氧化鋁焙燒爐煙氣脫硝技術分析與建議

尹海濱

（江蘇科行環保科技有限公司，江蘇 鹽城 224051）

隨著環保要求的不斷提高，鋁工業大氣污染日漸受到人們重視。氫氧化鋁焙燒是氧化鋁生產工藝中的最后一道工序，由于采用高溫焙燒工藝，是鋁工業中NOx排放的重點部位。目前，國內氧化鋁廠焙燒氧化鋁設備的首選是氣態懸浮焙燒爐（G.S.C），該焙燒爐是丹麥某公司從新型干法水泥懸浮預熱與預分解技術移植而來[1]，相關技術可借鑒焙燒爐煙氣脫硝。

1 氧化鋁焙燒爐NOx產生機理與排放現狀

焙燒的目的是在高溫下把氧化鋁的附著水和結晶水脫除，從而生成物理化學性質符合電解要求的氧化鋁。氣態懸浮焙燒爐（G.S.C）喂入的氫氧化鋁，經文丘里閃速干燥器、旋風預熱器、焙燒爐、熱分離器、冷卻器等設備實現脫除附著水、結晶水并實現晶型轉變。經冷卻器預熱的燃燒空氣在焙燒爐底部同時噴入燃料燃燒，燃燒后焙燒爐內空間溫度為1000℃～1100℃，燃燒火焰溫度高達1700℃[2]。NOx生成以熱力型為主，小部分為燃料型。根據檢測情況看，根據窯爐燃燒狀態不同，NOx一般排放在300～450mg/Nm3，煤氣脫硫后對NOx有減排效果。當前執行的《鋁工業污染物排放標準》（GB 25465-2010）（2013修改版），要求顆粒物為10mg/Nm3、SO2為100mg/Nm3、NOx為100mg/Nm3以下，后續可能會采用更嚴格的標準。

2 可行方案論證

當前較為成熟的NOx控制技術，有低氮燃燒改造、非選擇性催化還原脫硝技術（SNCR技術）、中溫選擇性催化還原脫硝技術（中溫SCR技術）、低溫選擇性催化還原脫硝技術（低溫SCR技術）和氧化脫硝技術等。根據煙氣的主要組分情況，對各技術的適用性進行分析（見表1）。

表1 煙氣主要組分情況

2.1 低氮改造技術

根據NOx生成原理分析，焙燒爐的NOx主要來源于熱力型。可從控制生成和降低已生成兩方面考慮減排NOx。而控制NOx生成的有效措施為降低火焰高溫區和高溫溫度，需從燃料燒嘴和布置的形式考慮進行改進，如：選擇分散性更好的燒嘴，改變當前燒嘴對射式布置為旋切布置等。降低已生成的NOx，需要與燃燒工藝相結合，通過燃料與助燃空氣的配置，實現濃淡燃燒與建立還原區。采用空氣分級燃燒技術，建立底部還原區與上部燃盡區，實現NOx排放控制。

采用該技術需改造焙燒爐的下部結構，具有一定的NOx減排能力，但由于行業內缺少成熟案例，需在實施中探索。

氧化鋁焙燒爐環保治理工藝流程如下圖。

氧化鋁焙燒爐環保治理工藝流程圖

2.2 SNCR脫硝技術

SNCR脫硝技術是在火電、水泥、陶瓷等行業普遍應用的技術。焙燒爐出口和熱分離器中具有合適的溫度區間（見表2）及足夠的反應時間和良好的混合效果，完全滿足SNCR使用條件需求。根據類似工況結構的脫硝能力分析，焙燒爐SNCR具有60%及以上的脫硝效率。焙燒爐煙氣中主要成分為氫氧化鋁和氧化鋁，與所使用的還原劑（氨水或尿素溶液）均不會直接發生反應，不會對產品產生影響。

表2 焙燒爐運行溫度參數表

SNCR技術可適用于焙燒爐，在NOx環保要求不高（60%脫硝效率），是可選擇的低投資成本方案。

2.3 中溫SCR脫硝技術

中溫SCR脫硝技術是國內脫硝領域可穩定實現超低排放的主要技術（排放＜50mg/Nm3），當煙氣在300℃～400℃，在有催化劑存在的條件下，還原劑與NOx充分反應，可實現高效脫硝。從焙燒爐系統工藝中，可看出旋風預熱器P02出口后煙氣溫度穩定在320℃～380℃，具有良好的反應溫度窗口；從改造難度上看，P02后煙道至A02為下降煙道，且位于系統塔架外側，具備連接煙道和設置反應器空間，可實現建設SCR反應器的空間和工藝需求；從脫硝系統運行看，A02前煙氣中粉塵（氫氧化鋁和氧化鋁）含量高達80g/m3，催化劑的堵塞和磨損是最大的技術問題，該工況同水泥中溫高塵SCR類似，借鑒相關設計經驗，可實現穩定運行。

2.4 低溫SCR脫硝技術

低溫SCR脫硝技術是相對于中溫SCR脫硝技術而言，普遍認為可實現250℃及以下的還原脫硝技術。因該工藝對原有設備改動小、占地面積小、布置在微塵環境等優點而倍受青睞，國內不少研發機構在水泥等行業試驗過其性能，未見成熟業績報道。根據試驗情況看，低溫催化劑的使用對煙氣中的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，最合理的布置為當前引風機前后，該處溫度在160℃～180℃，煙氣濕度達30%。如需使用低溫SCR脫硝技術，必須考慮SO2濃度，必要時實施煤氣脫除H2S，將煙氣SO2濃度控制到50mg/Nm3內；為保持60%以上的脫硝效率，煙氣溫度需升至210℃以上，需設置加熱（換熱）系統。根據初步計算，僅升溫系統消耗MW級別電量（以電加熱計），運行成本難以承受。

低溫SCR在焙燒爐煙氣中使用受到一定限制，在當前技術未完全成熟的情況下，不推薦使用。

2.5 氧化法脫硝技術

氧化法脫硝是指采用強氧化劑將煙氣中難溶于水的NO氧化為可被中和反應的高價氮，工藝可分為氧化和吸收兩個階段，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、改造工作量小等特點，但存在脫硝效率受限和硝酸廢水處理等問題，在無后續吸收設備的情況下，還需新建吸收系統。

氧化脫硝技術應用，可與已有或規劃建設后續煙氣脫硫系統結合，實現NOx改造提效使用，不推薦單獨使用，可作為備選方案。

3 結論

（1）煙氣脫硝作為大氣環保治理中的一個重要環節，需與現有的工藝及規劃統籌實施，確定合理的技術路線。

（2）氧化鋁焙燒爐減排NOx滿足當前《鋁工業污染物排放標準》（2013修改單）中排放標準，推薦使用低氮改造+SNCR脫硝技術。

環保標準加嚴或原始濃度過高的廠家，可考慮選擇中溫SCR脫硝技術。

（3）對于中溫SCR改造困難的生產線，在低溫SCR成熟前，可采用氧化法脫硝技術配套濕法脫硫，實現NOx超低排放。

[1] 氣體懸浮焙燒爐教材[Z].

[2] 劉家瑞.氣體懸浮焙燒爐在氧化鋁生產中的應用及改造[Z].1995.