摘要： 著重介紹目前國(guó)內(nèi)主要的氫氧化鋁焙燒爐煙氣脫硝技術(shù),即"低氮燃燒+選擇性非催化還原(SNCR)+選擇性催化還原(SCR)"復(fù)合脫硝技術(shù),并對(duì)該技術(shù)的特點(diǎn)及工程應(yīng)用情況進(jìn)行了探究.

鋁行業(yè)因地域分布與“2+26”涉及范圍有很大重疊，因此成為受影響較大的行業(yè)之一。其中鋁行業(yè)特別排放限值參照《鋁工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)及修改單》(GB 25465-2010)的要求。該修改單對(duì)大氣污染物特別排放限值做了調(diào)整，顆粒物、二氧化硫指標(biāo)大幅下調(diào)收緊，并新增了氮氧化物(以NO2 計(jì))特別排放限值。

面對(duì)各行業(yè)環(huán)保治理標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)苛的趨勢(shì)，各大氧化鋁企業(yè)陸續(xù)將氫氧化鋁焙燒爐煙氣治理項(xiàng)目提上日程。環(huán)境治理改造投資較大，為確保國(guó)家繼續(xù)提高排放標(biāo)準(zhǔn)時(shí)無(wú)須再次進(jìn)行改造升級(jí)，各大氧化鋁企業(yè)紛紛將排放標(biāo)準(zhǔn)提高到超低排放的水平，即粉塵排放小于5mg/Nm3、氮氧化物排放小于50mg/Nm3。在此背景下，氫氧化鋁焙燒爐“低氮燃燒+ 選擇性非催化還原(SNCR)+ 選擇性催化還原(SCR)”復(fù)合脫硝技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，并得到了快速的推廣和應(yīng)用。

1 脫硝技術(shù)概述

根據(jù)氫氧化鋁焙燒爐的生產(chǎn)工藝過(guò)程和特點(diǎn)，為達(dá)到氮氧化物超凈排放的目標(biāo)，同時(shí)考慮到脫硝技術(shù)方案的低成本、安全、節(jié)能、穩(wěn)定等因素，我院率先提出了在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)氮氧化物進(jìn)行治理的技術(shù)路線，同時(shí)分兩段對(duì)已生成的氮氧化物進(jìn)行還原，一段是選擇性非催化還原技術(shù)(SNCR)，二段是選擇性催化還原技術(shù)(SCR)，還原劑采用尿素。

2 低氮燃燒技術(shù)

氮氧化物的形成機(jī)理分為熱力型、燃料型和快速型三種。我院對(duì)焙燒爐生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行了Fluent 流體仿真模擬。結(jié)果表明，氫氧化鋁焙燒爐在燃料燃燒過(guò)程中生成的氮氧化物為熱力型和燃料型，其中又以熱力型占主導(dǎo)影響。研究表明，只有溫度高于1500℃時(shí)，熱力型氮氧化物的生成反應(yīng)才明顯起來(lái)，且生成速度與氧分子濃度的0.5 次方成正比，并隨溫度的上升總得反應(yīng)速度增大。低氮燃燒技術(shù)主要包括燃燒優(yōu)化、空氣分級(jí)、氫氧化鋁均勻布料等技術(shù)。

2.1 燃燒優(yōu)化

采用分散燃燒技術(shù)降低火焰燃燒溫度。更換原有直噴式噴嘴，采用分散火焰燒嘴。改造前火焰主要集中于窯爐中部，致使燃燒區(qū)局部溫度高，氮氧化物生成量大。

2.2 空氣分級(jí)

主要是在C01 至P04 連接管引出部分高溫空氣接至P04，減小進(jìn)入P04 燃燒室部分的空氣量，降低該區(qū)域的空氣過(guò)量系數(shù)，從而降低高溫區(qū)的氧含量，使燃燒室處在貧氧還原氣氛下，抑制氮氧化物的生成。

2.3 氫氧化鋁均勻布料

主要為P02 下料優(yōu)化，P02 下料管由原來(lái)的單點(diǎn)下料，改為兩點(diǎn)下料。改造后濕氫氧化鋁與熱煙氣能夠快速充分接觸，加快反應(yīng)速率，以達(dá)到降低焙燒溫度和減少局部過(guò)熱現(xiàn)象，可以有效抑制一部分氮氧化物的生成。

2.4 存在的問(wèn)題

低氮燃燒改造雖取得了良好的效果，但是也存在一定的問(wèn)題：

(1)改造局限性：P02 下料管進(jìn)出口兩端高差有限，又要確保一定的坡度才能保證下料順暢，因此在改造過(guò)程中無(wú)法實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)下料，甚至有些爐型連兩點(diǎn)下料都無(wú)法進(jìn)行，限制了該項(xiàng)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。

(2)空氣分級(jí)控制問(wèn)題：空氣分級(jí)技術(shù)需要準(zhǔn)確控制空氣的分配比例，才能保證燃料燃燒的穩(wěn)定性和充分性。因此后續(xù)生產(chǎn)中對(duì)流量的控制要求較高，需要在生產(chǎn)過(guò)程中逐步摸索。

3 選擇性非催化還原技術(shù)(SNCR)

3.1 SNCR 技術(shù)原理SNCR 技術(shù)是一種成熟的商業(yè)性氮氧化物處理技術(shù)，在火電廠和鍋爐行業(yè)已經(jīng)廣泛應(yīng)用。SNCR 方法主要在850 ～ 1100℃下，將含氨的化學(xué)劑噴入貧燃煙氣中，將NO還原，生成N2 和水，以有效的避免還原劑與貧燃煙氣中氧氣的大量反。

SNCR 技術(shù)是在無(wú)催化劑存在條件下向爐內(nèi)噴入還原劑(液氨或尿素)，將NOx 還原為N2 和H2O。在950℃左右溫度范圍內(nèi)，反應(yīng)式為：

4NH3+4NO + O2 → 4N2+6H2O

當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，會(huì)發(fā)生如下的副反應(yīng)，又會(huì)生成NO ：

4NH3+5O2 → 4NO+6H2O

當(dāng)溫度過(guò)低時(shí)，又會(huì)減慢反應(yīng)速度，所以溫度的控制是至關(guān)重要的。氫氧化鋁焙燒爐P04 上段及出口部分的溫度恰好在900 ～ 1000℃，恰好處于SNCR 的最佳反應(yīng)溫度。

3.2 SNCR 技術(shù)工藝流程

SNCR 技術(shù)由還原劑制備儲(chǔ)存系統(tǒng)、循環(huán)輸送模塊(HFD 模塊)、稀釋計(jì)量模塊、分配模塊、背壓模塊(PCV 模塊)、多層還原劑噴射裝置和與之相匹配的控制儀表等組成。SNCR 系統(tǒng)脫硝過(guò)程是由下面四個(gè)基本過(guò)程完成：接收和儲(chǔ)存還原劑、還原劑的計(jì)量輸出、與水混合稀釋、在窯爐合適位置注入稀釋后的還原劑、還原劑與煙氣混合進(jìn)行脫硝反應(yīng)。

3.3 SNCR 技術(shù)關(guān)鍵

(1)噴槍位置的選擇：噴槍位置的選擇不僅要選擇最佳的溫度區(qū)間，還要考慮NOx/NH3 分布均勻。氫氧化鋁焙燒爐旋風(fēng)分離器出口溫度在950℃左右，恰好處于SNCR 的最佳反應(yīng)溫度。

(2)噴槍的選擇：本技術(shù)所選擇的噴槍，具有霧化效率高、耐高溫、耐腐蝕、噴射角可調(diào)、防堵塞等特點(diǎn)，能夠達(dá)到最佳的反應(yīng)效果。

(3)尿素溶液濃度調(diào)整：本技術(shù)設(shè)計(jì)了尿素溶液濃度自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，增強(qiáng)了系統(tǒng)對(duì)煙氣中NOx 濃度的適應(yīng)性。

3.4 SNCR 技術(shù)存在的問(wèn)題

本技術(shù)選擇尿素溶液作為還原劑，導(dǎo)致在流程中帶入了一定量的水。這部分水需要在生產(chǎn)過(guò)程中蒸發(fā)掉，因此會(huì)造成煤氣消耗量的增加。

4 選擇性催化還原技術(shù)(SCR)

4.1 SCR 技術(shù)原理

選擇性催化還原法(SCR)脫硝技術(shù)原理：煙氣中的NOx 與噴入的NH3 在脫硝催化劑的催化作用下反應(yīng)生成H2O 和N2，其主要反應(yīng)過(guò)程如下反應(yīng)式所示。

中溫SCR 反應(yīng)溫度正常在280 ～ 400℃，中低溫SCR反應(yīng)溫度在180 ～ 280℃，其穩(wěn)定運(yùn)行溫度主要因?yàn)榇呋瘎┦苤朴跓煔庵蠸O2 等物質(zhì)的影響。

4.2 SNCR 技術(shù)工藝流程

系統(tǒng)主要由SCR 反應(yīng)器、催化劑、煙道系統(tǒng)、還原劑制備系統(tǒng)、輸送、計(jì)量、熱解系統(tǒng)、噴射系統(tǒng)等組成。項(xiàng)目中需對(duì)P02 至A02 間煙道進(jìn)行改造，以便滿足脫硝需要。改造后符合脫硝溫度的煙氣引出，經(jīng)過(guò)脫硝反應(yīng)器后，送回?zé)煹溃辉O(shè)置旁路閥門。

4.3 SCR 技術(shù)關(guān)鍵

(1)SCR 反應(yīng)器位置的選擇：SCR 反應(yīng)需要合適的溫度，再加上SCR 反應(yīng)器本體外形尺寸較大，又要考慮到對(duì)原系統(tǒng)的影響，因此反應(yīng)器位置的選擇尤為關(guān)鍵。本技術(shù)將反應(yīng)器安裝在P02 下降管上部，此處煙氣溫度280 ～ 400℃，恰好處于最佳反應(yīng)溫度區(qū)間。

(2)催化劑的選擇和保護(hù)：焙燒爐生產(chǎn)過(guò)程中有可能出現(xiàn)異常高溫，尤其是在烘爐過(guò)程中，因此選擇催化劑時(shí)要考慮一定的耐高溫性能，以免催化劑因?yàn)楫惓８邷囟А?/p>

4.4 SCR 技術(shù)存在的問(wèn)題

本技術(shù)在焙燒爐原生產(chǎn)流程中加入了催化劑，達(dá)到了很好的凈化效果。但是，會(huì)造成系統(tǒng)阻力的增大。經(jīng)測(cè)算，按照增加兩層催化劑考慮，系統(tǒng)阻力會(huì)增加500 ～ 600Pa。因此需要對(duì)原引風(fēng)機(jī)能力進(jìn)行核算，若出力不夠，需對(duì)引風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造。

5 焙燒爐煙氣“低氮燃燒+SNCR+SCR”復(fù)合脫硝技術(shù)的應(yīng)用情況

2017 年，山東魏橋集團(tuán)率先啟動(dòng)焙燒爐煙氣脫硝治理項(xiàng)目，經(jīng)過(guò)多方案比選及工業(yè)試驗(yàn)，最終選擇“低氮燃燒+SNCR+SCR”復(fù)合脫硝技術(shù)進(jìn)行大范圍應(yīng)用。2019 年初，該公司已先后完成近30 臺(tái)焙燒爐的脫銷改造，取得了良好的減排效果。

5 結(jié)語(yǔ)

國(guó)內(nèi)多個(gè)氧化鋁企業(yè)的成功應(yīng)用表明，氫氧化鋁焙燒爐經(jīng)過(guò)“低氮燃燒+SNCR+SCR”復(fù)合脫硝技術(shù)改造后，氮氧化物排放達(dá)到了“超低排放”的標(biāo)準(zhǔn)，該技術(shù)值得氫氧化鋁焙燒爐煙氣脫硝治理提供借鑒。

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