脱硝技术在有色金属冶炼行业烟气处理中的应用探讨

摘要：有色金属冶炼行业涵盖了除黑色金属以外的铝、镁、铜、稀贵等多种金属。各类金属火法冶炼过程中产生的工艺烟气条件复杂，行业中多年来一直缺少有效的治理手段。直至2014年有色工业污染物排放标准修改单的颁布，各类污染物尤其NOx治理才得到越来越多的关注。

关键词：有色行业;NOx;脱硝工艺

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

本文主要针对有色金属冶炼行业的NOx污染现状，对脱硝技术的应用与推广进行探讨。

1 国内氮氧化物污染现状

近年来，在环保政策的压力下，国内工业源氮氧化物排放总量得到了极大缩减。2012年玻璃制品行业启动第一套脱硝工艺;2015年，火电行业实现全行业脱硝改造;2017年，钢铁行业开展NOX超低排放改造;2018年，水泥、非金属矿、有色冶金等多行业相继启动脱硝限排。生态环境统计年报中的数据表明，自2012年～2018年，国内NOx排放总量下降50%，缩量至1.197×107t。近年来全国NOx排放总量及2015年行业分布数据见表1、表2。

2 现有脱硝工艺

脱硝工艺近年来发展迅速，较成熟的技术种类已有很多。按照脱硝环节可分为燃烧前、燃烧中和燃烧后脱硝。加氢洗选属于燃烧前脱硝、炉内低氮燃烧属于燃烧中脱硝、烟气脱硝属于燃烧后脱硝。目前主流技术集中在燃烧后脱硝领域，如表3所示。

2.1 低氮燃烧法

低氮燃烧是目前最简单、最经济的方法。氮氧化物的生成与温度有着密切关系，炉窑温度越高，氧气浓度越大，NOx的生成越多。低氮燃烧法通过降低炉窑内过量空气系数、调整空气分级燃烧和燃料分级燃烧，降低炉窑内部火焰温度，使燃料在缺氧条件下进行燃烧，降低NOx的生成量。

2.2 选择性非催化还原法（SNCR）

SNCR技术是一种普遍适应于高温炉窑的简易脱硝方法，在无催化剂的条件下，向850～1 150℃溫度区间内添加氨基还原剂还原NOx。由于氨基还原剂的分散均匀性受到工艺烟气流场分布影响，脱硝效率相较较低，因此常作为联合脱硝工艺的步骤之一。

2.3 选择性催化还原法（SCR）

SCR技术是在催化剂的作用下，利用氨基还原剂有选择性地与烟气中的NOx反应瞬时完成脱硝反应。该技术脱硝效率稳定，是目前NOx超低排放的核心工艺。SCR最适温度区间介于240～420℃，对重金属、砷等物质敏感，温度过高或过低催化剂均很难正常工作，多类气态杂质会造成催化剂体系永久失活。

2.4 低温氧化法

低温氧化脱硝是利用强氧化性物质在较低的温度下（相对于SNCR法和SCR法）与烟气中的NOx反应生成易于溶于水的高价态氮氧化物。进而采用碱性物质吸收，生成硝酸盐和亚硝酸盐。低温氧化法在200℃以下都可以发生反应，最佳的反应温度在50℃～150℃。

该方法反应温度低，可布置在生产流程末端;对烟气、烟尘成分无特定要求，但副产物需要进一步处理。

2.5 活性焦吸附法

活性焦是一种具有吸附性和催化性双重性能的粒状物质，具有十分丰富的微孔结构，是NH3还原为NOx的优良催化剂。活性焦对NOx有物理吸附和化学吸附两种方式。当烟气中无水蒸气和氧气存在时，主要发生物理吸附;当有足够量的氧气和水蒸气时，发生物理吸附、化学吸附和表面反应。

3 国内有色金属冶炼行业工艺特征

3.1 行业特征

有色金属冶炼是指除黑色金属以外所有金属的生产。按成品的金属特性可分为重金属、轻金属和稀贵金属冶炼。若按原料组成，又可以分为原生矿金属冶炼和再生资源金属冶炼。

有色金属冶炼工艺包含火法、湿法及火法-湿法联合工艺。火法冶炼是行业产生NOX的源头。由于涉及金属种类众多，每种金属针对原料品位、晶像及组分又可采用不同的冶金炉窑，导致有色行业有着特点各样的火法工艺烟气。

3.2 工艺烟气特点

有色火法冶炼烟气特征明显，炉窑多为周期操作，烟气量波动明显;烟气发生量小，目前国内最大的铜铅冶炼项目，工艺烟气量仅仅100 000Nm3/h，小型稀贵金属项目甚至小于1 000Nm3/h;烟气中酸性污染物浓度极高，介于1000～300 000mg/Nm3，酸露点超过250℃;烟气含多类重金属、砷、汞等物质。

3.3 现行环保法规

有色金属冶炼行业污染物排放标准颁布于2010年，在此之前执行《工业炉窑大气污染物排放标准》和《大气污染物综合排放标准》。由于综合类排放标准针对性不强，且污染物项目存在缺失，有色金属冶炼行业污染物治理技术已经明显落后于其他工业领域。

自铜、铅、铝、镁、钒等工业污染物排放标准的相继执行，有色行业才正式拉开了环境治理的序幕。2014年有色工业污染物排放标准修改单、2015年再生金属污染物排放标准的进一步出台，让有色行业环境治理进入了发展的高速通道。

4 脱硝技术在铜冶炼的应用

铜火法冶炼烟气温度接近1 300℃，NOx浓度接近800mg/Nm3，SO2体积浓度超过20%，粉尘及各类金属、砷等杂质浓度普遍较高。现有工艺环節包括余热锅炉，电收尘器及烟气制酸。

铜冶炼首个脱硝改造工程开始于2018年，虽然2015年特排限值便已执行，但由于缺少成熟的控制手段，始终未能真正普及。

低氮燃烧是行业内率先论证的技术，但由于熔炼炉采用富氧工艺降低能耗及减少烟气生成量，极难控制炉内燃料缺氧燃烧，技术应用难度大。

SNCR喷氨口可安装于余热锅炉上升烟道，但由于上升烟道空间较短，难以保证脱硝反应有效停留时间，脱硝效率仅有50%左右，很难满足现行排放限值要求。

SCR技术目前已有应用，反应器布置于干燥塔与一级触媒之间。此环节烟气洁净并且经过了换热器升温，可满足催化剂操作温度。另外，此环节无SO3和各类气象杂质，不会发生硫酸氢铵堵塞催化剂及催化剂中毒的现象。但由于脱硝反应产物中有H2O生成，影响后续制酸设备，故设置干燥剂吸收反应生成的水分。

低温氧化法应用于2019年，在制酸尾气脱硫前端增设臭氧发生装置。铜冶炼尾气中近80%的NOx可被氧化，经尾气脱硫系统去除。

5 结语

有色金属冶炼行业的脱硝工作刚刚起步，现有成熟工艺移植到有色行业后还面临着很多问题。很多新工艺需要已投产工程需要提供更多宝贵的经验。相信不久的将来，有色金属冶炼行业一定会发掘适合自己领域的优秀技术，追赶上其他行业的脚步。

参考文献

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[3]岳焕玲.低温SCR脱硝技术在含铜污泥处理烟气中的应用探讨[J].中国有色冶金，2019，48（03）：55-60.

[4]潘春玲，吴义千.有色金属工业污染现状及防治对策[J].有色金属，2000（01）：83-85+71.

收稿日期：2020-05-07

作者简介：李谦（1985-），男，汉族，硕士研究生，高级工程师，研究方向为环境工程。