錫冶煉煙氣脫硝工業試驗

歐陽春，馮紹軍

（云南錫業股份有限公司錫業分公司，云南紅河661400）

隨著新的《環境保護法》《大氣污染防治法》及配套管理辦法、GB 30770—2014《錫、銻、汞工業污染物排放標準》等環保法律法規和標準的頒布實施，煙塵、SO2、NOx等污染物的排放限值越來越低，對企業污染物治理技術、環境管理水平提出了更高的要求。目前錫冶煉行業對煙塵、SO2的治理采用了先進的工藝，已能夠滿足國家及地方環保法律法規的排放要求，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試驗進行總結，為同類企業提供參考。

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、技術較為成熟的為選擇性催化還原技術（SCR）、選擇性非催化還原技術（SNCR）和臭氧法。SCR法和臭氧法雖然效率較高，但投資較大。考慮到該錫冶煉廠經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 ℃，根據溫度區間，SNCR脫硝技術較為適合。因此，試驗采用SNCR法脫硝技術。

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日進行調試及驗收，11月3—17日正常運行。

3.1.1 煙化爐煙氣參數

煙化爐煙氣參數見表1。

表1 煙化爐煙氣參數

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，配制成質量分數為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。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煙氣處理系統。控制外排尾氣中的ρ(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，該位置無法監測氮氧化物濃度，因此不能同時監測脫硝前和脫硝后的數據。故將運行脫硝系統時監測的數據與未運行脫硝系統時監測的數據進行比較，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寬度僅夠安裝4只噴槍（每側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，只能調節溶液噴淋量。噴淋量根據出爐煙氣中NOx濃度的變化調整得不及時、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日對煙氣脫硝系統進行72 h性能測試，脫硝系統運行正常。該試驗在煙化爐脫硝試驗的基礎上進行了如下改進：①由于尿素溶液會產生結晶造成堵塞，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，根據出爐煙氣中NOx濃度的變化而及時調整噴淋量。

3.2.1 頂吹爐煙氣參數

頂吹爐煙氣參數見表3。

表3 頂吹爐煙氣參數

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

質量分數為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，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煙氣處理系統。控制外排尾氣中的ρ(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，而且不能同時監測脫硝前和脫硝后的氮氧化物數據，難以及時調整噴淋量，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 結論與建議

在實際運用過程中，由于SNCR脫硝技術受溫度影響較大，而冶金爐窯爐內溫度波動較大，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工序造成一定影響。

3）合理設置噴嘴數量和位置，噴嘴在高溫、高塵環境工作，需設置保護裝置。