還原爐和煙化爐放渣期煙氣NOx 含量控制可行性實(shí)踐

（濟(jì)源市萬洋冶煉（集團(tuán)）有限公司，河南 濟(jì)源 459000）

0 前言

某公司現(xiàn)有的脫硫脫硝設(shè)備大多建于2012年左右，脫硫脫硝能力已不能滿足生產(chǎn)及環(huán)保需求，因此積極響應(yīng)國家環(huán)保政策，主動淘汰老舊脫硫脫硝設(shè)備，在2018 年投資1.8 億元對現(xiàn)有的脫硫脫硝裝置進(jìn)行了技術(shù)改造，確保尾氣達(dá)標(biāo)排放[1]。

脫硫脫硝改造方案是利用“高溫脫硝(SNCR法) +低溫螯合脫硝”組合的方法對還原爐和煙化爐的煙氣進(jìn)行脫硝。煙氣進(jìn)入鍋爐時(shí)，先采用SNCR 法進(jìn)行高溫脫硝，再經(jīng)兩級石灰-石膏濕法脫硫，然后采用低溫螯合法進(jìn)行脫硝。經(jīng)組合脫硝后，排放尾氣中的NOx含量由280～800 mg/Nm3降至80 mg/Nm3以下。

“SNCR 法+低溫螯合脫硝”組合脫硝系統(tǒng)試生產(chǎn)后，尾氣中的NOx含量得到有效控制，符合環(huán)境保護(hù)部公告2018 年第9 號《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》的要求。但是在試生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，如果能采取措施直接降低還原爐和煙化爐內(nèi)的NOx生成量，不僅有利于控制室工作人員操作，而且可以降低A 藥劑和B 藥劑的使用量，以及實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

本文通過分析還原爐和煙化爐煙氣NOx含量的影響因素，進(jìn)行了降低排放尾氣中NOx含量的生產(chǎn)可行性實(shí)踐。

1 尾氣脫硝技術(shù)方案

某公司現(xiàn)采用的鉛冶煉工藝流程如圖1 所示，脫硝方案主要是在脫硫塔之后加裝兩級低溫整合脫硝系統(tǒng)(圖2)。第一級低溫螯合反應(yīng)塔以及第二級整合吸收塔前端的煙道反應(yīng)段內(nèi)安裝雙流體霧化噴槍，用于霧化噴射低溫整合脫硝藥劑，使煙氣中的NOx與低溫螯合脫硝藥劑瞬間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。反應(yīng)后，煙氣先后進(jìn)入第一級低溫螯合反應(yīng)塔以及第二級整合吸收塔進(jìn)行進(jìn)一步吸收。

圖1 鉛冶煉工藝流程

圖2 脫硝系統(tǒng)

低溫整合脫硝設(shè)備采用2 個(gè)儲液量為30 m3的玻璃鋼罐體，分別用于存放低溫螯合脫硝藥劑——A 藥劑和B 藥劑兩種液體。A 藥劑和B 藥劑按一定比例定量輸送至專配觸媒反應(yīng)棒進(jìn)行反應(yīng)，經(jīng)防腐材質(zhì)的管路輸送至專用雙流體霧化噴槍。在煙氣管道內(nèi)脫硫后，煙氣與噴槍噴射的霧化混合藥劑發(fā)生強(qiáng)烈的氧化反應(yīng)，煙氣中的氮氧化物被氧化，氧化反應(yīng)產(chǎn)物易溶于水，被水吸收成硝酸或亞硝酸，在堿液吸收塔內(nèi)發(fā)生中和反應(yīng)。中和后液排入污水處理站進(jìn)行深度處理，最后濕煙氣通過電除霧器除塵除霧后排放。

2 煙氣中NOx濃度優(yōu)化方向選擇

2.1 煙氣中NOx 含量的影響因素

還原爐和煙化爐爐內(nèi)煙氣中的NOx主要來自高鉛渣和鼓入爐內(nèi)的混合空氣中的氮。從總體上看，鼓入爐內(nèi)空氣總量越高，含氮量越高，則NOx的排放量就越大。此外，還有很多影響爐內(nèi)煙氣中的NOx含量的因素，如燃料種類、過剩空氣系數(shù)、爐內(nèi)燃燒溫度、鍋爐負(fù)荷率。

2.1.1 燃料種類

還原爐和煙化爐生產(chǎn)主要以粒度炭和煙煤粉為燃料[2]。煤炭中的氮含量一般為0.5%～2.5%，這部分氮會影響燃燒過程中的NOx生成量，煤中的氧/氮比值越大，NOx排放量越高。

2.1.2 過?？諝庀禂?shù)

在滿足還原爐和煙化爐生產(chǎn)需求的同時(shí)，降低過?？諝庀禂?shù)，在一定程度上可降低爐內(nèi)渣反應(yīng)區(qū)的氧濃度，減少NOx的生成量。采用這種方法，可使NOx的生成量降低20%以上[3]。另外，低過?？諝庀禂?shù)有利于還原N2的生成，因?yàn)樵谌毖鯒l件下CO能對NO 進(jìn)行還原，因此，降低過?？諝庀禂?shù)，有利于尾氣中NOx濃度的降低[4]。

2.1.3 燃燒溫度

燃燒溫度對NOx排放量的影響，業(yè)內(nèi)已取得共識。隨著爐內(nèi)燃燒溫度的上升，NOx排放量增加。

2.1.4 鍋爐負(fù)荷率

通常情況下，給煤量增加，燃燒室及尾部受熱面處的煙氣溫度逐漸升高，會導(dǎo)致鍋爐的負(fù)荷率增大，揮發(fā)生成的NOx量也隨之增加。

2.2 優(yōu)化方向

實(shí)際生產(chǎn)中，某集團(tuán)生產(chǎn)所采用的“三連爐”直接煉鉛法決定了高鉛渣和燃燒所用粒度炭暫時(shí)無法優(yōu)化[5]，在穩(wěn)定的操作制度和不增加鍋爐負(fù)荷的情況下，可以從過?？諝庀禂?shù)和燃燒溫度兩個(gè)方面來降低NOx的排放。生產(chǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，NOx的產(chǎn)生高峰主要在還原爐和煙化爐的放渣期，所以將優(yōu)化NOx排放量生產(chǎn)的目標(biāo)主要放在放渣期。

3 設(shè)備、生產(chǎn)制度調(diào)整及實(shí)施效果

3.1 還原爐改造及實(shí)施效果

3.1.1 還原爐改造

還原爐放渣期的生產(chǎn)工藝操作是隨著渣量的降低，逐漸減少氧氣濃度和粒度炭的下料量，一次混合風(fēng)的總風(fēng)量保持在2 350 Nm3/h 左右。但這種操作存在和煙化爐一樣的問題，如果在放渣期只降低氧氣濃度而不降低總風(fēng)量，依然存在空氣過剩的現(xiàn)象，渣溫隨著爐內(nèi)渣量的減少而升高，NOx濃度會隨著渣溫的升高逐漸增加。監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，雖然還原爐的NOx濃度峰值不會像煙化爐NOx濃度峰值那樣突破1 000 mg/Nm3，但NOx濃度峰值也會升到500 mg/Nm3左右，待底吹爐向還原爐進(jìn)渣時(shí)才會逐漸下降。因此，對還原爐放渣期工藝操作進(jìn)行調(diào)整，降低放渣期的總風(fēng)量，氧氣濃度和粒度炭下料量也較之前略微降低，使?fàn)t內(nèi)空氣不過剩，爐內(nèi)溫度達(dá)到平穩(wěn)，從而確保NOx濃度下降。

對還原爐的工藝操作進(jìn)行如下調(diào)整：隨著還原爐放渣量的減少，一次混合風(fēng)總風(fēng)量由2 350 Nm3/h緩慢下調(diào)至2 000 Nm3/h，給炭量也由原來的1 t/h降至0.8 t/h，直至放渣完畢；待底吹爐向還原爐進(jìn)渣后，隨著渣量的增加，一次混合風(fēng)總風(fēng)量再由2 000 Nm3/h緩慢上調(diào)至2 350 Nm3/h，直至進(jìn)渣結(jié)束；氧氣濃度和粒度炭加入量隨著渣量及進(jìn)渣時(shí)間的增加逐漸調(diào)整到正常生產(chǎn)制度。

3.1.2 還原爐改造效果

生產(chǎn)工藝操作調(diào)整后，還原爐各階段的NOx濃度下降明顯，濃度高峰期轉(zhuǎn)移至底吹爐向還原爐進(jìn)渣5 min 左右，且未超過技改前同時(shí)段數(shù)據(jù)(圖3)，調(diào)整效果顯著。

圖3 還原爐改造前后NOx數(shù)據(jù)對比

還原爐放渣期實(shí)施降氣、降炭生產(chǎn)后，節(jié)能減排方面效果顯著，如圖4 和圖5 所示。氧氣消耗量和燃料用量基本上逐月下降，并趨于穩(wěn)定。

圖4 氧氣消耗量

圖5 粒度炭消耗量

3.2 煙化爐改造及實(shí)施效果

3.2.1 煙化爐改造

煙化爐放渣期的生產(chǎn)工藝操作是隨著渣量的降低逐漸減少給煤量，在放渣后期由于給風(fēng)量固定，風(fēng)量相對過剩，造成空氣過剩系數(shù)高，渣溫越來越高，NOx排放量在煙化爐放渣10 min 左右達(dá)到峰值，有時(shí)NOx排放量峰值甚至?xí)黄? 000 mg/Nm3；待還原爐向煙化爐進(jìn)渣5 min 左右，煙化爐內(nèi)的渣溫逐漸降低，進(jìn)入還原期，NOx排放量逐漸下降。

針對煙化爐的生產(chǎn)情況，將原630 風(fēng)機(jī)的自耦式降壓啟動模式調(diào)整為高壓變頻啟動模式，并控制風(fēng)量，通過調(diào)整放渣期的進(jìn)風(fēng)量來控制NOx排放量。在煙化爐放渣期降低進(jìn)風(fēng)量，一方面可以配合放渣期的降煤生產(chǎn)制度，減少單位時(shí)間內(nèi)鼓入的氧氣量，降低過剩空氣系數(shù)，確保爐內(nèi)溫度平穩(wěn)不會生成更多的NOx，另一方面也可以降低單位時(shí)間的總進(jìn)風(fēng)量，減少排放尾氣中的NOx總量。

試生產(chǎn)過程中，在煙化爐放渣后，隨著渣量的減少，下調(diào)630 變頻電機(jī)的頻率直至放完渣；待還原爐向煙化爐進(jìn)渣后，隨著渣量的增加，再逐漸上調(diào)630變頻電機(jī)的頻率至正常生產(chǎn)使用頻率。

3.2.2 煙化爐改造效果

改造后，煙化爐各階段的NOx數(shù)據(jù)明顯下降，濃度高峰期轉(zhuǎn)移至放渣結(jié)束，且峰值未超過改造前同一時(shí)段的數(shù)據(jù)(圖6)。而且在改造一周后，隨著操作人員的不斷摸索完善和經(jīng)驗(yàn)積累，在熟練掌握了降風(fēng)操作制度的情況下，NOx數(shù)據(jù)進(jìn)一步下降。

圖6 煙化爐改造前后NOx數(shù)據(jù)對比

此外，在正常生產(chǎn)不降風(fēng)時(shí)，煙化爐630 變頻電機(jī)的頻率是36 Hz，每班用電量平均為2 400 kWh。實(shí)行放渣期降風(fēng)生產(chǎn)后，煙化爐630 變頻電機(jī)的頻率是30 Hz，每班電量為2 250～2 300 kWh，平均每班電量降低100～150 kWh，取125 kWh 計(jì)算，一天三班每個(gè)月630 變頻電機(jī)大約可節(jié)約電能11 250 kWh。

3.3 脫硝劑用量

除了NOx在線數(shù)據(jù)明顯下降，脫硝劑用量大幅減少。2020 年3 月份與1 月份相比，脫硝劑用量減少了24 t；4 月份與3 月份相比，減少了5.6 t；5 月份與4 月份相比，多了2.2 t。5 月份的脫硝劑用量之所以比4 月份多，是因?yàn)闅鉁厣撸諝饫寐实?，煙化爐在放渣期未再執(zhí)行放渣降風(fēng)規(guī)程?？傮w上，脫硝劑用量逐月下降并趨于穩(wěn)定。

4 結(jié)束語

通過分析還原爐和煙化爐煙氣NOx含量的影響因素，決定在放渣期控制過剩空氣系數(shù)和爐內(nèi)燃燒溫度來減少煙氣中的NOx含量。還原爐和煙化爐在放渣期實(shí)行降風(fēng)、降氣、降炭生產(chǎn)后，還原爐NOx濃度高峰期轉(zhuǎn)移至底吹爐向還原爐進(jìn)渣5 min 左右，且峰值未超過技改前同時(shí)段數(shù)據(jù)；煙化爐NOx濃度高峰期轉(zhuǎn)移至放渣結(jié)束，且峰值未超過改造前同一時(shí)段的數(shù)據(jù)。不僅NOx濃度顯著下降，節(jié)能降耗也取得大幅進(jìn)展，生產(chǎn)成本下降明顯。還原爐的氧氣消耗量和粒度炭用量逐月下降，煙化爐630 變頻電機(jī)每個(gè)月可節(jié)約電能約11 250 kWh，脫銷劑的用量也大幅減少。因此，在放渣期控制過?？諝庀禂?shù)和爐內(nèi)燃燒溫度的措施切實(shí)可行，可降低排放尾氣中NOx含量并產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。