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氧化铝焙烧炉脱硝改造案例分析

来源: 编辑: 发布日期:2021-01-21

 摘  要 :工业窑炉生产工况复杂,不同行业差距较多,现有成熟的环保技术大多不能直接应用。编辑重点先容氧化铝行业焙烧炉烟气脱硝改造的方案选择和工程应用情况,希翼能够给相关从业人员的研究起到一定的参考作用。

 
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引导意见》,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,引导企业合理安排生产,在保障公众身体健康的同时,非常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。
 
中铝集团下属某企业氧化铝厂共有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,编辑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。
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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。
氧化铝焙烧炉脱硝改造方案对比
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,投料之前烟气非常高温度约 600℃,持续时间 2 小时左右,烟气进入 SCR 前采取降温措施。中温催化剂要求的非常低停运温度不能低于 300℃,非常高停运温度不
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。

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