錫冶煉煙氣脫硝工業(yè)試驗(yàn)

歐陽(yáng)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(hù)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(biāo)準(zhǔn)》等環(huán)保法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的頒布實(shí)施，煙塵、SO2、NOx等污染物的排放限值越來(lái)越低，對(duì)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(duì)煙塵、SO2的治理采用了先進(jìn)的工藝，已能夠滿足國(guó)家及地方環(huán)保法律法規(guī)的排放要求，但對(duì)于氮氧化物的治理尚未有理想的治理工藝，因此對(duì)冶煉煙氣進(jìn)行氮氧化物治理探索實(shí)踐十分必要。筆者對(duì)某錫冶煉廠煙氣脫硝工業(yè)試驗(yàn)進(jìn)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(lái)源

錫冶煉煙氣中的氮主要來(lái)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(jìn)行熔煉、煙化處理、煉前焙燒過(guò)程中，其中的氮元素會(huì)氧化生成氮氧化物進(jìn)入煙氣。

2 脫硝方法選擇

脫硝方法目前應(yīng)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(dá)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(yàn)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(yīng)器，將尿素溶液或氨水等氨基還原劑噴入爐膛，反應(yīng)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(yīng)生成N2和H2O[1-2]。

采用尿素作為還原劑的主要化學(xué)反應(yīng)為：

采用氨水作為還原劑的主要化學(xué)反應(yīng)為：

3 脫硝試驗(yàn)

脫硝試驗(yàn)分為兩個(gè)階段：第一階段為2017年10—11月在煙化爐進(jìn)行；第二階段為2021年3—5月在頂吹爐進(jìn)行。

3.1 煙化爐煙氣脫硝試驗(yàn)

該試驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)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(xiàng)目于2017年9月29日開(kāi)始施工，于10月16日安裝完畢，11月2日進(jìn)行調(diào)試及驗(yàn)收，11月3—17日正常運(yùn)行。

3.1.1 煙化爐煙氣參數(shù)

煙化爐煙氣參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 煙化爐煙氣參數(shù)

3.1.2 煙化爐煙氣脫硝試驗(yàn)工藝流程

脫硝工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 煙化爐煙氣脫硝試驗(yàn)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?jǐn)?shù)為5%～10%的尿素溶液，尿素溶液、霧化風(fēng)（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(fēng)混合、霧化后，通過(guò)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(yīng)生成N2和H2O，達(dá)到脫除NOx的目的。脫硝后的煙氣進(jìn)入后續(xù)煙氣處理系統(tǒng)。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(wú)法監(jiān)測(cè)氮氧化物濃度，因此不能同時(shí)監(jiān)測(cè)脫硝前和脫硝后的數(shù)據(jù)。故將運(yùn)行脫硝系統(tǒng)時(shí)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)與未運(yùn)行脫硝系統(tǒng)時(shí)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，計(jì)算出脫硝效率。煙化爐煙氣脫硝效率見(jiàn)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(zhǎng)度為4.2 m，尿素分解產(chǎn)生的氨氣與煙氣反應(yīng)時(shí)間僅為0.4 s，達(dá)不到最少的理論反應(yīng)時(shí)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(yīng)接觸面積不夠充足。

3）脫硝劑尿素溶液配制模塊較簡(jiǎn)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(shí)、噴淋液濃度不合理都會(huì)對(duì)脫硝效率有一定的影響。

3.2 頂吹爐煙氣脫硝試驗(yàn)

該項(xiàng)目設(shè)計(jì)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(duì)煙氣脫硝系統(tǒng)進(jìn)行72 h性能測(cè)試，脫硝系統(tǒng)運(yùn)行正常。該試驗(yàn)在煙化爐脫硝試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了如下改進(jìn)：①由于尿素溶液會(huì)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(zhǎng)至33 m，并在兩側(cè)安裝了16只噴槍，以保證充足的反應(yīng)時(shí)間及接觸面積；③采取自動(dòng)控制，根據(jù)出爐煙氣中NOx濃度的變化而及時(shí)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(jiàn)表3。

表3 頂吹爐煙氣參數(shù)

3.2.2 頂吹爐煙氣脫硝試驗(yàn)工藝流程

頂吹爐煙氣脫硝試驗(yàn)工藝流程見(jiàn)圖2。

圖2 頂吹爐煙氣脫硝試驗(yàn)工藝流程

質(zhì)量分?jǐn)?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(fēng)混合、霧化后，通過(guò)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(yīng)生成N2和H2O，達(dá)到脫除NOx的目的。脫硝后的煙氣進(jìn)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(jiàn)表4。

表4 頂吹爐煙氣脫硝效率

正常生產(chǎn)期間，大部分時(shí)間ρ(NOx)約為300 mg/m3，最高達(dá)到1 000 mg/m3。當(dāng)開(kāi)口放渣放錫時(shí)，由于未進(jìn)料和噴煤，因此沒(méi)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(yīng)溫度為850～950 ℃，而頂吹爐爐內(nèi)溫度波動(dòng)較大，當(dāng)超過(guò)這個(gè)溫度范圍時(shí)脫硝效率較低。

2）氮氧化物濃度波動(dòng)較大，而且不能同時(shí)監(jiān)測(cè)脫硝前和脫硝后的氮氧化物數(shù)據(jù)，難以及時(shí)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(diǎn)溫度達(dá)不到最佳反應(yīng)溫度，造成脫硝效率偏低。

4 結(jié)論與建議

在實(shí)際運(yùn)用過(guò)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(dòng)較大，導(dǎo)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(yàn)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(zhǎng)度以滿足脫硝反應(yīng)時(shí)間。

2）使用氨水為脫硝劑時(shí)，需控制氨水噴入量，過(guò)量噴入氨水會(huì)對(duì)后續(xù)工序造成一定影響。

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