一種煙氣干式超凈技術(shù)在陽(yáng)極焙燒爐煙氣治理中的研發(fā)與應(yīng)用

文_賴鼎東 福建龍凈環(huán)保股份有限公司 福建龍凈脫硫脫硝工程有限公司

鋁用陽(yáng)極以瀝青作為粘合劑，按照一定配方與煅后焦制成生制品，焙燒后用于鋁電解生產(chǎn)。在焙燒預(yù)熱過程中，粘結(jié)劑瀝青從生制品中析出生成揮發(fā)分進(jìn)入焙燒爐火道進(jìn)行燃燒。在焙燒過程中還會(huì)散發(fā)大量其他有害氣體，其中主要的特征污染物有SO2、NOX、HF、粉塵等。目前，國(guó)內(nèi)大多數(shù)企業(yè)采用的凈化方法有電捕集法、吸附法、堿吸收濕法，以及相關(guān)的組合工藝。

為了實(shí)現(xiàn)焙燒爐煙氣達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)，龍凈環(huán)保開發(fā)了一種基于循環(huán)流化床的ASC煙氣干式超凈技術(shù)，該技術(shù)成功地應(yīng)用于山東兗礦鋁用陽(yáng)極有限公司82kt/a陽(yáng)極生產(chǎn)系統(tǒng)的煙氣凈化系統(tǒng)升級(jí)改造， 于2018年1月開始正式使用，連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行至今。通過一年多的生產(chǎn)實(shí)踐運(yùn)行和實(shí)際檢測(cè)數(shù)據(jù)表明系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，污染物的排放指標(biāo)可達(dá)到超低排放要求。

1 ASC煙氣干式超凈技術(shù)設(shè)計(jì)參數(shù)

ASC煙氣干式超凈技術(shù)應(yīng)用于山東兗礦鋁用陽(yáng)極有限公司82kt/a陽(yáng)極生產(chǎn)系統(tǒng)的煙氣凈化系統(tǒng)升級(jí)改造項(xiàng)目的設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

表1 ASC煙氣干式超凈技術(shù)設(shè)計(jì)參數(shù)

SO2濃度 mg/Nm3 300～800瀝青煙 mg/Nm3 50粉塵濃度 mg/Nm3 100 NOx濃度 mg/Nm3 ≤100

2 ASC煙氣干式超凈技術(shù)工藝流程

來(lái)自焙燒爐煙氣經(jīng)現(xiàn)有煙氣凈化系統(tǒng)（噴淋塔+電捕焦油器已停用，僅作為煙氣通道）后經(jīng)進(jìn)口煙道從底部進(jìn)入吸收塔，在此處高溫?zé)煔馀c加入的吸收劑、循環(huán)脫硫灰充分預(yù)混合，在這一區(qū)域主要完成吸收劑與HCl、HF的反應(yīng)，然后煙氣通過吸收塔下部的文丘里管的加速，進(jìn)入循環(huán)流化床體，吸收劑、脫硝劑、循環(huán)物料在循環(huán)流化床里。氣固兩相由于氣流的作用，產(chǎn)生激烈的湍動(dòng)與混合，充分接觸，在上升的過程中，不斷形成絮狀物向下返回，而絮狀物在激烈湍動(dòng)中又不斷解體重新被氣流提升，使得氣固間的滑落速度高達(dá)單顆粒滑落速度的數(shù)十倍。這樣循環(huán)流化床內(nèi)氣固兩相流機(jī)制，極大地強(qiáng)化了氣固間的傳質(zhì)與傳熱，為實(shí)現(xiàn)高脫硫率、脫硝率提供了根本的保證。瀝青煙在經(jīng)過高密度床層時(shí)幾乎完全被吸附脫除。

脫硫、脫硝及脫除焦油后的含塵煙氣進(jìn)入布袋除塵器進(jìn)行氣固分離，除塵后的凈煙氣經(jīng)引風(fēng)機(jī)排往煙囪排放。

3 ASC煙氣干式超凈技術(shù)的特點(diǎn)

3.1 在一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)實(shí)現(xiàn)SO2、NOX、焦油的同步高效脫除

焙燒爐出來(lái)的高溫?zé)煔膺M(jìn)入吸收塔，利用高湍動(dòng)的物料床層，加上噴水降溫創(chuàng)造良好的反應(yīng)條件，使物料床層中高活性的消石灰顆粒與煙氣中的SO2充分接觸，并快速完成中和反應(yīng)，脫硫效率高。另外，通過加入脫硝劑，將煙氣中不溶于水的NO氧化成可溶于水的NO2，NO2溶于水后被床層中的消石灰顆粒吸收脫除。由于噴水降溫的工況下，煙氣中的焦油基本都以固態(tài)或液態(tài)的形式存在，在煙氣穿過吸收塔中的物料床層時(shí)，焦油顆粒被物料床層中具有大比表面積的顆粒所吸附包裹脫除，煙氣中的焦油基本被完全脫除。

基于以上原理，在一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)實(shí)現(xiàn)SO2、NOX、焦油的同步高效脫除。經(jīng)過吸收塔處理后，凈化系統(tǒng)出口的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)：SO2濃度一般為20～35mg/Nm3，NOX濃度一般為30～50mg/Nm3，焦油濃度基本檢測(cè)不到。

3.2 不受焙燒爐移爐工況的影響

由于焙燒爐的工藝特點(diǎn)，焙燒爐在一個(gè)火焰周期結(jié)束后需進(jìn)行一次移爐操作。在移爐過程中存在煙氣量、煙氣壓力、煙氣溫度呈周期性變化的特點(diǎn)，見圖2、圖3。

（1）圖2為一次移爐操作時(shí)，焙燒爐出口煙道煙氣壓力（紫色曲線）變化約700～1000Pa。為了應(yīng)對(duì)移爐操作時(shí)的工況變化，ASC煙氣干式超凈技術(shù)設(shè)置清潔煙氣再循環(huán)系統(tǒng)，根據(jù)進(jìn)入吸收塔的煙氣量及煙氣壓力的變化自動(dòng)調(diào)整循環(huán)煙氣量，以平衡移爐時(shí)的工況波動(dòng)，保證吸收塔床層壓降穩(wěn)定（橙色曲線），確保裝置的正常穩(wěn)定運(yùn)行。

（2）圖3為移爐操作時(shí)，焙燒爐出口煙氣溫度（紫色曲線）、吸收塔入口煙氣溫度（橙色曲線）、吸收塔出口煙氣溫度（藍(lán)色曲線）變化情況。移爐前煙氣溫度達(dá)到最高，移爐后煙氣溫度迅速降低并達(dá)到最低點(diǎn)，之后隨著焙燒的進(jìn)行溫度逐漸升高。移爐前后的溫度差值可達(dá)30℃。為了適應(yīng)移爐前后的溫度變化，ASC干式超凈技術(shù)通過對(duì)吸收塔出口的煙氣溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并通過智能溫度控制回路及時(shí)調(diào)整噴入吸收塔的水量。在保證系統(tǒng)正常運(yùn)行所需的溫度窗口，又能避免噴水量過多，避免對(duì)后續(xù)布袋除塵器的影響。

3.3 布袋除塵器技術(shù)

焙燒煙氣的粉塵多為細(xì)顆粒，通過循環(huán)流化床反應(yīng)塔的噴水混合凝并后，煙氣中PM1等亞微米級(jí)的細(xì)顆粒幾乎都絮凝為數(shù)十微米的粗顆粒，且流化床脫硫塔頂及出口等的穩(wěn)流特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，保證這些絮凝后的顆粒不易被破壞而更有利于被后級(jí)布袋除塵器的過濾；經(jīng)過后級(jí)的超濾布袋除塵器除塵后，凈化系統(tǒng)出口的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)煙塵濃度為1～2mg/Nm3。

4 ASC干式超凈系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)結(jié)果

山東兗礦鋁用陽(yáng)極有限公司對(duì)焙燒爐系統(tǒng)的煙氣排放進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)并上傳當(dāng)?shù)丨h(huán)保局。從2018年2月2日～2月3日的在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)（表2）可以看出，煙氣中煙塵排放濃度低于5mg/Nm3，SO2的排放濃度低于35 mg/Nm3，NOX的排放濃度低于50mg/Nm3，均達(dá)到超低排放指標(biāo)。

表2 環(huán)保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù) （單位：mg/Nm3）

5 結(jié)語(yǔ)

ASC煙氣干式超凈技術(shù)為焙燒爐煙氣凈化提供了新思路，通過一套裝置同步達(dá)到SO2、NOX、HF、焦油、粉塵等污染物的脫除，具有系統(tǒng)凈化效率高、無(wú)二次污染、系統(tǒng)簡(jiǎn)單、自動(dòng)化控制水平高、運(yùn)行可靠等特點(diǎn)。陽(yáng)極焙燒爐煙氣ASC干式超凈技術(shù)的成功，為陽(yáng)極焙燒爐煙氣超凈排放提供了成熟可靠的新技術(shù)，具有廣闊的推廣前景。