还原炉和烟化炉放渣期烟气NOx 含量控制可行性实践

（济源市万洋冶炼（集团）有限公司，河南 济源 459000）

0 前言

某公司现有的脱硫脱硝设备大多建于2012年左右，脱硫脱硝能力已不能满足生产及环保需求，因此积极响应国家环保政策，主动淘汰老旧脱硫脱硝设备，在2018 年投资1.8 亿元对现有的脱硫脱硝装置进行了技术改造，确保尾气达标排放[1]。

脱硫脱硝改造方案是利用“高温脱硝(SNCR法) +低温螯合脱硝”组合的方法对还原炉和烟化炉的烟气进行脱硝。烟气进入锅炉时，先采用SNCR 法进行高温脱硝，再经两级石灰-石膏湿法脱硫，然后采用低温螯合法进行脱硝。经组合脱硝后，排放尾气中的NOx含量由280～800 mg/Nm3降至80 mg/Nm3以下。

“SNCR 法+低温螯合脱硝”组合脱硝系统试生产后，尾气中的NOx含量得到有效控制，符合环境保护部公告2018 年第9 号《关于京津冀大气污染传输通道城市执行大气污染物特别排放限值的公告》的要求。但是在试生产中发现，如果能采取措施直接降低还原炉和烟化炉内的NOx生成量，不仅有利于控制室工作人员操作，而且可以降低A 药剂和B 药剂的使用量，以及实现节能降耗。

本文通过分析还原炉和烟化炉烟气NOx含量的影响因素，进行了降低排放尾气中NOx含量的生产可行性实践。

1 尾气脱硝技术方案

某公司现采用的铅冶炼工艺流程如图1 所示，脱硝方案主要是在脱硫塔之后加装两级低温整合脱硝系统(图2)。第一级低温螯合反应塔以及第二级整合吸收塔前端的烟道反应段内安装双流体雾化喷枪，用于雾化喷射低温整合脱硝药剂，使烟气中的NOx与低温螯合脱硝药剂瞬间发生化学反应。反应后，烟气先后进入第一级低温螯合反应塔以及第二级整合吸收塔进行进一步吸收。

图1 铅冶炼工艺流程

图2 脱硝系统

低温整合脱硝设备采用2 个储液量为30 m3的玻璃钢罐体，分别用于存放低温螯合脱硝药剂——A 药剂和B 药剂两种液体。A 药剂和B 药剂按一定比例定量输送至专配触媒反应棒进行反应，经防腐材质的管路输送至专用双流体雾化喷枪。在烟气管道内脱硫后，烟气与喷枪喷射的雾化混合药剂发生强烈的氧化反应，烟气中的氮氧化物被氧化，氧化反应产物易溶于水，被水吸收成硝酸或亚硝酸，在碱液吸收塔内发生中和反应。中和后液排入污水处理站进行深度处理，最后湿烟气通过电除雾器除尘除雾后排放。

2 烟气中NOx浓度优化方向选择

2.1 烟气中NOx 含量的影响因素

还原炉和烟化炉炉内烟气中的NOx主要来自高铅渣和鼓入炉内的混合空气中的氮。从总体上看，鼓入炉内空气总量越高，含氮量越高，则NOx的排放量就越大。此外，还有很多影响炉内烟气中的NOx含量的因素，如燃料种类、过剩空气系数、炉内燃烧温度、锅炉负荷率。

2.1.1 燃料种类

还原炉和烟化炉生产主要以粒度炭和烟煤粉为燃料[2]。煤炭中的氮含量一般为0.5%～2.5%，这部分氮会影响燃烧过程中的NOx生成量，煤中的氧/氮比值越大，NOx排放量越高。

2.1.2 过剩空气系数

在满足还原炉和烟化炉生产需求的同时，降低过剩空气系数，在一定程度上可降低炉内渣反应区的氧浓度，减少NOx的生成量。采用这种方法，可使NOx的生成量降低20%以上[3]。另外，低过剩空气系数有利于还原N2的生成，因为在缺氧条件下CO能对NO 进行还原，因此，降低过剩空气系数，有利于尾气中NOx浓度的降低[4]。

2.1.3 燃烧温度

燃烧温度对NOx排放量的影响，业内已取得共识。随着炉内燃烧温度的上升，NOx排放量增加。

2.1.4 锅炉负荷率

通常情况下，给煤量增加，燃烧室及尾部受热面处的烟气温度逐渐升高，会导致锅炉的负荷率增大，挥发生成的NOx量也随之增加。

2.2 优化方向

实际生产中，某集团生产所采用的“三连炉”直接炼铅法决定了高铅渣和燃烧所用粒度炭暂时无法优化[5]，在稳定的操作制度和不增加锅炉负荷的情况下，可以从过剩空气系数和燃烧温度两个方面来降低NOx的排放。生产监测数据显示，NOx的产生高峰主要在还原炉和烟化炉的放渣期，所以将优化NOx排放量生产的目标主要放在放渣期。

3 设备、生产制度调整及实施效果

3.1 还原炉改造及实施效果

3.1.1 还原炉改造

还原炉放渣期的生产工艺操作是随着渣量的降低，逐渐减少氧气浓度和粒度炭的下料量，一次混合风的总风量保持在2 350 Nm3/h 左右。但这种操作存在和烟化炉一样的问题，如果在放渣期只降低氧气浓度而不降低总风量，依然存在空气过剩的现象，渣温随着炉内渣量的减少而升高，NOx浓度会随着渣温的升高逐渐增加。监测数据表明，虽然还原炉的NOx浓度峰值不会像烟化炉NOx浓度峰值那样突破1 000 mg/Nm3，但NOx浓度峰值也会升到500 mg/Nm3左右，待底吹炉向还原炉进渣时才会逐渐下降。因此，对还原炉放渣期工艺操作进行调整，降低放渣期的总风量，氧气浓度和粒度炭下料量也较之前略微降低，使炉内空气不过剩，炉内温度达到平稳，从而确保NOx浓度下降。

对还原炉的工艺操作进行如下调整：随着还原炉放渣量的减少，一次混合风总风量由2 350 Nm3/h缓慢下调至2 000 Nm3/h，给炭量也由原来的1 t/h降至0.8 t/h，直至放渣完毕；待底吹炉向还原炉进渣后，随着渣量的增加，一次混合风总风量再由2 000 Nm3/h缓慢上调至2 350 Nm3/h，直至进渣结束；氧气浓度和粒度炭加入量随着渣量及进渣时间的增加逐渐调整到正常生产制度。

3.1.2 还原炉改造效果

生产工艺操作调整后，还原炉各阶段的NOx浓度下降明显，浓度高峰期转移至底吹炉向还原炉进渣5 min 左右，且未超过技改前同时段数据(图3)，调整效果显著。

图3 还原炉改造前后NOx数据对比

还原炉放渣期实施降气、降炭生产后，节能减排方面效果显著，如图4 和图5 所示。氧气消耗量和燃料用量基本上逐月下降，并趋于稳定。

图4 氧气消耗量

图5 粒度炭消耗量

3.2 烟化炉改造及实施效果

3.2.1 烟化炉改造

烟化炉放渣期的生产工艺操作是随着渣量的降低逐渐减少给煤量，在放渣后期由于给风量固定，风量相对过剩，造成空气过剩系数高，渣温越来越高，NOx排放量在烟化炉放渣10 min 左右达到峰值，有时NOx排放量峰值甚至会突破1 000 mg/Nm3；待还原炉向烟化炉进渣5 min 左右，烟化炉内的渣温逐渐降低，进入还原期，NOx排放量逐渐下降。

针对烟化炉的生产情况，将原630 风机的自耦式降压启动模式调整为高压变频启动模式，并控制风量，通过调整放渣期的进风量来控制NOx排放量。在烟化炉放渣期降低进风量，一方面可以配合放渣期的降煤生产制度，减少单位时间内鼓入的氧气量，降低过剩空气系数，确保炉内温度平稳不会生成更多的NOx，另一方面也可以降低单位时间的总进风量，减少排放尾气中的NOx总量。

试生产过程中，在烟化炉放渣后，随着渣量的减少，下调630 变频电机的频率直至放完渣；待还原炉向烟化炉进渣后，随着渣量的增加，再逐渐上调630变频电机的频率至正常生产使用频率。

3.2.2 烟化炉改造效果

改造后，烟化炉各阶段的NOx数据明显下降，浓度高峰期转移至放渣结束，且峰值未超过改造前同一时段的数据(图6)。而且在改造一周后，随着操作人员的不断摸索完善和经验积累，在熟练掌握了降风操作制度的情况下，NOx数据进一步下降。

图6 烟化炉改造前后NOx数据对比

此外，在正常生产不降风时，烟化炉630 变频电机的频率是36 Hz，每班用电量平均为2 400 kWh。实行放渣期降风生产后，烟化炉630 变频电机的频率是30 Hz，每班电量为2 250～2 300 kWh，平均每班电量降低100～150 kWh，取125 kWh 计算，一天三班每个月630 变频电机大约可节约电能11 250 kWh。

3.3 脱硝剂用量

除了NOx在线数据明显下降，脱硝剂用量大幅减少。2020 年3 月份与1 月份相比，脱硝剂用量减少了24 t；4 月份与3 月份相比，减少了5.6 t；5 月份与4 月份相比，多了2.2 t。5 月份的脱硝剂用量之所以比4 月份多，是因为气温升高，空气利用率低，烟化炉在放渣期未再执行放渣降风规程。总体上，脱硝剂用量逐月下降并趋于稳定。

4 结束语

通过分析还原炉和烟化炉烟气NOx含量的影响因素，决定在放渣期控制过剩空气系数和炉内燃烧温度来减少烟气中的NOx含量。还原炉和烟化炉在放渣期实行降风、降气、降炭生产后，还原炉NOx浓度高峰期转移至底吹炉向还原炉进渣5 min 左右，且峰值未超过技改前同时段数据；烟化炉NOx浓度高峰期转移至放渣结束，且峰值未超过改造前同一时段的数据。不仅NOx浓度显著下降，节能降耗也取得大幅进展，生产成本下降明显。还原炉的氧气消耗量和粒度炭用量逐月下降，烟化炉630 变频电机每个月可节约电能约11 250 kWh，脱销剂的用量也大幅减少。因此，在放渣期控制过剩空气系数和炉内燃烧温度的措施切实可行，可降低排放尾气中NOx含量并产生经济效益。