氢氧化铝焙烧炉烟气脱硝技术探析.docx

氢氧化铝焙烧炉烟气脱硝技术探析摘要：着重介绍目前国内主要的氢氧化铝焙烧炉烟气脱硝技术,即低氮燃烧+选择性非催化还原(SNCR)+选择性催化还原(SCR)复合脱硝技术,并对该技术的特点及工程应用情况进行了探究.铝行业因地域分布与“2+26”涉及范围有很大重叠，因此成为受影响较大的行业之一。其中铝行业特别排放限值参照铝工业污染物排放标准及修改单(GB 25465-2010)的要求。该修改单对大气污染物特别排放限值做了调整，颗粒物、二氧化硫指标大幅下调收紧，并新增了氮氧化物(以 NO2 计)特别排放限值。面对各行业环保治理标准日趋严苛的趋势，各大氧化铝企业陆续将氢氧化铝焙烧炉烟气治理项目提上日程。环境治理改造投资较大，为确保国家继续提高排放标准时无须再次进行改造升级，各大氧化铝企业纷纷将排放标准提高到超低排放的水平，即粉尘排放小于 5mg/Nm3、氮氧化物排放小于 50mg/Nm3。在此背景下，氢氧化铝焙烧炉“低氮燃烧+选择性非催化还原(SNCR)+选择性催化还原(SCR)”复合脱硝技术应运而生，并得到了快速的推广和应用。1 脱硝技术概述根据氢氧化铝焙烧炉的生产工艺过程和特点，为达到氮氧化物超净排放的目标，同时考虑到脱硝技术方案的低成本、安全、节能、稳定等因素，我院率先提出了在生产过程中对氮氧化物进行治理的技术路线，同时分两段对已生成的氮氧化物进行还原，一段是选择性非催化还原技术(SNCR)，二段是选择性催化还原技术(SCR)，还原剂采用尿素。2 低氮燃烧技术氮氧化物的形成机理分为热力型、燃料型和快速型三种。我院对焙烧炉生产过程进行了 Fluent 流体仿真模拟。结果表明，氢氧化铝焙烧炉在燃料燃烧过程中生成的氮氧化物为热力型和燃料型，其中又以热力型占主导影响。研究表明，只有温度高于 1500时，热力型氮氧化物的生成反应才明显起来，且生成速度与氧分子浓度的 0.5 次方成正比，并随温度的上升总得反应速度增大。低氮燃烧技术主要包括燃烧优化、空气分级、氢氧化铝均匀布料等技术。2.1 燃烧优化采用分散燃烧技术降低火焰燃烧温度。更换原有直喷式喷嘴，采用分散火焰烧嘴。改造前火焰主要集中于窑炉中部，致使燃烧区局部温度高，氮氧化物生成量大。2.2 空气分级主要是在 C01 至 P04 连接管引出部分高温空气接至P04，减小进入 P04 燃烧室部分的空气量，降低该区域的空气过量系数，从而降低高温区的氧含量，使燃烧室处在贫氧还原气氛下，抑制氮氧化物的生成。2.3 氢氧化铝均匀布料主要为 P02 下料优化，P02 下料管由原来的单点下料，改为两点下料。改造后湿氢氧化铝与热烟气能够快速充分接触，加快反应速率，以达到降低焙烧温度和减少局部过热现象，可以有效抑制一部分氮氧化物的生成。2.4 存在的问题低氮燃烧改造虽取得了良好的效果，但是也存在一定的问题：(1)改造局限性：P02 下料管进出口两端高差有限，又要确保一定的坡度才能保证下料顺畅，因此在改造过程中无法实现多点下料，甚至有些炉型连两点下料都无法进行，限制了该项技术的实际应用。(2)空气分级控制问题：空气分级技术需要准确控制空气的分配比例，才能保证燃料燃烧的稳定性和充分性。因此后续生产中对流量的控制要求较高，需要在生产过程中逐步摸索。3 选择性非催化还原技术(SNCR)3.1 SNCR 技术原理 SNCR 技术是一种成熟的商业性氮氧化物处理技术，在火电厂和锅炉行业已经广泛应用。SNCR 方法主要在 850 1100下，将含氨的化学剂喷入贫燃烟气中，将 NO 还原，生成 N2 和水，以有效的避免还原剂与贫燃烟气中氧气的大量反。SNCR 技术是在无催化剂存在条件下向炉内喷入还原剂(液氨或尿素)，将 NOx 还原为 N2 和 H2O。在 950左右温度范围内，反应式为：4NH3+4NO+O2 4N2+6H2O当温度过高时，会发生如下的副反应，又会生成 NO：4NH3+5O2 4NO+6H2O当温度过低时，又会减慢反应速度，所以温度的控制是至关重要的。氢氧化铝焙烧炉 P04 上段及出口部分的温度恰好在 900 1000，恰好处于 SNCR 的最佳反应温度。3.2 SNCR 技术工艺流程SNCR 技术由还原剂制备储存系统、循环输送模块(HFD模块)、稀释计量模块、分配模块、背压模块(PCV 模块)、多层还原剂喷射装置和与之相匹配的控制仪表等组成。SNCR 系统脱硝过程是由下面四个基本过程完成：接收和储存还原剂、还原剂的计量输出、与水混合稀释、在窑炉合适位置注入稀释后的还原剂、还原剂与烟气混合进行脱硝反应。3.3 SNCR 技术关键(1)喷枪位置的选择：喷枪位置的选择不仅要选择最佳的温度区间，还要考虑 NOx/NH3 分布均匀。氢氧化铝焙烧炉旋风分离器出口温度在 950左右，恰好处于 SNCR 的最佳反应温度。(2)