氧化鋁焙燒爐脫硝改造案例分析

（中鋁山東工程技術有限公司設計院，山東 淄博 255052）

1 前言

2019年國家生態環境部發《關于加強重污染天氣應對夯實應急減排措施的指導意見》，按照工藝裝備、有組織排放限值、無組織控制措施、運輸方式等環保績效水平將企業分為A、B、C三類，分別采取不同重污染預警等級應對措施和力度，提前告知企業，指導企業合理安排生產，在保障公眾身體健康的同時，最大程度減少對企業經濟活動的影響，全面達到超低排放的企業列為A級，這類企業在冬季重污染應對時不需采取限產或停產等減排措施。

中鋁集團下屬某公司氧化鋁廠共有4臺氧化鋁焙燒爐，使用天然氣、煤制氣作為燃料，將氫氧化鋁焙燒為氧化鋁。每臺焙燒爐氧化鋁產能為1600t/天，焙燒爐尾部各配一臺電收塵器，單臺煙氣量為250000m3/h，出口煙氣溫度180℃～210℃，焙燒爐本體現有SNCR脫硝系統，氮氧化物排放濃度100mg/Nm3（含氧量8%）能達到現有標準，但達不到環保A級企業≤50mg/Nm3的標準。

2 脫硝技術概述

工業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，國內外應用較多且廣泛實用的脫硝技術主要有低NOx燃燒技術、選擇性非催化還原脫硝技術（SNCR）、選擇性催化還原脫硝技術（SCR）及低NOx燃燒與SNCR、SCR聯合脫硝技術等。

低NOx燃燒技術包括：①空氣分級燃燒技術：②燃料分級燃燒技術：③濃淡燃燒技術；④煙氣再循環燃燒技術。

選擇性非催化還原（SNCR）脫硝技術，是指在沒有催化劑存在的條件下，利用還原劑將煙氣中的NOx還原為無害的氮氣和水的一種脫硝方法。但實際應用SNCR設計效率一般取40%～60%。

選擇性催化還原（SCR）脫硝技術，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還原為無害的N2和水的工藝。SCR技術脫硝率高，設計脫硝率可大于90%。

3 脫硝技術方案論證

案例項目焙燒爐現有低氮燃燒器和SNCR脫硝系統，作者提出以下三個比選方案：

3.1 方案一SNCR+高塵SCR聯合脫硝

二級旋風筒出口煙氣溫度在300～380℃之間，含塵濃度80g/m3，適合中溫催化劑的溫度窗口，本方案擬將二級旋風筒出口部分熱風管道拆除，改建SCR反應器，煙氣自上而下經過SCR反應器脫硝，與現有的SNCR系統形成聯合脫硝系統，運行過程中SNCR噴槍噴入足量的尿素溶液，為后續SCR脫硝反應提供還原劑。

表1

3.2 方案二SNCR+低塵SCR聯合脫硝

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反應器，將除塵器出口的煙氣引入新建的SCR反應器，煙氣自上而下經過反應器脫硝后，經過煙囪排入大氣。

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催化劑，煙氣自金屬膜除塵器出口經過催化劑脫硝后，再經過煙囪排入大氣。

3.4 方案對比

三種方案對比如表。

結合項目實際情況，案例項目按方案一具體實施，項目投運以后NOx排放濃度＜30mg/Nm3，達到環保A級企業≤50mg/Nm3的標準。

4 焙燒爐SCR高塵布置注意事項

4.1 催化劑溫度窗口選擇

焙燒爐烘爐過程，投料之前煙氣最高溫度約600℃，持續時間2小時左右，煙氣進入SCR前采取降溫措施。中溫催化劑要求的最低停運溫度不能低于300℃，最高停運溫度不能高于450℃。

4.2 SCR進口煙氣流場均化措施

案例項目SCR處理的煙氣含有高濃度氫氧化鋁且煙氣流速高達37m/s，SCR進口煙氣需做計算機流場模擬分析，從而設置必要的導流和整流設施。

4.3 SCR正壓高塵布置進出口壓力表選擇

正壓高塵工況普通壓力表無法正常使用，該項目選用連續在線吹掃型壓力表。

5 結束語

隨著國家和地方環保標準越來越嚴格，選用超低排放的脫硝工藝處理工業窯爐煙氣NOx勢在必行，氧化鋁焙燒爐SCR脫硝改造的成功應用，為鋁行業環保治理項目擴展新的技術起點，為實現超低排放和降低運行成本起到作用。為進一步提高環保水平，相關從業者仍需不斷探索改進。