氧化鋁焙燒爐煙氣脫硝技術(shù)分析與建議

尹海濱

（江蘇科行環(huán)?？萍加邢薰?，江蘇 鹽城 224051）

隨著環(huán)保要求的不斷提高，鋁工業(yè)大氣污染日漸受到人們重視。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。目前，國(guó)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），該焙燒爐是丹麥某公司從新型干法水泥懸浮預(yù)熱與預(yù)分解技術(shù)移植而來(lái)[1]，相關(guān)技術(shù)可借鑒焙燒爐煙氣脫硝。

1 氧化鋁焙燒爐NOx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時(shí)噴入燃料燃燒，燃燒后焙燒爐內(nèi)空間溫度為1000℃～1100℃，燃燒火焰溫度高達(dá)1700℃[2]。NOx生成以熱力型為主，小部分為燃料型。根據(jù)檢測(cè)情況看，根據(jù)窯爐燃燒狀態(tài)不同，NOx一般排放在300～450mg/Nm3，煤氣脫硫后對(duì)NOx有減排效果。當(dāng)前執(zhí)行的《鋁工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（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(xù)可能會(huì)采用更嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。

2 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。根據(jù)煙氣的主要組分情況，對(duì)各技術(shù)的適用性進(jìn)行分析（見(jiàn)表1）。

表1 煙氣主要組分情況

2.1 低氮改造技術(shù)

根據(jù)NOx生成原理分析，焙燒爐的NOx主要來(lái)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(qū)和高溫溫度，需從燃料燒嘴和布置的形式考慮進(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。降低已生成的NOx，需要與燃燒工藝相結(jié)合，通過(guò)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)。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。

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

氧化鋁焙燒爐環(huán)保治理工藝流程如下圖。

氧化鋁焙燒爐環(huán)保治理工藝流程圖

2.2 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合適的溫度區(qū)間（見(jiàn)表2）及足夠的反應(yīng)時(shí)間和良好的混合效果，完全滿足SNCR使用條件需求。根據(jù)類(lèi)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(huì)直接發(fā)生反應(yīng)，不會(huì)對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)生影響。

表2 焙燒爐運(yùn)行溫度參數(shù)表

SNCR技術(shù)可適用于焙燒爐，在NOx環(huán)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(shù)

中溫SCR脫硝技術(shù)是國(guó)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℃，在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前煙氣中粉塵（氫氧化鋁和氧化鋁）含量高達(dá)80g/m3，催化劑的堵塞和磨損是最大的技術(shù)問(wèn)題，該工況同水泥中溫高塵SCR類(lèi)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。

2.4 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)。因該工藝對(duì)原有設(shè)備改動(dòng)小、占地面積小、布置在微塵環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)而倍受青睞，國(guó)內(nèi)不少研發(fā)機(jī)構(gòu)在水泥等行業(yè)試驗(yàn)過(guò)其性能，未見(jiàn)成熟業(yè)績(jī)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℃，煙氣濕度達(dá)30%。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濃度控制到50mg/Nm3內(nèi)；為保持60%以上的脫硝效率，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)消耗MW級(jí)別電量（以電加熱計(jì)），運(yùn)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(dāng)前技術(shù)未完全成熟的情況下，不推薦使用。

2.5 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、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等問(wèn)題，在無(wú)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改造提效使用，不推薦單獨(dú)使用，可作為備選方案。

3 結(jié)論

（1）煙氣脫硝作為大氣環(huán)保治理中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，需與現(xiàn)有的工藝及規(guī)劃統(tǒng)籌實(shí)施，確定合理的技術(shù)路線。

（2）氧化鋁焙燒爐減排NOx滿足當(dāng)前《鋁工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（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)。

環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)加嚴(yán)或原始濃度過(guò)高的廠家，可考慮選擇中溫SCR脫硝技術(shù)。

（3）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[Z].

[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.