一种烟气干式超净技术在阳极焙烧炉烟气治理中的研发与应用

文_赖鼎东 福建龙净环保股份有限公司 福建龙净脱硫脱硝工程有限公司

铝用阳极以沥青作为粘合剂，按照一定配方与煅后焦制成生制品，焙烧后用于铝电解生产。在焙烧预热过程中，粘结剂沥青从生制品中析出生成挥发分进入焙烧炉火道进行燃烧。在焙烧过程中还会散发大量其他有害气体，其中主要的特征污染物有SO2、NOX、HF、粉尘等。目前，国内大多数企业采用的净化方法有电捕集法、吸附法、碱吸收湿法，以及相关的组合工艺。

为了实现焙烧炉烟气达到超低排放标准，龙净环保开发了一种基于循环流化床的ASC烟气干式超净技术，该技术成功地应用于山东兖矿铝用阳极有限公司82kt/a阳极生产系统的烟气净化系统升级改造， 于2018年1月开始正式使用，连续稳定运行至今。通过一年多的生产实践运行和实际检测数据表明系统运行稳定可靠，污染物的排放指标可达到超低排放要求。

1 ASC烟气干式超净技术设计参数

ASC烟气干式超净技术应用于山东兖矿铝用阳极有限公司82kt/a阳极生产系统的烟气净化系统升级改造项目的设计参数如表1所示。

表1 ASC烟气干式超净技术设计参数

SO2浓度 mg/Nm3 300～800沥青烟 mg/Nm3 50粉尘浓度 mg/Nm3 100 NOx浓度 mg/Nm3 ≤100

2 ASC烟气干式超净技术工艺流程

来自焙烧炉烟气经现有烟气净化系统（喷淋塔+电捕焦油器已停用，仅作为烟气通道）后经进口烟道从底部进入吸收塔，在此处高温烟气与加入的吸收剂、循环脱硫灰充分预混合，在这一区域主要完成吸收剂与HCl、HF的反应，然后烟气通过吸收塔下部的文丘里管的加速，进入循环流化床体，吸收剂、脱硝剂、循环物料在循环流化床里。气固两相由于气流的作用，产生激烈的湍动与混合，充分接触，在上升的过程中，不断形成絮状物向下返回，而絮状物在激烈湍动中又不断解体重新被气流提升，使得气固间的滑落速度高达单颗粒滑落速度的数十倍。这样循环流化床内气固两相流机制，极大地强化了气固间的传质与传热，为实现高脱硫率、脱硝率提供了根本的保证。沥青烟在经过高密度床层时几乎完全被吸附脱除。

脱硫、脱硝及脱除焦油后的含尘烟气进入布袋除尘器进行气固分离，除尘后的净烟气经引风机排往烟囱排放。

3 ASC烟气干式超净技术的特点

3.1 在一个反应器内实现SO2、NOX、焦油的同步高效脱除

焙烧炉出来的高温烟气进入吸收塔，利用高湍动的物料床层，加上喷水降温创造良好的反应条件，使物料床层中高活性的消石灰颗粒与烟气中的SO2充分接触，并快速完成中和反应，脱硫效率高。另外，通过加入脱硝剂，将烟气中不溶于水的NO氧化成可溶于水的NO2，NO2溶于水后被床层中的消石灰颗粒吸收脱除。由于喷水降温的工况下，烟气中的焦油基本都以固态或液态的形式存在，在烟气穿过吸收塔中的物料床层时，焦油颗粒被物料床层中具有大比表面积的颗粒所吸附包裹脱除，烟气中的焦油基本被完全脱除。

基于以上原理，在一个反应器内实现SO2、NOX、焦油的同步高效脱除。经过吸收塔处理后，净化系统出口的实测数据：SO2浓度一般为20～35mg/Nm3，NOX浓度一般为30～50mg/Nm3，焦油浓度基本检测不到。

3.2 不受焙烧炉移炉工况的影响

由于焙烧炉的工艺特点，焙烧炉在一个火焰周期结束后需进行一次移炉操作。在移炉过程中存在烟气量、烟气压力、烟气温度呈周期性变化的特点，见图2、图3。

（1）图2为一次移炉操作时，焙烧炉出口烟道烟气压力（紫色曲线）变化约700～1000Pa。为了应对移炉操作时的工况变化，ASC烟气干式超净技术设置清洁烟气再循环系统，根据进入吸收塔的烟气量及烟气压力的变化自动调整循环烟气量，以平衡移炉时的工况波动，保证吸收塔床层压降稳定（橙色曲线），确保装置的正常稳定运行。

（2）图3为移炉操作时，焙烧炉出口烟气温度（紫色曲线）、吸收塔入口烟气温度（橙色曲线）、吸收塔出口烟气温度（蓝色曲线）变化情况。移炉前烟气温度达到最高，移炉后烟气温度迅速降低并达到最低点，之后随着焙烧的进行温度逐渐升高。移炉前后的温度差值可达30℃。为了适应移炉前后的温度变化，ASC干式超净技术通过对吸收塔出口的烟气温度进行监测，并通过智能温度控制回路及时调整喷入吸收塔的水量。在保证系统正常运行所需的温度窗口，又能避免喷水量过多，避免对后续布袋除尘器的影响。

3.3 布袋除尘器技术

焙烧烟气的粉尘多为细颗粒，通过循环流化床反应塔的喷水混合凝并后，烟气中PM1等亚微米级的细颗粒几乎都絮凝为数十微米的粗颗粒，且流化床脱硫塔顶及出口等的稳流特殊结构设计，保证这些絮凝后的颗粒不易被破坏而更有利于被后级布袋除尘器的过滤；经过后级的超滤布袋除尘器除尘后，净化系统出口的实测数据烟尘浓度为1～2mg/Nm3。

4 ASC干式超净系统运行监测结果

山东兖矿铝用阳极有限公司对焙烧炉系统的烟气排放进行实时在线监测并上传当地环保局。从2018年2月2日～2月3日的在线监测数据（表2）可以看出，烟气中烟尘排放浓度低于5mg/Nm3，SO2的排放浓度低于35 mg/Nm3，NOX的排放浓度低于50mg/Nm3，均达到超低排放指标。

表2 环保监测数据 （单位：mg/Nm3）

5 结语

ASC烟气干式超净技术为焙烧炉烟气净化提供了新思路，通过一套装置同步达到SO2、NOX、HF、焦油、粉尘等污染物的脱除，具有系统净化效率高、无二次污染、系统简单、自动化控制水平高、运行可靠等特点。阳极焙烧炉烟气ASC干式超净技术的成功，为阳极焙烧炉烟气超净排放提供了成熟可靠的新技术，具有广阔的推广前景。