脫硝技術(shù)在有色金屬冶煉行業(yè)煙氣處理中的應(yīng)用探討

摘要：有色金屬冶煉行業(yè)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(chǎn)生的工藝煙氣條件復(fù)雜，行業(yè)中多年來一直缺少有效的治理手段。直至2014年有色工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)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(guān)注。

關(guān)鍵詞：有色行業(yè);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(yè)的NOx污染現(xiàn)狀，對脫硝技術(shù)的應(yīng)用與推廣進(jìn)行探討。

1 國內(nèi)氮氧化物污染現(xiàn)狀

近年來，在環(huán)保政策的壓力下，國內(nèi)工業(yè)源氮氧化物排放總量得到了極大縮減。2012年玻璃制品行業(yè)啟動第一套脫硝工藝;2015年，火電行業(yè)實(shí)現(xiàn)全行業(yè)脫硝改造;2017年，鋼鐵行業(yè)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(yè)相繼啟動脫硝限排。生態(tài)環(huán)境統(tǒng)計(jì)年報(bào)中的數(shù)據(jù)表明，自2012年～2018年，國內(nèi)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(yè)分布數(shù)據(jù)見表1、表2。

2 現(xiàn)有脫硝工藝

脫硝工藝近年來發(fā)展迅速，較成熟的技術(shù)種類已有很多。按照脫硝環(huán)節(jié)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(nèi)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(shù)集中在燃燒后脫硝領(lǐng)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(jīng)濟(jì)的方法。氮氧化物的生成與溫度有著密切關(guān)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(nèi)過量空氣系數(shù)、調(diào)整空氣分級燃燒和燃料分級燃燒，降低爐窯內(nèi)部火焰溫度，使燃料在缺氧條件下進(jìn)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(shù)是一種普遍適應(yīng)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(qū)間內(nèi)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(lián)合脫硝工藝的步驟之一。

2.3 選擇性催化還原法（SCR）

SCR技術(shù)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(yīng)瞬時(shí)完成脫硝反應(yīng)。該技術(shù)脫硝效率穩(wěn)定，是目前NOx超低排放的核心工藝。SCR最適溫度區(qū)間介于240～420℃，對重金屬、砷等物質(zhì)敏感，溫度過高或過低催化劑均很難正常工作，多類氣態(tài)雜質(zhì)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(qiáng)氧化性物質(zhì)在較低的溫度下（相對于SNCR法和SCR法）與煙氣中的NOx反應(yīng)生成易于溶于水的高價(jià)態(tài)氮氧化物。進(jìn)而采用堿性物質(zhì)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(fā)生反應(yīng)，最佳的反應(yīng)溫度在50℃～150℃。

該方法反應(yīng)溫度低，可布置在生產(chǎn)流程末端;對煙氣、煙塵成分無特定要求，但副產(chǎn)物需要進(jìn)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(zhì)，具有十分豐富的微孔結(jié)構(gòu)，是NH3還原為NOx的優(yōu)良催化劑?；钚越箤Ox有物理吸附和化學(xué)吸附兩種方式。當(dāng)煙氣中無水蒸氣和氧氣存在時(shí)，主要發(fā)生物理吸附;當(dāng)有足夠量的氧氣和水蒸氣時(shí)，發(fā)生物理吸附、化學(xué)吸附和表面反應(yīng)。

3 國內(nèi)有色金屬冶煉行業(yè)工藝特征

3.1 行業(yè)特征

有色金屬冶煉是指除黑色金屬以外所有金屬的生產(chǎn)。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(lián)合工藝?；鸱ㄒ睙捠切袠I(yè)產(chǎn)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(dǎo)致有色行業(yè)有著特點(diǎn)各樣的火法工藝煙氣。

3.2 工藝煙氣特點(diǎn)

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(fā)生量小，目前國內(nèi)最大的銅鉛冶煉項(xiàng)目，工藝煙氣量僅僅100 000Nm3/h，小型稀貴金屬項(xiàng)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(diǎn)超過250℃;煙氣含多類重金屬、砷、汞等物質(zhì)。

3.3 現(xiàn)行環(huán)保法規(guī)

有色金屬冶煉行業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)頒布于2010年，在此之前執(zhí)行《工業(yè)爐窯大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》和《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》。由于綜合類排放標(biāo)準(zhǔn)針對性不強(qiáng)，且污染物項(xiàng)目存在缺失，有色金屬冶煉行業(yè)污染物治理技術(shù)已經(jīng)明顯落后于其他工業(yè)領(lǐng)域。

自銅、鉛、鋁、鎂、釩等工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的相繼執(zhí)行，有色行業(yè)才正式拉開了環(huán)境治理的序幕。2014年有色工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)修改單、2015年再生金屬污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步出臺，讓有色行業(yè)環(huán)境治理進(jìn)入了發(fā)展的高速通道。

4 脫硝技術(shù)在銅冶煉的應(yīng)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(zhì)濃度普遍較高。現(xiàn)有工藝環(huán)節(jié)包括余熱鍋爐，電收塵器及煙氣制酸。

銅冶煉首個(gè)脫硝改造工程開始于2018年，雖然2015年特排限值便已執(zhí)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(yè)內(nèi)率先論證的技術(shù)，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(nèi)燃料缺氧燃燒，技術(shù)應(yīng)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(yīng)有效停留時(shí)間，脫硝效率僅有50%左右，很難滿足現(xiàn)行排放限值要求。

SCR技術(shù)目前已有應(yīng)用，反應(yīng)器布置于干燥塔與一級觸媒之間。此環(huán)節(jié)煙氣潔凈并且經(jīng)過了換熱器升溫，可滿足催化劑操作溫度。另外，此環(huán)節(jié)無SO3和各類氣象雜質(zhì)，不會發(fā)生硫酸氫銨堵塞催化劑及催化劑中毒的現(xiàn)象。但由于脫硝反應(yīng)產(chǎn)物中有H2O生成，影響后續(xù)制酸設(shè)備，故設(shè)置干燥劑吸收反應(yīng)生成的水分。

低溫氧化法應(yīng)用于2019年，在制酸尾氣脫硫前端增設(shè)臭氧發(fā)生裝置。銅冶煉尾氣中近80%的NOx可被氧化，經(jīng)尾氣脫硫系統(tǒng)去除。

5 結(jié)語

有色金屬冶煉行業(yè)的脫硝工作剛剛起步，現(xiàn)有成熟工藝移植到有色行業(yè)后還面臨著很多問題。很多新工藝需要已投產(chǎn)工程需要提供更多寶貴的經(jīng)驗(yàn)。相信不久的將來，有色金屬冶煉行業(yè)一定會發(fā)掘適合自己領(lǐng)域的優(yōu)秀技術(shù)，追趕上其他行業(yè)的腳步。

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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?yàn)榄h(huán)境工程。