低氮燃燒脫硝技術在氧化鋁焙燒爐的應用

徐良策

（山東宏橋新型材料有限公司，山東 濱州 256200）

焙燒爐全稱氣態懸浮焙燒爐，是利用燃氣燃燒提供的熱量來完成AL(OH)3到AL2O3的轉變。焙燒爐由于采用高溫焙燒的生產工藝，在燃燒供熱的過程中生成大量的氮氧化物（NOx）污染物，對環境危害極大。目前氧化鋁焙燒爐煙氣NOx治理技術還不夠成熟，相關改造費用較大，對NOx的治理還很有限。低氮燃燒技術重點是通過改變燃燒條件來降低NOx，相較其它氧化法、還原法等降低NOx排放的技術，具有改造簡單、經濟有效、運行成本低等特點。因此通過低氮燃燒技術來減少氧化鋁焙燒爐NOx的排放，具有積極的意義。

1 氧化鋁焙燒爐NOx的生成機理

在氧化鋁生產中，氫氧化鋁經過高溫焙燒使之烘干、脫水和晶型轉變后成為氧化鋁。在燃料燃燒過程中，NOx的形成途徑主要有兩種類型,即熱力型NOx和燃料型NOx[1]。就焙燒爐而言，NOx的生成既存在熱力型也存在燃料型。熱力型NOx生成條件是高溫（1500℃）、一定的氧濃度和一定的反應時間。在實際燃燒過程中，燃燒火焰溫度可達1700℃，由于燃燒室內的溫度分布是不均勻的，在局部高溫區會生成較多的NOx，對整個燃燒室內的NOx生成起關鍵作用。燃料型NOx是燃料中的氮在高溫下氧化而生成的。燃料型NOx的生成與燃料的特性、燃料中氮氣含量、氧濃度、燃燒溫度相關。

2 可行性方案論證

根據實測數據來看，在用發生爐煤氣作為焙燒爐的燃料時，煙氣NOx濃度較高，一般為300mg/Nm3～450mg/Nm3。結合焙燒爐工藝及煙氣主要參數情況，可通過低氮燃燒技術、非選擇性催化還原脫硝技術（SNCR技術）、選擇性催化還原脫硝技術（SCR技術）來達到脫除NOx達標排放的目的。但傳統的SNCR脫硝技術和SCR脫硝技術不適用氧化鋁焙燒爐煙氣脫硝。主要原因有：SNCR脫硝效率低；煙氣濕度大、粉塵含量高，易造成催化劑中毒、堵塞、磨損，減少催化劑的使用壽命，增加催化劑成本；煙氣排出溫度不在SCR的最佳反應溫度，中、高溫催化脫硝技術不成熟，投資及運行費用高。在各種降低NOx排放的技術中，低氮燃燒技術具有應用最廣、相對簡單、經濟有效的特點。因此在氧化鋁焙燒爐上應用低氮燃燒技術，在燃燒過程中來控制NOx的生成量具有較高的經濟性。

3 低氮燃燒技術

根據NOx生成機理分析，可以通過改變燃燒條件和降低燃料中氮含量兩種方法來控制和降低NOx的生成。目前，較適用于焙燒爐的主要有：低氧燃燒、低溫燃燒（提高AH質量、電除塵返灰改造、合理控制灼減、延長焙燒時間、AH均布）、燃燒優化（燒嘴優化、燃料優化）等，以及前款措施的有機結合等。

3.1 低氧燃燒

低氧燃燒，從焙燒爐P04進風總管引出支管（二次風管）到燃燒室上部，降低P04燃燒室的空氣系數，使得P04燃燒室在低氧條件下燃燒。空氣分級，二次風管分出部分熱風至P04燃燒室上部，燒掉不完全燃燒剩余的CO。由于P04燃燒室處于欠氧燃燒狀態，主爐溫度會降低50℃～100℃，從源頭上控制了NOx的生成量，可使氮氧化物生成量減少達20%以上。

3.2 低溫燃燒

在實際生產中，需要通過分析產品AL2O3的灼減來確定主爐PO4的生產溫度。而灼減主要受氫氧化鋁（AH）質量、電除塵返灰、氫氧化鋁（AH）下料情況的影響，因此通過相應技改或生產調整，在保證氧化鋁產品質量（晶型、晶粒度和灼減）的前提下，降低焙燒爐主爐溫度，對控制NOx生成有較大的實際意義。

（1）提高氫氧化鋁（AH）質量。當AH附水高時，會使文丘里干燥器的出口溫度降低，物料干燥不徹底不易吹散，部分物料落入文丘里U型管，使A02壓差高，需要通過提高系統負壓和提高主爐溫度來調整。當AH強度差、粒度較細時，會造成氧化鋁產品細化、灼減升高，需提高焙燒主爐溫度來保證產品質量。因此通過生產調整，降低AH附水量、提高AH的強度和粒度，有助于焙燒爐主爐溫度的平穩控制，有利于降低NOx的生成。

（2）對電除塵返灰進行改造。在實際生產中，經常會出現因返灰量波動造成氧化鋁灼減超標的現象，需要通過提高主爐溫度來保證灼減指標合格。對電除塵返灰進行改造，將返灰點由C02（480℃）改至C01（650℃），由于C01溫度遠高于C02，使電除塵返灰而來的這部分氧化鋁進一步得到焙燒，保證產品灼減合格。改造后有利于主爐溫度的偏低控制，減少NOx的生成量。

（3）對灼減指標合理控制。在保證氧化鋁產品灼減合格的前提下，逐步降低焙燒爐主爐P04溫度，其結果如表1。

表1 焙燒溫度與灼減的關系[2]

氧化鋁產品質量要求≤1.0%。在保證產品質量的前提下，可適當的降低焙燒溫度，有利于降低焙燒爐的熱耗、減少氧化鋁燒失量，且使NOx的生成量明顯降低。

（4）延長氧化鋁焙燒時間。在P03至C01中間煙道段增設緩沖槽，緩沖槽為帶內襯流化床結構，由羅茨風機提供流化風。緩沖槽可延長物料在焙燒高溫段的停留時間，理論上可使物料在900℃的高溫區多停留2min以上。增設緩沖槽有助于系統熱量回收，可在一定程度上保證主爐溫度降低后產品灼減不受影響。焙燒爐主爐溫度降低，系統內NOx的生成量明顯降低。在相同工況下，投用緩沖槽可使P04主爐溫度低40℃～50℃，NOx濃度降低約20%。另外，通過實際生產數據統計，投用緩沖槽可以使煤氣站標煤耗降低約3kg/t.AO。

（5）氫氧化鋁（AH）均布。將焙燒爐P02進P04的下料管由單點下料改為兩點或多點下料，在下料點安裝布料裝置，可提高物料進入焙燒爐的均勻性，使得物料能夠充分與燃燒產生的熱量接觸，增加了物料的反應時間，減少局部過熱現象，進而降低了焙燒溫度和NOx生成量，降低熱耗，提高焙燒效率。

3.3 燃燒優化

3.3.1 燒嘴優化

采用分散燃燒技術降低火焰燃燒溫度。更換焙燒爐原有直噴式噴嘴，采用旋流式分散火焰燒嘴。改造前火焰主要集中于窯爐中部，致使燃燒區局部溫度高，NOx生成量大，改善噴嘴后，使得火焰盡可能覆蓋整個窯爐燃燒截面，避免造成局部高溫，降低NOx生成量。

3.3.2 燃料優化

（1）選用更清潔的燃料

目前氧化鋁焙燒爐所用燃氣主要有兩段式發生爐煤氣和焦化氣兩種，有較少氧化鋁生產使用天然氣作為燃料。作為氧化鋁焙燒爐燃料時，煙氣NOx濃度差別較大，可見下表2。

表2 不同燃料對焙燒爐煙氣NOx濃度的影響

兩段式發生爐煤氣 47～54 300～450 需進行脫硫和酚水處理焦爐煤氣 4～7 160～250 需進行脫硫和酚水處理天然氣 0.5～1 100左右

因此，選用更清潔的燃氣能源可以極大的降低氧化鋁焙燒爐煙氣NOx的濃度。

（2）選用更先進的煤氣生產設備

如使用粉煤氣化爐代替傳統的兩段式煤氣發生爐，氣化爐溫度更容易保證，煤炭中揮發酚及焦油轉化更徹底，煤氣中幾乎無焦油及酚水產生。采用富氧或純氧做為氣化劑時，產生的煤氣熱值高且N2含量低，因此在燃燒中燃料型NOx生成量較低。

4 結論

低氮燃燒技術是用改變燃燒條件的方法來控制NOx的生成量，在各種降低NOx排放的技術中，低氮燃燒技術采用最廣、相對簡單、經濟并且有效。目前，低氮燃燒技術還需與現有氧化鋁焙燒爐生產工藝進一步相結合，確定合理的技術方案。在目前階段，低氮燃燒技術還應根據NOx原始濃度的高低和環保控制要求，與SNCR脫硝技術、SCR脫硝技術配合使用。低氮燃燒技術在氧化鋁生產焙燒爐上的成功應用勢必會產生極大的經濟效益，對氧化鋁產品質量的提高和能耗的降低也有著積極的作用。