脫硝技術在有色金屬冶煉行業煙氣處理中的應用探討

摘要：有色金屬冶煉行業涵蓋了除黑色金屬以外的鋁、鎂、銅、稀貴等多種金屬。各類金屬火法冶煉過程中產生的工藝煙氣條件復雜，行業中多年來一直缺少有效的治理手段。直至2014年有色工業污染物排放標準修改單的頒布，各類污染物尤其NOx治理才得到越來越多的關注。

關鍵詞：有色行業;NOx;脫硝工藝

Abstract：The nonferrous metal smelting industry covers a variety of metals，such as aluminum， magnesium，copper，rare and precious metals， in addition to ferrous metals.The process flue gas produced in the pyrometallurgical process of various kinds of metals is in complex conditions， and the industry has been lack of effective control means for many years.Until the promulgation of the non-ferrous industry pollutant emission standard amendment in 2014， all kinds of pollutants，especially NOx treatment，received more and more attention.

Key words：Non ferrous metal industry;NOx;Denitrification process

本文主要針對有色金屬冶煉行業的NOx污染現狀，對脫硝技術的應用與推廣進行探討。

1 國內氮氧化物污染現狀

近年來，在環保政策的壓力下，國內工業源氮氧化物排放總量得到了極大縮減。2012年玻璃制品行業啟動第一套脫硝工藝;2015年，火電行業實現全行業脫硝改造;2017年，鋼鐵行業開展NOX超低排放改造;2018年，水泥、非金屬礦、有色冶金等多行業相繼啟動脫硝限排。生態環境統計年報中的數據表明，自2012年～2018年，國內NOx排放總量下降50%，縮量至1.197×107t。近年來全國NOx排放總量及2015年行業分布數據見表1、表2。

2 現有脫硝工藝

脫硝工藝近年來發展迅速，較成熟的技術種類已有很多。按照脫硝環節可分為燃燒前、燃燒中和燃燒后脫硝。加氫洗選屬于燃燒前脫硝、爐內低氮燃燒屬于燃燒中脫硝、煙氣脫硝屬于燃燒后脫硝。目前主流技術集中在燃燒后脫硝領域，如表3所示。

2.1 低氮燃燒法

低氮燃燒是目前最簡單、最經濟的方法。氮氧化物的生成與溫度有著密切關系，爐窯溫度越高，氧氣濃度越大，NOx的生成越多。低氮燃燒法通過降低爐窯內過量空氣系數、調整空氣分級燃燒和燃料分級燃燒，降低爐窯內部火焰溫度，使燃料在缺氧條件下進行燃燒，降低NOx的生成量。

2.2 選擇性非催化還原法（SNCR）

SNCR技術是一種普遍適應于高溫爐窯的簡易脫硝方法，在無催化劑的條件下，向850～1 150℃溫度區間內添加氨基還原劑還原NOx。由于氨基還原劑的分散均勻性受到工藝煙氣流場分布影響，脫硝效率相較較低，因此常作為聯合脫硝工藝的步驟之一。

2.3 選擇性催化還原法（SCR）

SCR技術是在催化劑的作用下，利用氨基還原劑有選擇性地與煙氣中的NOx反應瞬時完成脫硝反應。該技術脫硝效率穩定，是目前NOx超低排放的核心工藝。SCR最適溫度區間介于240～420℃，對重金屬、砷等物質敏感，溫度過高或過低催化劑均很難正常工作，多類氣態雜質會造成催化劑體系永久失活。

2.4 低溫氧化法

低溫氧化脫硝是利用強氧化性物質在較低的溫度下（相對于SNCR法和SCR法）與煙氣中的NOx反應生成易于溶于水的高價態氮氧化物。進而采用堿性物質吸收，生成硝酸鹽和亞硝酸鹽。低溫氧化法在200℃以下都可以發生反應，最佳的反應溫度在50℃～150℃。

該方法反應溫度低，可布置在生產流程末端;對煙氣、煙塵成分無特定要求，但副產物需要進一步處理。

2.5 活性焦吸附法

活性焦是一種具有吸附性和催化性雙重性能的粒狀物質，具有十分豐富的微孔結構，是NH3還原為NOx的優良催化劑。活性焦對NOx有物理吸附和化學吸附兩種方式。當煙氣中無水蒸氣和氧氣存在時，主要發生物理吸附;當有足夠量的氧氣和水蒸氣時，發生物理吸附、化學吸附和表面反應。

3 國內有色金屬冶煉行業工藝特征

3.1 行業特征

有色金屬冶煉是指除黑色金屬以外所有金屬的生產。按成品的金屬特性可分為重金屬、輕金屬和稀貴金屬冶煉。若按原料組成，又可以分為原生礦金屬冶煉和再生資源金屬冶煉。

有色金屬冶煉工藝包含火法、濕法及火法-濕法聯合工藝。火法冶煉是行業產生NOX的源頭。由于涉及金屬種類眾多，每種金屬針對原料品位、晶像及組分又可采用不同的冶金爐窯，導致有色行業有著特點各樣的火法工藝煙氣。

3.2 工藝煙氣特點

有色火法冶煉煙氣特征明顯，爐窯多為周期操作，煙氣量波動明顯;煙氣發生量小，目前國內最大的銅鉛冶煉項目，工藝煙氣量僅僅100 000Nm3/h，小型稀貴金屬項目甚至小于1 000Nm3/h;煙氣中酸性污染物濃度極高，介于1000～300 000mg/Nm3，酸露點超過250℃;煙氣含多類重金屬、砷、汞等物質。

3.3 現行環保法規

有色金屬冶煉行業污染物排放標準頒布于2010年，在此之前執行《工業爐窯大氣污染物排放標準》和《大氣污染物綜合排放標準》。由于綜合類排放標準針對性不強，且污染物項目存在缺失，有色金屬冶煉行業污染物治理技術已經明顯落后于其他工業領域。

自銅、鉛、鋁、鎂、釩等工業污染物排放標準的相繼執行，有色行業才正式拉開了環境治理的序幕。2014年有色工業污染物排放標準修改單、2015年再生金屬污染物排放標準的進一步出臺，讓有色行業環境治理進入了發展的高速通道。

4 脫硝技術在銅冶煉的應用

銅火法冶煉煙氣溫度接近1 300℃，NOx濃度接近800mg/Nm3，SO2體積濃度超過20%，粉塵及各類金屬、砷等雜質濃度普遍較高。現有工藝環節包括余熱鍋爐，電收塵器及煙氣制酸。

銅冶煉首個脫硝改造工程開始于2018年，雖然2015年特排限值便已執行，但由于缺少成熟的控制手段，始終未能真正普及。

低氮燃燒是行業內率先論證的技術，但由于熔煉爐采用富氧工藝降低能耗及減少煙氣生成量，極難控制爐內燃料缺氧燃燒，技術應用難度大。

SNCR噴氨口可安裝于余熱鍋爐上升煙道，但由于上升煙道空間較短，難以保證脫硝反應有效停留時間，脫硝效率僅有50%左右，很難滿足現行排放限值要求。

SCR技術目前已有應用，反應器布置于干燥塔與一級觸媒之間。此環節煙氣潔凈并且經過了換熱器升溫，可滿足催化劑操作溫度。另外，此環節無SO3和各類氣象雜質，不會發生硫酸氫銨堵塞催化劑及催化劑中毒的現象。但由于脫硝反應產物中有H2O生成，影響后續制酸設備，故設置干燥劑吸收反應生成的水分。

低溫氧化法應用于2019年，在制酸尾氣脫硫前端增設臭氧發生裝置。銅冶煉尾氣中近80%的NOx可被氧化，經尾氣脫硫系統去除。

5 結語

有色金屬冶煉行業的脫硝工作剛剛起步，現有成熟工藝移植到有色行業后還面臨著很多問題。很多新工藝需要已投產工程需要提供更多寶貴的經驗。相信不久的將來，有色金屬冶煉行業一定會發掘適合自己領域的優秀技術，追趕上其他行業的腳步。

參考文獻

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收稿日期：2020-05-07

作者簡介：李謙（1985-），男，漢族，碩士研究生，高級工程師，研究方向為環境工程。