高溫除塵及脫銷一體化新工藝在氧化鋁焙燒窯爐煙氣處理中的應用

文_莫代林 成都易態科技有限公司

氫氧化鋁焙燒是氧化鋁生產過程的最后一道工序，一般采用脫硫后的煤氣或天然氣進行焙燒，煙氣中二氧化硫含量較低，能直接達標，但煙氣中粉塵濃度及NOx含量較高，需進行凈化處理后排放。傳統的電除塵工藝根本無法達到排放要求。后來業內出現了電除塵+脫硝+布袋過濾工藝（圖1），該工藝雖然有一定該善，但仍存在以下缺點：①末端布袋除塵后煙氣中煙塵含量仍然較高，一般在30～50mg/Nm3，且易破損。②催化劑被灰污染而“中毒”，脫硝效率低下。

近年來，隨著國家排放標準的提高，高溫金屬膜袋式濾芯在該行業得到廣泛推廣。目前，很多廠家已采用高溫金屬膜濾芯除塵+催化脫硝的新工藝對氧化鋁焙燒煙氣進行處理，收到了很好的經濟效益和環保效果。新工藝有效提升焙燒爐的產能，高效回收煙氣中的粉塵資源，有效保護了催化劑，并使其壽命延長，同時實現節能、超低排放及二氧化碳排放的大幅減少。

本文主要介紹了高溫金屬膜除塵+脫硝一體化新工藝在氧化鋁焙燒窯爐煙氣處理中的應用及良好的經濟和環保效益。

1 氧化鋁焙燒窯煙氣處理工藝流程

1.1 傳統的氧化鋁焙燒窯煙氣處理工藝流程

傳統的氫氧化鋁焙燒窯煙氣處理工藝流程經過了傳統流程和改善流程（圖1）兩個階段。與傳統流程不同的是，改善流程增加了催化脫硝功能及布袋除塵功能。但仍存在以下缺點：①末端布袋除塵后煙氣中煙塵含量仍然較高，一般在30～50mg/Nm3，且易破損。②催化劑被灰污染而“中毒”，脫硝效率低下。這兩種工藝流程本質上都屬于傳統的工藝流程。

圖1 傳統氧化鋁焙燒窯煙氣處理改善工藝流程示意圖

1.2 高溫煙氣除塵+脫銷一體化氧化鋁焙燒窯煙氣處理新工藝

目前氧化鋁焙燒窯爐煙氣凈化工藝已經歷了3種處理工藝改進。新工藝的核心是高溫金屬膜過濾，它一方面使煙氣凈化效率得到大幅提高，煙氣中粉塵資源充分得到回收，催化劑效率提升、用量減少、壽命延長，實現超低排放；另一方面可提升處理風速，為焙燒爐窯處理能力提升創造了條件。

許多企業在進行新工藝技改時遇到的共同問題是場地緊張，為此，誕生了高溫煙氣除塵+脫銷一體化新工藝（圖2）。該工藝保留了前述新工藝優點的基礎上，將高溫除塵器與催化劑安裝結構進行一箱化考慮，節省了空間和占地面積，設備更緊驟，其經濟性得到進一步提高。

圖2 高溫煙氣除塵+脫銷一箱化氧化鋁焙燒窯煙氣處理新工藝示意圖

2 新工藝對行業的影響

工藝的進步一方面對產品質量、產能及成本帶來正面影響，同時在節能和減少二氧化碳排放方面也具備不可忽視的意義。行業全年可實現節能1267252.7萬kWh，實現CO2減排1263.45萬t。

2.1 產能提升

按照設計生產能力是3500t/d的氧化鋁產量計算，一臺焙燒爐投料量應該在240t/h左右，在采用YT綠色新除塵工藝后，投料量提高到270t/h以上，產能提高了11%以上，每年增加生產產品3500t/d×330×11%=12.7萬t。

分析其原因，主要是電除塵和布袋均有其致命的缺陷，即處理風速低，一旦提高風速其除塵效率將會下降，且有“破袋”的風險，制約了其生產能力。金屬膜過濾的機理是表面高精度過濾，風速適當提升對其過濾精度無影響。甚至有的企業采用了新工藝后，產量比之前提高了12%左右。2019年全國氧化鋁產量7500萬t，如果全部采用新工藝處理焙燒窯爐煙氣，1年可增產825萬t。

氧化鋁生產的主要方法是拜耳法和燒結法，其中拜耳法綜合能耗較低，約為500kgce/t，燒結法約為1400kgce/t。為簡化計算，按平均值950kgce/t計算。每公斤標煤折合電能2.5kWh，則氧化鋁生產平均能耗折算電能為2375kWh/t。增產后，單位產品能耗降低約5%，即節能118.75kWh/t。行業全年節能890625萬kWh，折合減排CO2量887.95萬t。

2.2 增加回收資源

按前述某項目（3500t/d）計算，原有電除塵工藝，生產氧化鋁排放煙氣中粉塵（主要是氧化鋁）的濃度在100mg/m3左右；采用新工藝后煙氣中粉塵濃度不到5mg/m3。煙氣量平均70萬m3/h，按煙塵10mg/m3計算，可實現多回收氧化鋁資源 ：（100-5）mg/m3×700000m3/h=66.5kg/h，每年可多回收資源66.5kg/h×24×330=526.68t。按照2019年全國氧化鋁總產量7500萬t/a計算，相當于有65臺該項目規膜的焙燒爐在生產；如果都采用新工藝進行生產，則全行業每年可多回收資源：526.68×65=34234.2t。

多回收資源節能2375kWh/t，全行業一年可節能8130.6萬kWh，折合CO2減排8.11萬t。

2.3 提升催化效率

安裝于高溫精密除塵器之后的催化劑（SCR），由于沒有粉塵的污染，加上又處于合適的高溫（280～400℃），金屬氧化物與氣體充分接觸，催化效率大大提升。由此帶來的結果是：①催化劑裝載量減少1/3～1/2，有效使用壽命至少延長一倍，處理成本大幅下降。②催化劑過風阻力減少1/3～1/2，一般可減少400～500Pa，節能明顯。③催化效率一般提升至95%以上，減排明顯，NOx排放一般可達到35mg/Nm3以下。

3500t/d的氧化鋁焙燒煙氣催化劑裝填量一般約200m3，在高塵狀態下有效壽命最多1年；采用新工藝后裝填100m3，有效壽命為原工藝的3倍以上，年平均按33m3計，則催化劑消耗平均每年減少167m3，全國年節省催化劑167×65=10855m3。催化劑生產耗能約4800kWh/m3，則催化劑節省節能5210.4萬kWh。

3500t/d的氧化鋁焙燒煙氣量約為70萬m3/h，即194.4m3/s，因催化劑阻力減少450Pa帶來風機節電（194.4m3/s×0.45kPa×330d×24h/d）/（0.8×0.8）=1082565kWh，行業年風機節電259875×65=70366725kWh。

催化劑節省及阻力下降節電122470725kWh，折合CO2減排12.21萬 t。

2.4 余熱回收節能減排

在幾乎無塵的情況下進行余熱回收，換熱效率提升，一般可提升約2%，且換熱器阻力下降約10%。按單位產品平均能耗2375kWh/t節省2%計算，行業全年生產7500萬t，可節能356250萬kWh，折合CO2減排355.18萬t。

3 結語

高溫除塵+脫銷一體化新工藝對氧化鋁行業產能和技術升級、能耗降低及二氧化碳排放減少有著重大的積極意義。如全行業都采用新工藝，每年可實現產能增加825萬t，多回收資源32432.4t，實現節能1267252.7萬kWh，實現CO2減排1263.45 萬 t。