氧化铝焙烧炉脱硝改造案例分析

（中铝山东工程技术有限公司设计院，山东 淄博 255052）

1 前言

2019年国家生态环境部发《关于加强重污染天气应对夯实应急减排措施的指导意见》，按照工艺装备、有组织排放限值、无组织控制措施、运输方式等环保绩效水平将企业分为A、B、C三类，分别采取不同重污染预警等级应对措施和力度，提前告知企业，指导企业合理安排生产，在保障公众身体健康的同时，最大程度减少对企业经济活动的影响，全面达到超低排放的企业列为A级，这类企业在冬季重污染应对时不需采取限产或停产等减排措施。

中铝集团下属某公司氧化铝厂共有4台氧化铝焙烧炉，使用天然气、煤制气作为燃料，将氢氧化铝焙烧为氧化铝。每台焙烧炉氧化铝产能为1600t/天，焙烧炉尾部各配一台电收尘器，单台烟气量为250000m3/h，出口烟气温度180℃～210℃，焙烧炉本体现有SNCR脱硝系统，氮氧化物排放浓度100mg/Nm3（含氧量8%）能达到现有标准，但达不到环保A级企业≤50mg/Nm3的标准。

2 脱硝技术概述

工业窑炉烟气脱硝不同于电站锅炉的脱硝，由于窑炉形式多样、烟气成分差别大，所以脱硝的工艺方法多样。目前，国内外应用较多且广泛实用的脱硝技术主要有低NOx燃烧技术、选择性非催化还原脱硝技术（SNCR）、选择性催化还原脱硝技术（SCR）及低NOx燃烧与SNCR、SCR联合脱硝技术等。

低NOx燃烧技术包括：①空气分级燃烧技术：②燃料分级燃烧技术：③浓淡燃烧技术；④烟气再循环燃烧技术。

选择性非催化还原（SNCR）脱硝技术，是指在没有催化剂存在的条件下，利用还原剂将烟气中的NOx还原为无害的氮气和水的一种脱硝方法。但实际应用SNCR设计效率一般取40%～60%。

选择性催化还原（SCR）脱硝技术，是指在O2和非均相催化剂存在条件下，用还原剂NH3将烟气中的NO还原为无害的N2和水的工艺。SCR技术脱硝率高，设计脱硝率可大于90%。

3 脱硝技术方案论证

案例项目焙烧炉现有低氮燃烧器和SNCR脱硝系统，作者提出以下三个比选方案：

3.1 方案一SNCR+高尘SCR联合脱硝

二级旋风筒出口烟气温度在300～380℃之间，含尘浓度80g/m3，适合中温催化剂的温度窗口，本方案拟将二级旋风筒出口部分热风管道拆除，改建SCR反应器，烟气自上而下经过SCR反应器脱硝，与现有的SNCR系统形成联合脱硝系统，运行过程中SNCR喷枪喷入足量的尿素溶液，为后续SCR脱硝反应提供还原剂。

表1

3.2 方案二SNCR+低尘SCR联合脱硝

除尘器出口的粉尘浓度低于10mg/Nm3，烟气温度在180℃～200℃之间，适合低温催化剂的温度窗口，本方案拟在除尘器后新建SCR反应器，将除尘器出口的烟气引入新建的SCR反应器，烟气自上而下经过反应器脱硝后，经过烟囱排入大气。

3.3 方案三SNCR+除尘脱硝一体化

除尘器第三电场改造为金属膜除尘后上部加高，布置单层脱硝催化剂，金属膜除尘器出口的粉尘浓度低于10mg/Nm3，烟气温度在180℃～200℃之间，本方案拟采用低温涂敷时催化剂，烟气自金属膜除尘器出口经过催化剂脱硝后，再经过烟囱排入大气。

3.4 方案对比

三种方案对比如表。

结合项目实际情况，案例项目按方案一具体实施，项目投运以后NOx排放浓度＜30mg/Nm3，达到环保A级企业≤50mg/Nm3的标准。

4 焙烧炉SCR高尘布置注意事项

4.1 催化剂温度窗口选择

焙烧炉烘炉过程，投料之前烟气最高温度约600℃，持续时间2小时左右，烟气进入SCR前采取降温措施。中温催化剂要求的最低停运温度不能低于300℃，最高停运温度不能高于450℃。

4.2 SCR进口烟气流场均化措施

案例项目SCR处理的烟气含有高浓度氢氧化铝且烟气流速高达37m/s，SCR进口烟气需做计算机流场模拟分析，从而设置必要的导流和整流设施。

4.3 SCR正压高尘布置进出口压力表选择

正压高尘工况普通压力表无法正常使用，该项目选用连续在线吹扫型压力表。

5 结束语

随着国家和地方环保标准越来越严格，选用超低排放的脱硝工艺处理工业窑炉烟气NOx势在必行，氧化铝焙烧炉SCR脱硝改造的成功应用，为铝行业环保治理项目扩展新的技术起点，为实现超低排放和降低运行成本起到作用。为进一步提高环保水平，相关从业者仍需不断探索改进。