改进型SNCR脱硝法的研究与应用

张富兵，张红菊，冯朝晖

（1.河南豫光锌业有限公司，河南济源 459000；2.陕西锌业有限公司，陕西商洛 726007）

随着有色金属行业的迅速发展，环保问题也日益严峻。冶炼烟气污染物主要有硫化物和氮化物等，2018年之前有色冶炼企业均对烟气中的硫化物进行了有效治理，但烟气中的氮氧化物还未治理。作为一个主要污染物，国家从2018年10月开始对氮氧化物排放进行强制性要求，且作为主要污染物进行检测，如果超标就会被强制停机，锌冶炼企业的氮氧化物治理已刻不容缓[1]。锌挥发窑渣处理工序虽然是常规湿法炼锌流程的末端工序，但其运行正常与否，直接影响系统生产平衡和连续性控制。为满足特别排放要求，某炼锌企业根据生产实际，采用改进型SNCR脱硝技术对锌挥发窑尾气进行治理。

1 尾气中氮氧化物的来源

某锌冶炼企业渣处理工序挥发窑生产线，其主要生产原料为锌冶炼过程中产出的锌浸渣，可处理锌浸渣100 kt/a。该生产过程中将浸出渣与焦粉按一定比例混合后，使其在约1 300 ℃高温条件下发生反应，回收其中的有价金属。该生产线离窑烟气量约70 000 m3/h，烟气温度650～750 ℃，ρ(NOx)在50～200 mg/m3。氮氧化物大部分是空气中的氮在高温下被氧化而生成，少部分是由所用物料如浸出渣、焦粒及其他辅料中的含氮化合物在高温条件下分解而形成。生产过程中，通过调整生产工艺条件和物料的搭配，锌挥发窑尾气中氮氧化物的生成量可减少约20%，但仍达不到特别排放限值[ρ(NOx)＜100 mg/m3]的环保要求。要实现达标排放，必须采用强制措施对尾气中的氮氧化物进行脱除治理。

2 改进型SNCR脱硝法尾气处理工艺流程及反应机理

2.1 改进型SNCR脱硝法工艺流程

改进型SNCR脱硝法将传统的氨水喷射工艺改进为氨气喷射工艺，将喷射的双流体喷枪改进为单流体喷枪，改进型SNCR脱硝法工艺流程见图1。

图1 改进型SNCR脱硝法工艺流程

挥发窑窑尾烟气温度为750～1 050 ℃，在沉降室两侧炉墙上开孔斜插安装2支脱硝喷枪，将喷枪喷头伸入窑尾适当区域，在该段进行还原剂喷射。将w(NH3)为15%的氨水，在吸收配料罐稀释成w(NH3)为5%的氨水，放置在稀释氨水罐中存储，w(NH3)5%的氨水通过氨水循环模块以及计量模块以雾化状态喷射进氨蒸发器，蒸发器将氨水气化，再通过喷枪喷射至窑尾适当的温度区域与烟气中的氮氧化物进行氧化还原反应，生成氮气和水，达到脱硝目的。

2.2 改进型SNCR脱硝法反应机理

改进型SNCR脱硝法是利用氨水的还原性和强选择性，在750～1 050 ℃对锌挥发窑烟气中的氮氧化物进行还原脱除。通过配料调整脱硝剂成分，混合搅拌均匀后，根据烟气中氮氧化物浓度高低，控制脱硝剂蒸发流量，再通过喷枪将氨气均匀地喷入挥发窑内，将烟气中的氮氧化物还原为氮气排放，达到脱硝的目的。其主要反应方程式如下[2]：

反应过程中产出的氮气和水，均以气体的形态随烟气排出，不产生二次污染。

3 改进型SNCR脱硝法的主要设备

改进型SNCR脱硝装置主要设备有配料罐、储存罐、计量装置、蒸发器、喷枪及其配套的输送泵等。主要设备规格见表1。

表1 改进型SNCR脱硝装置主要设备

4 生产过程中需注意的问题

项目建成后于2019年1月3日投入试运行。截至目前，工艺、设备均运行正常，排放指标达到环保排放要求，减排效果较好。但运行过程中应注意控制好以下几个问题。

4.1 反应温度界面确定

挥发窑生产系统从前到后烟气温度呈梯度下降，正常生产情况下挥发窑尾温度约700 ℃。根据选择性非催化还原脱硝反应机理可知，选择合适的温度窗口是保证脱硝效果的关键。参考挥发窑结构特点，通过现场实测，在挥发窑窑尾内部找出能满足反应需求的850 ℃温度界面，此温度界面不可低于750 ℃，否则将影响氮氧化物的脱除效率。如果温度界面低于630 ℃，检测脱除效率几乎为零。

4.2 喷枪布置方式

在锌挥发窑的实际生产中，满足选择性非催化还原脱硝需求的温度界面在挥发窑内部，故喷枪布置既要满足脱硝剂在反应界面的全覆盖，又要避免喷射脱硝剂时对窑内衬的影响，这给反应界面和喷枪架设方式的选择带来较大的困难：通过试验摸索和实际测试，符合反应温度窗口的界面在挥发窑尾部约2 m处。而挥发窑是旋转设备，喷枪布置不能影响挥发窑的正常运行，所以喷枪的架设必须经过窑尾沉降室进入窑内。考虑到沉降室属于高温区，且跨度较大，喷枪长时间使用易发生变形的情况，将直插式喷枪改为斜插式交叉布置，缩短喷枪跨度后，喷枪使用效果明显改善。

4.3 脱硝剂配置浓度控制

该项目脱硝剂采用w(NH3)20%氨水作为还原剂，首先需要将其浓度配制成合适的浓度，才能得到较好的脱硝效果。根据试验摸索，将w(NH3)控制在3%～5%时，通过蒸发器的蒸发，产生足够的蒸汽压力，保证脱硝剂与烟气中氮氧化物的充分接触，达到良好的还原脱硝效果，也可减少能源浪费，降低运行成本。

4.4 合理选择喷枪型号

脱硝剂与挥发窑烟气接触充分与否，喷枪的雾化效果和辐射范围起着决定性作用，所以选择喷枪一定要慎重。首先喷枪喷头的孔眼需发散形设置，使脱硝剂有足够的辐射范围；其次是喷枪孔径要选择合适，使其与蒸发器的蒸发能力匹配，持续保持喷枪的雾化效果和辐射范围。试运行初期一直未能找到脱硝效果差的原因，2月份经过对喷头孔径的改进，脱硝效率提高10%，脱硝剂消耗量降低20%，大大提高了脱硝剂的利用率。

5 脱硝系统运行效果

通过随机抽取在线监测数据可以看出，目前该系统运行效果较好，能够达到特别排放限值的环保要求。抽查结果见表2。

表2 改进型SNCR脱硝系统运行效果

从表2可以看出：排放尾气中ρ(NOx)在50 mg/m3以下，远低于特别排放限值[ρ(NOx)＜100 mg/m3]的环保要求。

6 结语

改进型SNCR脱硝法在锌挥发窑尾气处理系统已稳定运行1年多，第三方检测和在线监测氮氧化物排放指标均达到了环保排放要求，满足了实际生产需要。实践证明，只要控制好窑况，改进型SNCR脱硝法用于锌挥发窑尾气脱硝是较为理想的方法，该方法在实际运行过程中无二次污染物产生，投资和运行成本均较低，属于典型的清洁生产工艺技术，值得推广使用。该方法的不足之处是在开窑过程中和生产异常时因温度窗口达不到脱硝还原反应要求，需采取其它的脱硝方法辅助脱硝。