氧化鋁焙燒爐煙氣脫硝技術(shù)的分析及建議

尹海濱，崔士龍

（江蘇科行環(huán)?？萍加邢薰荆K 鹽城 224051）

氧化鋁焙燒爐煙氣脫硝技術(shù)的分析及建議

尹海濱，崔士龍

（江蘇科行環(huán)保科技有限公司，江蘇 鹽城 224051）

就氧化鋁焙燒爐中NOx的生成機(jī)理、控制措施與可行方案進(jìn)行了探討，通過調(diào)研生產(chǎn)狀況，結(jié)合成熟技術(shù)和類似工況技術(shù)的應(yīng)用，提出了合理建議，以便于后期工程的實(shí)施。

氧化鋁；煤制氣；氣態(tài)懸浮焙燒爐；煙氣脫硝

1 前言

隨著環(huán)保要求的不斷提高，鋁工業(yè)對(duì)大氣的污染日漸被人們重視。氫氧化鋁焙燒是氧化鋁生產(chǎn)工藝中的最后一道工序，由于采用高溫焙燒工藝，是鋁工業(yè)中NOx排放的重點(diǎn)部位。國內(nèi)氧化鋁廠焙燒氧化鋁設(shè)備的首選是氣態(tài)懸浮焙燒爐（G.S.C），該焙燒爐是國外某公司從新型干法水泥懸浮預(yù)熱與預(yù)分解技術(shù)上移植而來。國內(nèi)企業(yè)經(jīng)過長期對(duì)水泥環(huán)保技術(shù)的研究，相關(guān)技術(shù)可借鑒到焙燒爐煙氣脫硝中。

2 NOx的產(chǎn)生機(jī)理與排放現(xiàn)狀

焙燒的目的是在高溫下把氧化鋁的附著水和結(jié)晶水脫除，從而生成物理化學(xué)性質(zhì)符合電解要求的氧化鋁。氣態(tài)懸浮焙燒爐（G.S.C）喂入的氫氧化鋁，經(jīng)文丘里閃速干燥器、旋風(fēng)預(yù)熱器、焙燒爐、熱分離器、冷卻器等設(shè)備實(shí)現(xiàn)脫除附著水、結(jié)晶水并實(shí)現(xiàn)晶型轉(zhuǎn)變。經(jīng)冷卻器預(yù)熱的燃燒空氣在焙燒爐底部同噴入的燃料燃燒，燃燒后焙燒爐內(nèi)空間溫度達(dá)1000℃～1100℃，燃燒火焰溫度高達(dá)1700℃。NOx生成以熱力型為主，小部分為燃料型。根據(jù)檢測情況看，由于窯爐燃燒狀態(tài)不同，NOx一般排放濃度在300～450mg/Nm3，煤氣脫硫后對(duì)NOx有降低效果。

《鋁工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 25465-2010）2013修改單見表1。

表1 《鋁工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 25465-2010）2013修改單

3 可行方案論證

當(dāng)前較為成熟的NOx控制技術(shù)，有低氮燃燒改造、非選擇性催化還原脫硝技術(shù)（SNCR技術(shù)）、中溫選擇性催化還原脫硝技術(shù)（中溫SCR技術(shù)）、低溫選擇性催化還原脫硝技術(shù)（低溫SCR技術(shù)）和氧化脫硝技術(shù)等。對(duì)各技術(shù)適用性的分析見表2。

表2 煙氣主要組分情況

氧化鋁焙燒爐環(huán)保治理工藝流程見下圖。

氧化鋁焙燒爐環(huán)保治理工藝流程圖

3.1 低氮改造技術(shù)

根據(jù)NOx的生成原理分析，焙燒爐的NOx主要來源于熱力型?？蓮目刂粕珊徒档鸵焉蓛煞矫婵紤]減排NOx。而控制NOx生成的有效措施為降低火焰高溫區(qū)和高溫溫度，需要從燃料燒嘴和布置形式考慮進(jìn)行改進(jìn)。如選擇分散性更好的燒嘴，改變當(dāng)前燒嘴對(duì)射式布置為旋切布置等。降低已生成NOx，需要同燃燒工藝相結(jié)合，通過燃料與助燃空氣的配置，實(shí)現(xiàn)濃淡燃燒與建立還原區(qū)。如采用空氣分級(jí)燃燒技術(shù)，建立底部還原區(qū)與上部燃盡區(qū)，實(shí)現(xiàn)NOx排放控制。

該技術(shù)采用需改造焙燒爐的下部結(jié)構(gòu)，具有一定的NOx減排能力，由于行業(yè)內(nèi)缺少成熟案例，需在實(shí)施中探索。焙燒爐的運(yùn)行溫度參數(shù)見表3。

表3 焙燒爐運(yùn)行溫度參數(shù)表

3.2 SNCR脫硝技術(shù)

SNCR脫硝技術(shù)是在火電、水泥、陶瓷等行業(yè)普遍應(yīng)用的技術(shù)。焙燒爐出口和熱分離器中具有足夠的反應(yīng)時(shí)間和良好的混合效果，完全滿足SNCR使用條件的需求。根據(jù)類似工況結(jié)構(gòu)的脫硝能力分析，焙燒爐SNCR具有60%及以上的脫硝效率。焙燒爐煙氣中的主要成分是氫氧化鋁和氧化鋁，與所使用的還原劑（氨水或尿素溶液）均不會(huì)直接發(fā)生反應(yīng)，不會(huì)對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)生影響。

SNCR脫硝技術(shù)適用于焙燒爐，在NOx環(huán)保要求不高（60%脫硝效率）時(shí)，是可選擇的低投資成本方案。

3.3 中溫SCR脫硝技術(shù)

中溫SCR脫硝技術(shù)是國內(nèi)脫硝領(lǐng)域可穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)超低排放的主要技術(shù)（排放＜50mg/Nm3），當(dāng)煙氣在300℃～400℃、有催化劑存在的條件下，還原劑與NOx充分反應(yīng)，可實(shí)現(xiàn)高效脫硝。從焙燒爐系統(tǒng)工藝中，可看出旋風(fēng)預(yù)熱器P02出口后煙氣溫度穩(wěn)定在320℃～380℃，具有良好的反應(yīng)溫度窗口；從改造難度上看，P02后煙道至A02為下降煙道，且位于系統(tǒng)塔架外側(cè)，具備連接煙道和設(shè)置反應(yīng)器空間，可實(shí)現(xiàn)建設(shè)SCR反應(yīng)器的空間和工藝需求；從脫硝系統(tǒng)運(yùn)行看，A02前煙氣中的粉塵含量（氫氧化鋁和氧化鋁）高達(dá)80g/m3，催化劑的堵塞和磨損是最大的技術(shù)問題，該工況與水泥中溫高塵SCR類似，借鑒相關(guān)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行。SCR入口煙氣組分見表4。

表4 SCR入口煙氣組分情況

3.4 低溫SCR脫硝技術(shù)

低溫SCR脫硝技術(shù)是相對(duì)于中溫SCR脫硝技術(shù)而言，普遍認(rèn)為可實(shí)現(xiàn)250℃及以下的還原脫硝技術(shù)。因該工藝具有對(duì)原有設(shè)備的改動(dòng)小、占地面積小、可布置在微塵環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)而受各研究機(jī)構(gòu)的青睞。國內(nèi)不少研發(fā)機(jī)構(gòu)在水泥等行業(yè)試驗(yàn)過其性能，但未見成熟業(yè)績報(bào)道。根據(jù)試驗(yàn)情況看，低溫催化劑的使用對(duì)煙氣中的SO3（SO2）濃度較為敏感，且壽命與性能受冷凝水影響較大。從焙燒爐工藝看，最合理的布置為當(dāng)前引風(fēng)機(jī)前后，該處溫度在160℃～180℃之間，煙氣濕度達(dá)25%。如需使用低溫SCR脫硝技術(shù)，必須考慮SO2濃度，必要時(shí)實(shí)施煤氣脫除H2S，將煙氣SO2的濃度控制在50mg/Nm3以內(nèi)；為保持60%以上的脫硝率，煙氣溫度需升至210℃以上，需設(shè)置加熱（換熱）系統(tǒng)。根據(jù)初步計(jì)算，僅升溫系統(tǒng)就消耗MW級(jí)別的電量（以電加熱計(jì)），運(yùn)行成本高，難以承受。

低溫SCR脫硝技術(shù)在焙燒爐煙氣中的使用受到一定限制，在當(dāng)前技術(shù)未完全成熟的情況下，不推薦使用。

3.5 氧化法脫硝技術(shù)

氧化法脫硝是指采用強(qiáng)氧化劑將煙氣中難溶于水的NO氧化為可被中和反應(yīng)的高價(jià)氮，工藝可分為氧化和吸收兩個(gè)階段，最終脫硝效率受氧化段效率和吸收段效率影響。氧化脫硝具有不受前段工序影響、控制靈活、設(shè)施改造工作量小等特點(diǎn)，但存在脫硝效率受限和硝酸廢水處理問題，在無后續(xù)吸收設(shè)備的情況下，還需新建吸收系統(tǒng)。

氧化脫硝技術(shù)應(yīng)用，可與已有或規(guī)劃建設(shè)后續(xù)煙氣脫硫系統(tǒng)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)NOx的改造提效使用，不推薦單獨(dú)使用，可作為備選方案。

4 結(jié)論

根據(jù)以上分析，氧化鋁焙燒爐NOx減排有以下建議：

（1）煙氣脫硝作為大氣環(huán)保治理中的一項(xiàng)重要環(huán)節(jié)，需同現(xiàn)有工藝與規(guī)劃統(tǒng)籌實(shí)施，確定合理的技術(shù)路線。

（2）滿足當(dāng)前《鋁工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 25465-2010）2013修改單中排放標(biāo)準(zhǔn)推薦，使用低氮改造+SNCR脫硝技術(shù)。

（3）環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)提高或原始NOx濃度過高的企業(yè)，可考慮選擇中溫SCR脫硝技術(shù)。

（4）對(duì)于中溫SCR改造困難的生產(chǎn)線，在低溫SCR成熟前，可采用氧化法脫硝技術(shù)配套濕法脫硫，實(shí)現(xiàn)NOx超低排放。

[1] 氣體懸浮焙燒爐教材[M].

[2] 劉家瑞.氣體懸浮焙燒爐在氧化鋁生產(chǎn)中的應(yīng)用及改造[Z].1995.

Analysis and Suggestion on Flue Gas Denitration Technology in Baking Furnace of Alumina

YIN Hai-bin, CUI Shi-long
(Jiangsu Kehang Environmental Protection Technology Co., Ltd, Jiangsu Yancheng 224051, China)

The paper probes into the forming mechanism, control measures and feasible scheme of NOxin baking furnace of alumina. Based on the production situation of investigation and in combination with maturating technology and the application of the similar working situation technology, the paper puts forward the reasonable suggestions in order to implement engineering at the anaphase.

alumina; coal based gas; suspended baking furnace with gaseity; flue gas denitration

X701 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1006-5377（2017）09-0047-03