鎢鉬稀有金屬焙燒爐煙氣NOx治理

鎢、鉬等稀有金屬焙燒爐在礦石焙燒、還原或煅燒過程中，因高溫燃燒（通常800-1200℃）會(huì)生成大量氮氧化物（NO?，以NO為主），其排放濃度通常在200-800 mg/m3（部分企業(yè)甚至更高），遠(yuǎn)超《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 16297-1996）限值（NO?≤240 mg/m3，特別關(guān)注區(qū)≤180 mg/m3）。同時(shí)，煙氣中常含粉塵（含WO?、MoO?等金屬氧化物）、SO?（來自硫化礦或燃料硫）、CO等污染物，需協(xié)同治理。以下從煙氣特性、NO?生成機(jī)制、核心治理技術(shù)及工程優(yōu)化等方面展開說明：

一、稀有金屬焙燒爐煙氣特性與NO?生成機(jī)制

（一）煙氣典型參數(shù)

• 溫度
  ：焙燒爐內(nèi)燃燒區(qū)溫度可達(dá)800-1200℃（部分回轉(zhuǎn)窯或沸騰爐尾部煙氣溫度仍超300℃）；
• NO?濃度
  ：以熱力型NO?為主（占總NO?的70%-90%），濃度200-800 mg/m3（取決于燃燒溫度、過量空氣系數(shù)）；
• 其他污染物
  ：粉塵（濃度50-500 mg/m3，含金屬氧化物）、SO?（濃度50-500 mg/m3，若原料含硫或使用煤氣/燃油）、CO（未完全燃燒產(chǎn)物，濃度＜1000 mg/m3）；
• 粉塵特性
  ：粒徑細(xì)（多數(shù)＜10 μm）、黏性大（含金屬氧化物），易堵塞設(shè)備或覆蓋催化劑表面。

（二）NO?生成機(jī)制

• 熱力型NO?
  （主導(dǎo)）：高溫（＞1200℃）下空氣中的N?與O?反應(yīng)生成（反應(yīng)式：N? + O? → 2NO），溫度每升高100℃，反應(yīng)速率提高3-5倍；
• 燃料型NO?
  （次要）：若燃料（如煤氣、重油）含氮化合物（如吡啶、喹啉），燃燒時(shí)會(huì)分解生成NO?；
• 快速型NO?
  （可忽略）：高溫下燃料中的碳?xì)浠衔锱cN?反應(yīng)生成，僅在富燃料區(qū)（過量空氣系數(shù)＜0.8）顯著。

二、NO?治理核心技術(shù)路徑

針對(duì)稀有金屬焙燒爐煙氣特點(diǎn)（高溫、高粉塵、多污染物共存），NO?治理需結(jié)合前端控制（燃燒優(yōu)化）+ 中端處理（爐內(nèi)/爐外脫硝）+ 末端協(xié)同（與其他污染物聯(lián)合治理）
，形成全流程控制體系。

（一）前端控制：燃燒過程優(yōu)化，從源頭減少NO?生成

通過調(diào)整燃燒參數(shù)或改進(jìn)燃燒方式，抑制熱力型NO?生成，是最經(jīng)濟(jì)的前置手段。

1. 低氮燃燒技術(shù)
   低過量空氣系數(shù)（α）
   ：控制α在1.05-1.15（傳統(tǒng)燃燒α＞1.2），減少高溫區(qū)O?濃度，降低NO?生成速率；需通過O?在線監(jiān)測（CEMS）動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)風(fēng)量，避免不完全燃燒（CO超標(biāo)）。
   • 分級(jí)燃燒
     ：將燃燒分為“主燃燒區(qū)（富燃料，α＜1）→ 還原區(qū)（噴入二次風(fēng)，將NO還原為N?）→ 燃盡區(qū)（補(bǔ)足剩余空氣）”。例如，在焙燒爐內(nèi)設(shè)置二次風(fēng)噴口，使主燃燒區(qū)溫度降至1100℃以下，還原區(qū)溫度800-900℃（促進(jìn)NO還原）。
   • 燃料分級(jí)/濃淡分離
     ：將燃料（如煤氣）分為濃（高濃度）、淡（低濃度）兩股，濃燃料在還原區(qū)燃燒（低O?），淡燃料在主燃燒區(qū)燃燒（適當(dāng)O?），降低峰值溫度。
2. 煙氣再循環(huán)（FGR）
   將部分低溫?zé)煔猓ǎ?00℃）混入助燃空氣中，降低燃燒區(qū)氧濃度和溫度（每混入10%煙氣，火焰溫度降低50-100℃），從而抑制NO?生成。適用于小型焙燒爐或作為輔助技術(shù)。

（二）中端處理：爐內(nèi)/爐外脫硝技術(shù)

前端控制后，若NO?仍無法達(dá)標(biāo)（如＞200 mg/m3），需結(jié)合爐內(nèi)或爐外脫硝技術(shù)。

1. 選擇性非催化還原（SNCR）
   原理
   ：在800-1100℃高溫區(qū)（焙燒爐燃燒區(qū)）噴入還原劑（氨水、尿素），與NO?發(fā)生選擇性還原反應(yīng)（無催化劑）：

• 氨水（NH?·H?O）：4NO + 4NH? + O? → 4N? + 6H?O；
• 尿素（CO(NH?)?）：CO(NH?)? + 2NO + 1/2O? → 2N? + CO? + 2H?O。
• 適用性
  ：適合焙燒爐高溫區(qū)（800-1100℃），無需額外催化劑，投資成本低（約為SCR的1/3）；但效率受溫度窗口限制（偏離窗口則效率驟降），通常脫硝效率30%-50%。
• 關(guān)鍵挑戰(zhàn)
  ：煙氣含高濃度粉塵（＞100 mg/m3），噴槍易堵塞或磨損，需采用耐磨材質(zhì)（如碳化鎢涂層）噴槍，并設(shè)置吹掃系統(tǒng)；
  • 還原劑與NO?混合不均（因煙氣湍流強(qiáng)），需優(yōu)化噴槍布置（分層、多支路），結(jié)合CFD模擬調(diào)整噴射位置。

1.選擇性催化還原（SCR）
原理
：在催化劑作用下（200-400℃），NH?將NO?還原為N?（反應(yīng)式同SNCR）。

• 適用性
  ：需將煙氣降溫至催化劑活性溫度窗口（200-400℃），通常需在焙燒爐尾部增設(shè)換熱器（如GGH，利用余熱加熱凈煙氣）或直接冷卻（噴水/酸），能耗較高；但脫硝效率高（80%-90%），適合NO?濃度高（＞300 mg/m3）或排放要求嚴(yán)（如超低排放）的場景。
  關(guān)鍵挑戰(zhàn)
  催化劑中毒
  ：煙氣中含金屬粉塵（WO?、MoO?）、堿金屬（K、Na）或硫氧化物（SO?），易覆蓋催化劑活性位點(diǎn)（如釩基催化劑對(duì)K?O敏感）；需選擇抗中毒催化劑（如鈦鎢系、稀土改性催化劑）或前置除塵（布袋/電袋復(fù)合除塵器，將粉塵濃度降至30 mg/m3以下）。
  • 低溫適應(yīng)性
    ：若焙燒爐尾部煙氣溫度＜200℃（如自然冷卻后），需采用低溫催化劑（180-220℃），但成本較高且易失活。

（三）末端協(xié)同：與其他污染物聯(lián)合治理

稀有金屬焙燒煙氣通常含粉塵、SO?等污染物，需將脫硝與除塵、脫硫協(xié)同設(shè)計(jì)，降低系統(tǒng)復(fù)雜度和成本。

1. “除塵+脫硝+脫硫”串聯(lián)工藝
   
   • 流程
     ：煙氣→布袋除塵器（去除99%粉塵，出口濃度＜30 mg/m3）→ SNCR/SCR脫硝（若選SCR，需先除塵避免催化劑堵塞）→ 半干法/濕法脫硫（去除SO?至＜50 mg/m3）。
   • 優(yōu)勢
     ：除塵后煙氣含塵量低，保護(hù)脫硝催化劑；脫硫后煙氣濕度高，可抑制氨逃逸（NH?與H?O結(jié)合生成NH??，減少逃逸）。
2. 濕法脫硝（酸吸收/堿吸收）
   原理
   ：利用酸（如H?SO?）或堿（如NaOH）溶液吸收NO?（需先將NO氧化為NO?，因NO難溶于水）。例如：

• 堿液吸收：NO + NO? + 2NaOH → 2NaNO? + H?O（需O?將部分NO氧化為NO?）；
• 酸吸收：NO?與H?SO?反應(yīng)生成HNO?（需控制pH和液氣比）。
• 適用性
  ：適合低濃度NO?（＜200 mg/m3）煙氣，但需額外氧化裝置（如臭氧發(fā)生器），且產(chǎn)生含硝酸鹽/亞硝酸鹽廢水，需配套處理；較少單獨(dú)用于稀有金屬焙燒爐（因煙氣溫度高、粉塵多）。

三、關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)與優(yōu)化策略

1. 高溫高粉塵對(duì)設(shè)備的影響

• 問題
  ：焙燒爐煙氣溫度高（＞800℃）、粉塵濃度高（＞500 mg/m3），易導(dǎo)致SNCR噴槍磨損、SCR催化劑燒結(jié)或中毒。
• 優(yōu)化
  ：噴槍選材：采用碳化鎢或陶瓷涂層噴槍，耐溫＞1000℃；
• 催化劑防護(hù)：在SCR前增設(shè)布袋除塵器（過濾精度≤1 μm），將粉塵濃度降至30 mg/m3以下；選用抗中毒催化劑（如添加CeO?抗氧化、La?O?抗堿金屬）；
  • 余熱利用：通過換熱器將煙氣降溫至SCR適用溫度（200-400℃），同時(shí)回收熱量用于生產(chǎn)（如預(yù)熱助燃空氣）。

2. 多污染物協(xié)同治理的兼容性

• 問題
  ：脫硫（如半干法）產(chǎn)生的CaSO?易與NO?反應(yīng)生成亞硝胺（致癌物質(zhì)），或影響脫硝效率。
  優(yōu)化
  ：脫硫劑選擇：優(yōu)先用Na?SO?（而非Ca(OH)?），減少固體廢棄物；
  • 工藝順序調(diào)整：先脫硝后脫硫（避免脫硫產(chǎn)物干擾脫硝反應(yīng)），或在脫硫塔內(nèi)設(shè)置脫硝分區(qū)（如上層脫硫、下層脫硝）。

3. 運(yùn)行成本控制
問題
：SCR催化劑（約5-8萬元/㎡）、氨水（約3000元/噸）成本高，中小廠難以承受。

• 優(yōu)化
  ：分級(jí)燃燒+中低溫SCR組合：前端通過分級(jí)燃燒將NO?降至200 mg/m3以下，僅需SCR輕度脫硝（效率50%-60%），減少催化劑用量；
  • 氨水替代尿素：氨水反應(yīng)速率快（無需加熱分解），噴入量少（尿素需加熱分解為NH?，能耗高）；
  • 余熱回收：利用焙燒爐排煙余熱發(fā)電或供熱，抵消脫硝系統(tǒng)能耗（如GGH電耗）。

四、工程應(yīng)用案例參考

某鎢冶煉企業(yè)焙燒爐（處理量500 t/d，煙氣量80000 m3/h，初始NO?=600 mg/m3，粉塵=300 mg/m3，SO?=200 mg/m3）采用“分級(jí)燃燒+布袋除塵+中溫SCR”工藝：

• 分級(jí)燃燒
  ：調(diào)整燃燒器配風(fēng)，主燃燒區(qū)α=0.95，還原區(qū)噴入二次風(fēng)，NO?降至350 mg/m3；
  布袋除塵
  ：過濾精度0.5 μm，粉塵濃度降至20 mg/m3；
• SCR脫硝
  ：煙氣經(jīng)GGH加熱至300℃，噴入20%氨水（氨逃逸＜3 ppm），催化劑為TiO?-WO?-V?O?（抗硫抗中毒），脫硝效率85%，最終NO?=52.5 mg/m3（達(dá)標(biāo)超低排放）。

總結(jié)

稀有金屬焙燒爐NO?治理需結(jié)合燃燒優(yōu)化（前端）+ 高效脫硝（中端）+ 協(xié)同除塵脫硫（末端）
，重點(diǎn)解決高溫高粉塵對(duì)設(shè)備的損傷及多污染物干擾問題。實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)煙氣參數(shù)（溫度、濃度、粉塵含量）、排放要求（特別關(guān)注區(qū)/非重點(diǎn)區(qū)）及成本預(yù)算，選擇“分級(jí)燃燒+SNCR”（低成本）或“分級(jí)燃燒+SCR”（高效率）工藝，并配套余熱回收、智能控制（如NO?在線監(jiān)測+噴氨量自動(dòng)調(diào)節(jié)）等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與環(huán)保的雙贏。