用矢量稱重和脫硝劑自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可與CEMS聯(lián)鎖精確調(diào)節(jié)脫硝劑用量；脫硝劑料倉(cāng)配套了混料模塊，內(nèi)有攪拌刮料器，防止結(jié)塊堵料；輸送模塊采用一用一備，確保系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠；噴槍采用獨(dú)特的氣力輸送防堵保護(hù)系統(tǒng)，運(yùn)行安全便捷[4]。

3.2 脫硝效率高

采用SNCR干粉脫硝劑，穿透力強(qiáng)，噴射距離遠(yuǎn)，其脫硝率比可達(dá)80%以上。

3.3 安全性高

PNCR干粉脫硝劑，具有使用安全、貯運(yùn)穩(wěn)定、無(wú)腐蝕的特點(diǎn)，并且對(duì)人體無(wú)害。

3.4 系統(tǒng)投資小

PNCR干粉脫硝系統(tǒng)，投資費(fèi)用低，僅為SCR投資的約十分之一。

3.5 高效節(jié)能

PNCR干粉脫硝劑噴射量少，效率高、無(wú)熱損失，對(duì)爐堂溫度無(wú)影響。

4 PNCR脫硝設(shè)備組成

圖1 高分子脫硝系統(tǒng)示意圖

4.1 負(fù)壓上料和存儲(chǔ)系統(tǒng)

通過(guò)負(fù)壓管道將PNCR脫硝劑從料包直接吸入料倉(cāng)內(nèi)，極大地減少人工操作時(shí)間及勞動(dòng)強(qiáng)度，料倉(cāng)配備有稱重系統(tǒng)和料位感應(yīng)系統(tǒng)，料倉(cāng)還設(shè)置了除塵器，可減少粉塵污染。

4.2 輸送系統(tǒng)

輸送系統(tǒng)主要由羅茨風(fēng)機(jī)和管道組成，羅茨風(fēng)機(jī)采用變頻電機(jī)，為整個(gè)系統(tǒng)系統(tǒng)提供合適的風(fēng)量和風(fēng)壓。

4.3 下料系統(tǒng)

下料采用變頻電機(jī)控制卸料器，可與鍋爐和煙氣在線系統(tǒng)（CEMS）連接，根據(jù)煙氣的NOx排放濃度，做到實(shí)時(shí)跟蹤調(diào)整脫硝劑下料量，確保達(dá)標(biāo)排放，且能節(jié)約脫硝劑成本。

圖2 PNCR控制系統(tǒng)流程圖

4.4 噴射系統(tǒng)

噴槍是噴射系統(tǒng)的核心組件，通過(guò)調(diào)節(jié)下料器的變頻器頻率控制脫硝劑的流量。噴槍采用耐磨損、耐高溫、耐腐蝕且容易維護(hù)的材料制作而成，霧化效果良好，維護(hù)簡(jiǎn)單，霧化面積根據(jù)流暢模擬和各參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)[5]。

4.5 控制系統(tǒng)

PNCR系統(tǒng)采用PLC自動(dòng)化控制，可實(shí)現(xiàn)監(jiān)控、操作等功能?？刂葡到y(tǒng)與煙氣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)連接，根據(jù)反饋信號(hào)精準(zhǔn)控制脫硝劑給料量，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性良好的統(tǒng)一。

5 應(yīng)用實(shí)例

河南某鉛冶煉企業(yè)煙化爐工藝煙氣的煙氣量約為100000Nm3/h，NOx濃度約為1000mg/m3。

工藝煙氣在爐體出煙口經(jīng)直升煙道進(jìn)入余熱鍋爐，然后進(jìn)入電除塵器，除塵后進(jìn)入濕法處理系統(tǒng)。由于煙氣NOx濃度較高，采用兩級(jí)脫硝工藝進(jìn)行治理，一級(jí)脫硝采用PNCR脫硝工藝。在直升煙道合適溫度范圍安裝兩層PNCR噴槍，噴槍分布見(jiàn)圖3。

圖3 PNCR噴槍安裝分布圖

該系統(tǒng)設(shè)備主要包括羅茨風(fēng)機(jī)、旋轉(zhuǎn)給料、螺桿分配、計(jì)量稱重裝置、變頻控制給料、氣料分配器、氣料噴射器、噴槍及管路、集中控制模塊等。

（1）固體粉末狀脫硝劑儲(chǔ)存在貯倉(cāng)中，通過(guò)給料機(jī)經(jīng)噴射風(fēng)機(jī)輸送由噴槍到爐膛煙氣中，以去除煙氣中的NOx。

（2）設(shè)置真空自動(dòng)加料裝置，同時(shí)保留倉(cāng)頂人工投料（不需要考慮相關(guān)吊裝電動(dòng)葫蘆裝置）。

（3）在貯倉(cāng)旋轉(zhuǎn)給料機(jī)的中間安裝插板閥，以便在檢查和維修時(shí)切斷給料。

（4）貯倉(cāng)頂部安裝脈沖噴吹式袋式除塵器。在貯倉(cāng)進(jìn)料期間，貯倉(cāng)中的空氣通過(guò)濾袋排出，以免給貯倉(cāng)加壓。倉(cāng)頂袋式除塵器不但在貯倉(cāng)接進(jìn)料的過(guò)程中運(yùn)行，而且在運(yùn)行期間定期間隔運(yùn)行。

（5）貯倉(cāng)底部設(shè)破供流化裝置和振打電機(jī)，下設(shè)2個(gè)旋轉(zhuǎn)給料機(jī)，給料機(jī)對(duì)應(yīng)一個(gè)緩沖料斗，經(jīng)螺桿給料機(jī)分配至輸料管線，螺桿給料機(jī)采用變頻電機(jī)控制，可以調(diào)節(jié)物料出口流量。

（6）從噴射風(fēng)機(jī)來(lái)的空氣經(jīng)定料給料裝置將排出的固體粉末狀脫硝劑送至噴槍，繼而噴入膛煙氣中，以去除煙氣中的NOx。

（7）噴射風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)為一用一備。

該P(yáng)NCR脫硝系統(tǒng)投入運(yùn)行后，通過(guò)運(yùn)行效果分析，可以達(dá)到NOx降低至200mg/m3以下，脫硝效率在80%以上。一級(jí)PNCR脫硝極大的降低了煙氣中的NOx，為后續(xù)二級(jí)脫硝提供了便利條件。

6 結(jié)語(yǔ)

有色冶煉煙氣治理采用脫硝工藝時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況選擇不同的脫硝方法。

針對(duì)NOx質(zhì)量濃度較高的情況，采用SNCR等脫硝方法可能無(wú)法達(dá)到現(xiàn)行脫硝標(biāo)準(zhǔn)，采用效率較高的PNCR脫硝技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的要求。高分子脫硝技術(shù)系統(tǒng)簡(jiǎn)單易操作，投資成本較低，經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益明顯，不僅符合國(guó)家環(huán)保要求，而且工藝實(shí)施運(yùn)營(yíng)成本相對(duì)較低，為企業(yè)減輕了負(fù)擔(dān)。