改進型SNCR脫硝法的研究與應用

張富兵，張紅菊，馮朝暉

（1.河南豫光鋅業有限公司，河南濟源 459000；2.陜西鋅業有限公司，陜西商洛 726007）

隨著有色金屬行業的迅速發展，環保問題也日益嚴峻。冶煉煙氣污染物主要有硫化物和氮化物等，2018年之前有色冶煉企業均對煙氣中的硫化物進行了有效治理，但煙氣中的氮氧化物還未治理。作為一個主要污染物，國家從2018年10月開始對氮氧化物排放進行強制性要求，且作為主要污染物進行檢測，如果超標就會被強制停機，鋅冶煉企業的氮氧化物治理已刻不容緩[1]。鋅揮發窯渣處理工序雖然是常規濕法煉鋅流程的末端工序，但其運行正常與否，直接影響系統生產平衡和連續性控制。為滿足特別排放要求，某煉鋅企業根據生產實際，采用改進型SNCR脫硝技術對鋅揮發窯尾氣進行治理。

1 尾氣中氮氧化物的來源

某鋅冶煉企業渣處理工序揮發窯生產線，其主要生產原料為鋅冶煉過程中產出的鋅浸渣，可處理鋅浸渣100 kt/a。該生產過程中將浸出渣與焦粉按一定比例混合后，使其在約1 300 ℃高溫條件下發生反應，回收其中的有價金屬。該生產線離窯煙氣量約70 000 m3/h，煙氣溫度650～750 ℃，ρ(NOx)在50～200 mg/m3。氮氧化物大部分是空氣中的氮在高溫下被氧化而生成，少部分是由所用物料如浸出渣、焦粒及其他輔料中的含氮化合物在高溫條件下分解而形成。生產過程中，通過調整生產工藝條件和物料的搭配，鋅揮發窯尾氣中氮氧化物的生成量可減少約20%，但仍達不到特別排放限值[ρ(NOx)＜100 mg/m3]的環保要求。要實現達標排放，必須采用強制措施對尾氣中的氮氧化物進行脫除治理。

2 改進型SNCR脫硝法尾氣處理工藝流程及反應機理

2.1 改進型SNCR脫硝法工藝流程

改進型SNCR脫硝法將傳統的氨水噴射工藝改進為氨氣噴射工藝，將噴射的雙流體噴槍改進為單流體噴槍，改進型SNCR脫硝法工藝流程見圖1。

圖1 改進型SNCR脫硝法工藝流程

揮發窯窯尾煙氣溫度為750～1 050 ℃，在沉降室兩側爐墻上開孔斜插安裝2支脫硝噴槍，將噴槍噴頭伸入窯尾適當區域，在該段進行還原劑噴射。將w(NH3)為15%的氨水，在吸收配料罐稀釋成w(NH3)為5%的氨水，放置在稀釋氨水罐中存儲，w(NH3)5%的氨水通過氨水循環模塊以及計量模塊以霧化狀態噴射進氨蒸發器，蒸發器將氨水氣化，再通過噴槍噴射至窯尾適當的溫度區域與煙氣中的氮氧化物進行氧化還原反應，生成氮氣和水，達到脫硝目的。

2.2 改進型SNCR脫硝法反應機理

改進型SNCR脫硝法是利用氨水的還原性和強選擇性，在750～1 050 ℃對鋅揮發窯煙氣中的氮氧化物進行還原脫除。通過配料調整脫硝劑成分，混合攪拌均勻后，根據煙氣中氮氧化物濃度高低，控制脫硝劑蒸發流量，再通過噴槍將氨氣均勻地噴入揮發窯內，將煙氣中的氮氧化物還原為氮氣排放，達到脫硝的目的。其主要反應方程式如下[2]：

反應過程中產出的氮氣和水，均以氣體的形態隨煙氣排出，不產生二次污染。

3 改進型SNCR脫硝法的主要設備

改進型SNCR脫硝裝置主要設備有配料罐、儲存罐、計量裝置、蒸發器、噴槍及其配套的輸送泵等。主要設備規格見表1。

表1 改進型SNCR脫硝裝置主要設備

4 生產過程中需注意的問題

項目建成后于2019年1月3日投入試運行。截至目前，工藝、設備均運行正常，排放指標達到環保排放要求，減排效果較好。但運行過程中應注意控制好以下幾個問題。

4.1 反應溫度界面確定

揮發窯生產系統從前到后煙氣溫度呈梯度下降，正常生產情況下揮發窯尾溫度約700 ℃。根據選擇性非催化還原脫硝反應機理可知，選擇合適的溫度窗口是保證脫硝效果的關鍵。參考揮發窯結構特點，通過現場實測，在揮發窯窯尾內部找出能滿足反應需求的850 ℃溫度界面，此溫度界面不可低于750 ℃，否則將影響氮氧化物的脫除效率。如果溫度界面低于630 ℃，檢測脫除效率幾乎為零。

4.2 噴槍布置方式

在鋅揮發窯的實際生產中，滿足選擇性非催化還原脫硝需求的溫度界面在揮發窯內部，故噴槍布置既要滿足脫硝劑在反應界面的全覆蓋，又要避免噴射脫硝劑時對窯內襯的影響，這給反應界面和噴槍架設方式的選擇帶來較大的困難：通過試驗摸索和實際測試，符合反應溫度窗口的界面在揮發窯尾部約2 m處。而揮發窯是旋轉設備，噴槍布置不能影響揮發窯的正常運行，所以噴槍的架設必須經過窯尾沉降室進入窯內?？紤]到沉降室屬于高溫區，且跨度較大，噴槍長時間使用易發生變形的情況，將直插式噴槍改為斜插式交叉布置，縮短噴槍跨度后，噴槍使用效果明顯改善。

4.3 脫硝劑配置濃度控制

該項目脫硝劑采用w(NH3)20%氨水作為還原劑，首先需要將其濃度配制成合適的濃度，才能得到較好的脫硝效果。根據試驗摸索，將w(NH3)控制在3%～5%時，通過蒸發器的蒸發，產生足夠的蒸汽壓力，保證脫硝劑與煙氣中氮氧化物的充分接觸，達到良好的還原脫硝效果，也可減少能源浪費，降低運行成本。

4.4 合理選擇噴槍型號

脫硝劑與揮發窯煙氣接觸充分與否，噴槍的霧化效果和輻射范圍起著決定性作用，所以選擇噴槍一定要慎重。首先噴槍噴頭的孔眼需發散形設置，使脫硝劑有足夠的輻射范圍；其次是噴槍孔徑要選擇合適，使其與蒸發器的蒸發能力匹配，持續保持噴槍的霧化效果和輻射范圍。試運行初期一直未能找到脫硝效果差的原因，2月份經過對噴頭孔徑的改進，脫硝效率提高10%，脫硝劑消耗量降低20%，大大提高了脫硝劑的利用率。

5 脫硝系統運行效果

通過隨機抽取在線監測數據可以看出，目前該系統運行效果較好，能夠達到特別排放限值的環保要求。抽查結果見表2。

表2 改進型SNCR脫硝系統運行效果

從表2可以看出：排放尾氣中ρ(NOx)在50 mg/m3以下，遠低于特別排放限值[ρ(NOx)＜100 mg/m3]的環保要求。

6 結語

改進型SNCR脫硝法在鋅揮發窯尾氣處理系統已穩定運行1年多，第三方檢測和在線監測氮氧化物排放指標均達到了環保排放要求，滿足了實際生產需要。實踐證明，只要控制好窯況，改進型SNCR脫硝法用于鋅揮發窯尾氣脫硝是較為理想的方法，該方法在實際運行過程中無二次污染物產生，投資和運行成本均較低，屬于典型的清潔生產工藝技術，值得推廣使用。該方法的不足之處是在開窯過程中和生產異常時因溫度窗口達不到脫硝還原反應要求，需采取其它的脫硝方法輔助脫硝。