氧化鋁焙燒爐脫硝改造案例分析

（中鋁山東工程技術(shù)有限公司設(shè)計(jì)院，山東 淄博 255052）

1 前言

2019年國(guó)家生態(tài)環(huán)境部發(fā)《關(guān)于加強(qiáng)重污染天氣應(yīng)對(duì)夯實(shí)應(yīng)急減排措施的指導(dǎo)意見》，按照工藝裝備、有組織排放限值、無(wú)組織控制措施、運(yùn)輸方式等環(huán)?？?jī)效水平將企業(yè)分為A、B、C三類，分別采取不同重污染預(yù)警等級(jí)應(yīng)對(duì)措施和力度，提前告知企業(yè)，指導(dǎo)企業(yè)合理安排生產(chǎn)，在保障公眾身體健康的同時(shí)，最大程度減少對(duì)企業(yè)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的影響，全面達(dá)到超低排放的企業(yè)列為A級(jí)，這類企業(yè)在冬季重污染應(yīng)對(duì)時(shí)不需采取限產(chǎn)或停產(chǎn)等減排措施。

中鋁集團(tuán)下屬某公司氧化鋁廠共有4臺(tái)氧化鋁焙燒爐，使用天然氣、煤制氣作為燃料，將氫氧化鋁焙燒為氧化鋁。每臺(tái)焙燒爐氧化鋁產(chǎn)能為1600t/天，焙燒爐尾部各配一臺(tái)電收塵器，單臺(tái)煙氣量為250000m3/h，出口煙氣溫度180℃～210℃，焙燒爐本體現(xiàn)有SNCR脫硝系統(tǒng)，氮氧化物排放濃度100mg/Nm3（含氧量8%）能達(dá)到現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)，但達(dá)不到環(huán)保A級(jí)企業(yè)≤50mg/Nm3的標(biāo)準(zhǔn)。

2 脫硝技術(shù)概述

工業(yè)窯爐煙氣脫硝不同于電站鍋爐的脫硝，由于窯爐形式多樣、煙氣成分差別大，所以脫硝的工藝方法多樣。目前，國(guó)內(nèi)外應(yīng)用較多且廣泛實(shí)用的脫硝技術(shù)主要有低NOx燃燒技術(shù)、選擇性非催化還原脫硝技術(shù)（SNCR）、選擇性催化還原脫硝技術(shù)（SCR）及低NOx燃燒與SNCR、SCR聯(lián)合脫硝技術(shù)等。

低NOx燃燒技術(shù)包括：①空氣分級(jí)燃燒技術(shù)：②燃料分級(jí)燃燒技術(shù)：③濃淡燃燒技術(shù)；④煙氣再循環(huán)燃燒技術(shù)。

選擇性非催化還原（SNCR）脫硝技術(shù)，是指在沒(méi)有催化劑存在的條件下，利用還原劑將煙氣中的NOx還原為無(wú)害的氮?dú)夂退囊环N脫硝方法。但實(shí)際應(yīng)用SNCR設(shè)計(jì)效率一般取40%～60%。

選擇性催化還原（SCR）脫硝技術(shù)，是指在O2和非均相催化劑存在條件下，用還原劑NH3將煙氣中的NO還原為無(wú)害的N2和水的工藝。SCR技術(shù)脫硝率高，設(shè)計(jì)脫硝率可大于90%。

3 脫硝技術(shù)方案論證

案例項(xiàng)目焙燒爐現(xiàn)有低氮燃燒器和SNCR脫硝系統(tǒng)，作者提出以下三個(gè)比選方案：

3.1 方案一SNCR+高塵SCR聯(lián)合脫硝

二級(jí)旋風(fēng)筒出口煙氣溫度在300～380℃之間，含塵濃度80g/m3，適合中溫催化劑的溫度窗口，本方案擬將二級(jí)旋風(fēng)筒出口部分熱風(fēng)管道拆除，改建SCR反應(yīng)器，煙氣自上而下經(jīng)過(guò)SCR反應(yīng)器脫硝，與現(xiàn)有的SNCR系統(tǒng)形成聯(lián)合脫硝系統(tǒng)，運(yùn)行過(guò)程中SNCR噴槍噴入足量的尿素溶液，為后續(xù)SCR脫硝反應(yīng)提供還原劑。

表1

3.2 方案二SNCR+低塵SCR聯(lián)合脫硝

除塵器出口的粉塵濃度低于10mg/Nm3，煙氣溫度在180℃～200℃之間，適合低溫催化劑的溫度窗口，本方案擬在除塵器后新建SCR反應(yīng)器，將除塵器出口的煙氣引入新建的SCR反應(yīng)器，煙氣自上而下經(jīng)過(guò)反應(yīng)器脫硝后，經(jīng)過(guò)煙囪排入大氣。

3.3 方案三SNCR+除塵脫硝一體化

除塵器第三電場(chǎng)改造為金屬膜除塵后上部加高，布置單層脫硝催化劑，金屬膜除塵器出口的粉塵濃度低于10mg/Nm3，煙氣溫度在180℃～200℃之間，本方案擬采用低溫涂敷時(shí)催化劑，煙氣自金屬膜除塵器出口經(jīng)過(guò)催化劑脫硝后，再經(jīng)過(guò)煙囪排入大氣。

3.4 方案對(duì)比

三種方案對(duì)比如表。

結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況，案例項(xiàng)目按方案一具體實(shí)施，項(xiàng)目投運(yùn)以后NOx排放濃度＜30mg/Nm3，達(dá)到環(huán)保A級(jí)企業(yè)≤50mg/Nm3的標(biāo)準(zhǔn)。

4 焙燒爐SCR高塵布置注意事項(xiàng)

4.1 催化劑溫度窗口選擇

焙燒爐烘爐過(guò)程，投料之前煙氣最高溫度約600℃，持續(xù)時(shí)間2小時(shí)左右，煙氣進(jìn)入SCR前采取降溫措施。中溫催化劑要求的最低停運(yùn)溫度不能低于300℃，最高停運(yùn)溫度不能高于450℃。

4.2 SCR進(jìn)口煙氣流場(chǎng)均化措施

案例項(xiàng)目SCR處理的煙氣含有高濃度氫氧化鋁且煙氣流速高達(dá)37m/s，SCR進(jìn)口煙氣需做計(jì)算機(jī)流場(chǎng)模擬分析，從而設(shè)置必要的導(dǎo)流和整流設(shè)施。

4.3 SCR正壓高塵布置進(jìn)出口壓力表選擇

正壓高塵工況普通壓力表無(wú)法正常使用，該項(xiàng)目選用連續(xù)在線吹掃型壓力表。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著國(guó)家和地方環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越嚴(yán)格，選用超低排放的脫硝工藝處理工業(yè)窯爐煙氣NOx勢(shì)在必行，氧化鋁焙燒爐SCR脫硝改造的成功應(yīng)用，為鋁行業(yè)環(huán)保治理項(xiàng)目擴(kuò)展新的技術(shù)起點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)超低排放和降低運(yùn)行成本起到作用。為進(jìn)一步提高環(huán)保水平，相關(guān)從業(yè)者仍需不斷探索改進(jìn)。