1 有色金屬行業(yè)氮氧化物污染物排放現(xiàn)狀

1.1 有色金屬行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

根據(jù)國民經(jīng)濟[1]統(tǒng)計，我國有色金屬行業(yè)涉及金屬共計64種，其中包括重金屬、輕金屬、貴金屬、半金屬以及稀有金屬五大類。根據(jù)中國有色金屬工業(yè)協(xié)會行業(yè)統(tǒng)計年鑒[2]可知，2016年鋁產(chǎn)量、銅產(chǎn)量、鉛產(chǎn)量分別占到行業(yè)總產(chǎn)量的74%、11%和7%。2016年有色金屬冶煉企業(yè)共計1156家，至2017年發(fā)證的有733家（銅218家、鉛鋅365家、電解鋁150家），主要分布在湖南、廣東、河南、山東、云南、陜西、山西、寧夏、貴州、內(nèi)蒙古等地區(qū)。

圖1 有色金屬分類

有色金屬是我國七大工業(yè)耗能大戶之一，是推進節(jié)能降耗的重點行業(yè)。我國有色金屬工業(yè)能源消耗主要集中在礦山、冶煉和加工三大領(lǐng)域。中國有色金屬礦產(chǎn)資源的特點是小礦多、大礦少；貧礦多、富礦少；共生礦多、單一礦少；難選冶礦多、易選礦少，由此造成選冶流程長，工藝復(fù)雜，直接導(dǎo)致能耗高、水耗大、污染物排放量大。同時隨著生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，能源消耗、“三廢”排放總量還在增加，產(chǎn)業(yè)節(jié)能減排的任務(wù)十分艱巨。

1.2 有色金屬行業(yè)氮氧化物來源及污染現(xiàn)狀

近年來全國NOx排放總量及2020年行業(yè)分布數(shù)據(jù)如下[3]。

表1 2020年全國及分源氮氧化物排放情況

圖2 2020年各工業(yè)行業(yè)氮氧化物排放情況

含有色金屬行業(yè)在內(nèi)的其他行業(yè)氮氧化物排放量達到了88.51萬噸，占工業(yè)排放總量的五分之一以上。其中銅、鋁、鉛、鋅四大常用金屬產(chǎn)量占比達到96.07%。因此主要污染體量在銅、鋁、鉛、鋅四大冶煉領(lǐng)域。

2有色金屬行業(yè)污染物排放標準及政策

有色金屬冶煉行業(yè)污染物排放標準頒布于2010年，在此之前執(zhí)行《工業(yè)爐窯大氣污染物排放標準》和《大氣污染物綜合排放標準》。由于綜合類排放標準針對性不強，且污染物項目存在缺失，有色金屬冶煉行業(yè)污染物治理技術(shù)已經(jīng)明顯落后于其他工業(yè)領(lǐng)域。2012年8月，國務(wù)院發(fā)布《節(jié)能減排“十二五”規(guī)劃》?！兑?guī)劃》在“十一五”節(jié)能、COD和SO2這三個約束性指標的基礎(chǔ)上，在“十二五”期間新增了氮氧化物和氨氮這兩個污染物減排的指標，形成了五個約束性目標。

自銅、鉛、鋁、鎂、釩等工業(yè)污染物排放標準的相繼執(zhí)行，有色行業(yè)才正式拉開了環(huán)境治理的序幕。截至目前，我國針對有色金屬行業(yè)共發(fā)布實施11項污染物排放標準，其中行業(yè)污染物排放標準共計9項，大氣和水綜合排放標準2項。

表2有色金屬行業(yè)NOx排放標準

3 有色金屬行業(yè)煙氣特點及氮氧化物控制技術(shù)

3.1 有色金屬工業(yè)煙氣特點

有色金屬冶煉煙氣污染物與具體冶煉工藝有關(guān)，大氣污染物主要有煙塵、二氧化硫、氮氧化物，部分含重金屬、砷等。有色火法冶煉煙氣特征明顯，爐窯多為周期操作，煙氣量波動明顯；煙氣發(fā)生量小，目前國內(nèi)最大的銅鉛冶煉項目，工藝煙氣量僅僅100000 Nm3/h，小型稀貴金屬項目甚至小于1000 Nm3/h；煙氣中酸性污染物濃度極高，介于1000～300000 mg/Nm3，酸露點超過250℃；煙氣含多類重金屬、砷、汞等物質(zhì)。以上這些煙氣特點均增加了脫硝的難度和投資成本。

3.2 有色金屬行業(yè)氮氧化物控制技術(shù)

氮氧化物減排或控制技術(shù)主要有燃燒過程控制技術(shù)和煙氣處理技術(shù)兩大類。燃燒過程控制技術(shù)包括低氮燃燒技術(shù)、分級燃燒技術(shù)；煙氣處理技術(shù)俗稱脫硝技術(shù)，包括選擇性非催化還原法（Selective Non-Catalytic Reduction，SNCR）和選擇性催化還原法（Selective Catalytic Reduction，SCR），還包括選擇性非催化還原-選擇性催化還原聯(lián)合法、氧化吸收法、電子束分離法等。

2020年中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部國家市場監(jiān)督管理總局聯(lián)合發(fā)布了GB 51415-2020《有色金屬冶煉廢氣治理技術(shù)標準》，對有色行業(yè)的脫硝處理作出以下規(guī)定：對要求脫硝效率不小于40%的廢氣，宜選用選擇性催化還原脫硝或選擇性非催化還原+選擇性催化還原混合脫硝等工藝；對要求脫硝效率小于40%的廢氣，宜選用選擇性非催化還原脫硝等工藝[4]。

4 SCR技術(shù)應(yīng)用

SCR法的原理為：采用催化劑降低反應(yīng)活化能，在收塵器后或者預(yù)熱器出口處將還原劑氨或者尿素噴入，在300~450℃低溫度范圍內(nèi)，選擇性地和NOx反應(yīng)，將NOx還原成N2。它的優(yōu)點是氨逃逸率低達3×10-6~5×10-6，脫氮效率高達80%~90%，使廢氣中的NOx濃度降至100 mg/m3~200 mg/m3。常規(guī)SCR技術(shù)催化劑主要釩鈦基催化劑，成分是TiO2、V2O5和WO3等氧化物，這些活性物質(zhì)分布在陶瓷基質(zhì)上。目前SCR技術(shù)在有色金屬行業(yè)應(yīng)用案例有限，但可以預(yù)見的是，隨著技術(shù)的發(fā)展和環(huán)保標準的提高，SCR脫硝將成為主流技術(shù)。

但有色金屬行業(yè)復(fù)雜的工況環(huán)境、高投入、高維護費用和阻力高等不利因素制約了常規(guī)SCR技術(shù)在有色金屬行業(yè)的應(yīng)用。

（1）溫度限制：據(jù)了解，催化劑當今最普遍應(yīng)用的是多孔TiO2(載體)做成蜂窩狀模塊化，載體表面敷有起催化作用的活性成分V2O5和WO3，反應(yīng)溫度在220～400℃為佳。而在有色金屬冶煉窯爐中，煙氣出口的溫度已降到300℃以下，裝SCR的實際脫硝效果受到一定的影響。對這樣的煙氣，已不再適合裝設(shè)常規(guī)SCR系統(tǒng)。

（2）粉塵限制：有色金屬冶煉煙氣組分復(fù)雜，往往含有大量砷、多種重金屬等易致催化劑中毒的物質(zhì)。

（3）酸性環(huán)境限制：有色金屬冶煉煙氣含大量酸霧，易與催化劑中的V2O5反應(yīng)從而使催化劑中毒，降低催化劑的活性。

受上述因素影響，常規(guī)SCR技術(shù)在有色金屬企業(yè)應(yīng)用受阻。

目前低溫SCR工藝最核心的問題依然是低溫催化劑的研制。能夠適合SCR尾部布置和其他低溫應(yīng)用的需要，同時又可以減少對煙氣進行再加熱，能夠高效脫除煙氣中的NOx，這就必然要求催化劑的活性溫度窗口在100-180℃之間有較高的脫硝效率。低溫催化劑需要解決幾個問題，一是在低溫時有較高的活性，二是氨氣零逃逸，三是失活催化劑的危廢處理。因此，低溫SCR催化劑是未來脫硝領(lǐng)域發(fā)展的重要方向，在提高催化劑抗性和穩(wěn)定性的同時，繼續(xù)開發(fā)新材料，提高效率，降低成本，減少危廢是該領(lǐng)域的發(fā)展趨勢。

5 SCR脫硝催化劑對比

目前國內(nèi)研發(fā)團隊已開發(fā)出超低溫SCR脫硝催化劑，并在大型電廠、燃煤鍋爐、燃氣鍋爐、化工尾氣、有色行業(yè)煙氣、玻璃行業(yè)煙氣等進行了側(cè)線和應(yīng)用示范。不同活性溫度催化劑對應(yīng)不同SCR工藝，同時決定了有色行業(yè)脫硝工藝的選擇、設(shè)備的布置位置和方式，具體如下表所示：

表3 超低溫脫硝催化劑在有色行業(yè)應(yīng)用中工藝優(yōu)勢

資料來源

[1]中華人民共和國2018年國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報.

[2] 2018.《中國有色金屬工業(yè)年鑒》.

[3] 2020年中國生態(tài)環(huán)境統(tǒng)計年報.

[4]《有色金屬冶煉廢氣治理技術(shù)標準》GB 51415-2020.

編輯：李丹