環(huán)保新質(zhì)生產(chǎn)力 | 氧化鋁焙燒爐煙氣污染物全流程控制技術(shù)

導(dǎo)讀：“氧化鋁焙燒爐煙氣污染物全流程控制技術(shù)”完全適用于氧化鋁焙燒爐的煤氣脫氨治理和焙燒爐高NOx、高濕、高塵煙氣污染物的治理，同時可應(yīng)用于其他工業(yè)窯爐的氣體燃料的脫氨處理和高NOx、高濕、高塵工況的煙氣污染物全流程治理領(lǐng)域。
　　生態(tài)環(huán)保產(chǎn)業(yè)作為支撐生態(tài)文明建設(shè)和高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵力量，正面臨著轉(zhuǎn)型升級的迫切需求。環(huán)保新質(zhì)生產(chǎn)力，正成為推動產(chǎn)業(yè)向前發(fā)展的核心力量。本欄目將聚焦生態(tài)環(huán)保產(chǎn)業(yè)的新技術(shù)、新裝備、新材料、新模式，深入宣傳推廣科技創(chuàng)新成果，及時發(fā)布環(huán)境技術(shù)進步獎項，全面介紹行業(yè)內(nèi)的實用技術(shù)裝備和示范工程，引導(dǎo)行業(yè)持續(xù)創(chuàng)新，加快數(shù)字、智慧、科技的融合賦能，為經(jīng)濟社會全面綠色轉(zhuǎn)型貢獻力量。
 
　　生態(tài)環(huán)境保護實用技術(shù)
 
　　2023-J-19
 
　　申報單位
 
　　北京鋁能清新環(huán)境技術(shù)有限公司
 
　　推薦單位
 
　　中國環(huán)境保護產(chǎn)業(yè)協(xié)會脫硫脫硝委員會
 
　　一、技術(shù)簡介
 
　　適用范圍
 
　　本技術(shù)完全適用于氧化鋁焙燒爐的煤氣脫氨治理和焙燒爐高NOx、高濕、高塵煙氣污染物的治理，同時可應(yīng)用于其他工業(yè)窯爐的氣體燃料的脫氨處理和高NOx、高濕、高塵工況的煙氣污染物全流程治理領(lǐng)域。
 
　　技術(shù)原理
 
　　源頭酸化脫氨：該技術(shù)以硫酸作為吸收劑，在飽和器內(nèi)對煤氣中的氨進行吸收，生成硫酸銨。
 
　　SNCR+SCR雙級串聯(lián)脫硝：通過循環(huán)泵將尿素溶液輸送到溶液分配模塊，經(jīng)計量分配后通過噴槍噴到焙燒爐內(nèi)，尿素溶液在此處分解成氨氣后在高溫下與煙氣中的NOx反應(yīng)。未反應(yīng)的氨氣與煙氣充分混合后，進入焙燒爐出口煙道處的SCR催化反應(yīng)器。當達到反應(yīng)溫度且與氨氣充分混合的煙氣流經(jīng)SCR反應(yīng)器的催化層時，氨氣與NOx發(fā)生催化氧化還原反應(yīng)，將NOx還原為無害的氮氣和水。
 
　　金屬濾料電袋復(fù)合除塵：采用低阻高效的一體式金屬濾料電袋復(fù)合除塵器，其中電場區(qū)水平布置，采用振打清灰；袋區(qū)垂直布置，采用耐溫耐濕柔性金屬濾袋，清灰采用固定行噴吹型式。前級電場依靠氣體電離使粉塵粒子荷電，帶電粒子在電場力的作用下移動到收塵極板，在合理的振打周期和振打力作用下，被收集在收塵板上的粉塵落入灰斗。其余未被收集的荷電后的微細粉塵隨煙氣經(jīng)多孔板均流后，一部分煙氣水平進入金屬濾袋除塵區(qū)，另一部分煙氣由水平流動折向電場下部，然后從下向上運動，進入金屬濾袋收塵區(qū)。含塵煙氣通過金屬濾袋外表面，粉塵被阻留在布袋的外部，經(jīng)噴吹落入灰斗。
 
　　工藝路線
 
　　氧化鋁焙燒爐源頭煤氣定向減量采用硫酸脫氨工藝來減少燃料中的氨含量；脫氨后的煤氣進入氧化鋁焙燒爐中燃燒，在爐內(nèi)采用SNCR脫硝技術(shù)脫除NOx，脫硝劑采用尿素水解液，尿素溶液在爐內(nèi)分解成氨氣后在高溫下與煙氣中的NOx反應(yīng)；未反應(yīng)的氨氣與煙氣充分混合后，進入焙燒爐出口煙道處的SCR 催化反應(yīng)器進一步脫除NOx，將NOx還原為無害的氮氣和水；脫硝后的煙氣進入末端的電袋復(fù)合除塵器，前級電場依靠氣體電離使粉塵粒子荷電進而收集，后級采用金屬濾袋進行高效收塵，含塵煙氣通過金屬濾袋外表面，粉塵被阻留在布袋的外部。凈化后氣體從金屬濾袋內(nèi)部排出，匯入排風煙道進入后續(xù)工藝。
 
　　應(yīng)用效果
 
　　“氧化鋁焙燒爐煙氣污染物全流程控制技術(shù)”應(yīng)用到中國鋁業(yè)集團有限公司的多家企業(yè)，最長的運行時間已有4年，應(yīng)用本技術(shù)以來，實現(xiàn)了：1)煙氣中顆粒物、氮氧化物等減量大于計值(其中顆粒物減排效率為99.99%，氮氧化物減排效率為 85.7%)；2)綜合氣體污染物治理工藝的能源效率較現(xiàn)有水平提高30%以上；3)氣體污染物治理工藝的運行成本較現(xiàn)有工藝降低30%。具有顯著的經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益，支撐企業(yè)合法生產(chǎn)。
 
　　中鋁中州鋁業(yè)有限公司5套焙燒爐于2020年12月1日完成全部系統(tǒng)調(diào)試工作并正式投產(chǎn)運行。
 
　　項目運行期間出口NOx排放濃度≤30mg/Nm3，氨的逃逸率≤3.86mg/Nm3，脫硝效率為84.42%；顆粒物排放2.0mg/Nm3，實際排放標準高于雙方簽訂的技術(shù)協(xié)議要求：出口NOx排放濃度≤50mg/Nm3，氨的逃逸率≤5mg/Nm3；煙塵顆粒物含量≤5mg/Nm3；均達到了《重污染天氣重點行業(yè)應(yīng)急減排措施制定技術(shù)指南(2020年修訂版)》(環(huán)辦大氣函[2020])340 號)中A級企業(yè)超低排放限值要求。
 
　　研發(fā)背景
 
　　隨著我國環(huán)保政策的日益嚴格，鋁工業(yè)煙氣污染物排放標準的不斷提高，氧化鋁焙燒爐煙氣顆粒物排放濃度一般在20～70mg/Nm3(除塵設(shè)備的出口)，沒有脫硝設(shè)備時，NOX等污染物排放濃度在150～350mg/Nm3之間，根本無法滿足《鋁工業(yè)污染物排放標準》(GB25465-2010)的國家特別排放限值要求，同時，《重污染天氣重點行業(yè)應(yīng)急減排措施制定技術(shù)指南(2020年版)》中所提到的相關(guān)指導(dǎo)意見：對A級企業(yè)的要求，其中PM≤10mg/Nm3，NOx≤50mg/Nm3。所以面對逐漸嚴格的環(huán)保排放指標，氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)尋找可靠穩(wěn)定工藝路線、投資成本合理的煙氣凈化處理技術(shù)，迫在眉睫。
 
　　氧化鋁焙燒爐煙氣污染物全流程控制技術(shù)研究與應(yīng)用項目為北京鋁能清新環(huán)境技術(shù)有限公司針對鋁工業(yè)氧化鋁焙燒工序中NOx、顆粒物等特征污染物全流程控制技術(shù)的重大需求開展的自選研究項目。項目針對氧化鋁焙燒爐工藝裝備特性和高NOx、高濕、高塵煙氣特征，開發(fā)了全流程的工藝技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)裝備，實現(xiàn)了煙氣中特征污染物超低排放的同時降低了煙氣治理運行成本。項目成果已經(jīng)成功應(yīng)用于氧化鋁焙燒爐煙氣污染物全流程控制，促進了我國鋁工業(yè)環(huán)保治理的技術(shù)進步。
 
　　技術(shù)特點
 
　　1、技術(shù)創(chuàng)新程度
 
　　該項目開發(fā)了“源頭定向減量-過程精確控制-末端深度治理”技術(shù)，對氧化鋁焙燒煙氣特征污染物進行全流程控制和治理。創(chuàng)新點如下：(1)在源頭定向減量過程中，研發(fā)了酸霧抑制、方箱結(jié)構(gòu)滿流管、母液防堵等技術(shù)，實現(xiàn)了煤氣的高效脫氨和酸霧減排；(2)在過程精準控制中，開發(fā)了脫硝劑微流量精確計量和高動力噴施等技術(shù)，實現(xiàn)脫硝劑精準噴射，大幅提高脫硝效能；(3)在末端深度治理中，突破了高濕、高塵煙氣除塵技術(shù)難點，大幅增強了濾袋壽命，提高除塵效能。技術(shù)創(chuàng)新程度高。
 
　　2、技術(shù)經(jīng)濟指標的先進程度
 
　　焙燒爐燃燒采用煤氣的脫氨效率 80%以上，焙燒爐煙氣的一級 SNCR 脫硝效率65%以上，二級SCR脫硝效率90%以上，除塵效率99.99%；NOx排放濃度低于50mg/Nm3，顆粒物排放濃度低于5 mg/Nm3，氨逃逸低于5mg/Nm3。技術(shù)經(jīng)濟指標先進。
 
　　3、技術(shù)難度和復(fù)雜程度
 
　　氧化鋁焙燒鋁煙氣具有高氮氧化物、高濕、高塵的特點，常規(guī)的單一的技術(shù)無法實現(xiàn)煙氣特征污染物的超低排放，本技術(shù)首次實現(xiàn)針對氧化鋁焙燒爐煙氣污染物的全流程控制和治理，并通過對技術(shù)和裝備的優(yōu)化，很好地解決了上述難題。技術(shù)難度大，復(fù)雜程度高。
 
　　二、典型應(yīng)用案例
 
　　案例名稱
 
　　中鋁中州鋁業(yè)有限公司焙燒爐脫硝、除塵改造項目
 
　　案例簡介
 
　　中鋁中州鋁業(yè)有限公司第二氧化鋁廠共有5臺焙燒爐，1#焙燒爐氧化鋁產(chǎn)能為1150t/d，2、3、4、5#焙燒爐氧化鋁產(chǎn)能為1650t/d。每臺焙燒爐使用天然氣、煤氣作為燃料，將氫氧化鋁焙燒為氧化鋁。項目改造前，5臺焙燒爐均未設(shè)置脫硝裝置，NOx排放濃度在150～300mg/Nm3之間；5臺焙燒爐尾部各配1臺三場電收塵器，電收塵器進口塵含量為100mg/Nm3左右，出口含塵量設(shè)計為50mg/m3；污染物排放濃度均不能滿足超低排放要求。
 
　　本項目由北京鋁能清新環(huán)境技術(shù)有限公司進行EPC項目總承包，脫硝部分采用SNCR+SCR聯(lián)合脫硝技術(shù)；SCR反應(yīng)器裝置布置在焙燒爐出口。除塵部分對現(xiàn)有電收塵進行升級改造，采用電收塵+金屬濾袋除塵的方式；主要是對現(xiàn)有除塵器一區(qū)電場陰陽極系統(tǒng)進行更新，將二、三區(qū)電場進行改造為金屬濾袋除塵，建成“1個高頻電場+2袋區(qū)”的電袋復(fù)合除塵器。
 
　　項目建成后出口氮氧化物綜合脫硝效率≥83.4%，出口NOx排放濃度≤50mg/Nm3，氨的逃逸率≤5mg/Nm3；煙塵顆粒物含量≤5mg/Nm3；漏風率<3%；收塵器壓降<800Pa。達到超低排放環(huán)保指標。
 
　　達到的標準或性能要求
 
　　項目實施建成后經(jīng)過第三方專業(yè)檢測機構(gòu)檢測數(shù)據(jù)均值為：出口NOx排放濃度為12mg/Nm3，氨逃逸不大于3.86mg/Nm3，脫硝效率為84.42%；顆粒物排放2.0mg/Nm3(干基實際氧)，實際排放標準高于雙方簽訂的技術(shù)協(xié)議要求，同時高于當?shù)丨h(huán)保政策要求。
 
　　業(yè)主單位
 
　　中鋁中州鋁業(yè)有限公司
 
　　投運時間
 
　　2020年9月19日
 
　　工藝流程
 
　　在焙燒爐內(nèi)采用SNCR脫硝技術(shù)，脫硝劑采用尿素水解液，通過尿素循環(huán)泵輸送到尿素溶液分配模塊，經(jīng)計量分配到尿素溶液噴槍噴到焙燒爐內(nèi)，尿素溶液在此處分解成氨氣后在高溫下與煙氣中的NOx 反應(yīng)；多余的氨氣與煙氣充分混合后，進入焙燒爐出口煙道處的SCR 催化反應(yīng)器。當達到反應(yīng)溫度且與氨氣充分混合的煙氣氣流經(jīng)SCR 反應(yīng)器的催化層時，氨氣與NOx 發(fā)生催化氧化還原反應(yīng)，將NOx 還原為無害的N2 和H2O；
 
　　脫硝后的煙氣進入末端的電袋復(fù)合除塵器，除塵是采用電袋復(fù)合除塵器優(yōu)化設(shè)計的一體式除塵結(jié)構(gòu)，前級電場內(nèi)依靠氣體電離，粉塵粒子荷電，帶電粒子在電場力的作用下移動到收塵極板，被收集在收塵板上，第一電場的收塵效率一般在70%～80%，其余未被收集的微細粉塵，微細粉塵隨煙氣經(jīng)電場出口、袋區(qū)入口的多孔板均流后，一部分煙氣水平進入金屬濾袋除塵區(qū)，另一部分煙氣由水平流動折向電場下部，然后從下向上運動，進入金屬濾袋收塵區(qū)。含塵煙氣通過金屬濾袋外表面，粉塵被阻留在布袋的外部，干凈氣體從金屬濾袋的內(nèi)腔流出，進入上部凈化室，然后匯入排風煙道進入后續(xù)工藝。
 
　　運行情況
 
　　中州鋁業(yè)有限公司5套焙燒爐于2020年12月1日完成全部系統(tǒng)調(diào)試工作并正式投產(chǎn)運行。
 
　　項目運行期間出口NOx排放濃度≤30 mg/Nm3，氨的逃逸率≤3.86mg/Nm3，脫硝效率為84.42%；顆粒物排放2.0 mg/Nm3，實際排放標準高于雙方簽訂的技術(shù)協(xié)議要求：出口NOx排放濃度≤50 mg/Nm3，氨的逃逸率≤5 mg/Nm3；煙塵顆粒物含量≤5 mg/Nm3；均達到了《重污染天氣重點行業(yè)應(yīng)急減排措施制定技術(shù)指南(2020年修訂版)》(環(huán)辦大氣函[2020])340 號)中A級企業(yè)超低排放限值要求。DCS的運行畫面如下：
 
　　技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)生的碳減排效果
 
　　中鋁中州鋁業(yè)有限公司設(shè)計產(chǎn)能為7750t/d，年產(chǎn)能為280萬噸氧化鋁，系統(tǒng)氮氧化物年減排量2055.1t(改造前設(shè)備出口按220mg/Nm3計算，改造后除塵設(shè)備出口按50mg/Nm3計算)；系統(tǒng)顆粒物年減排量302t(改造前除塵設(shè)備出口按30mg/Nm3計算，改造后除塵設(shè)備出口按小于5mg/Nm3計算)，即年回收Al2O3約302t；可減少二氧化碳的年排放量折合噸鋁1.69kg/t-Al2O3。
 
　　三、技術(shù)申報單位聯(lián)系信息
 
　　單位名稱：北京鋁能清新環(huán)境技術(shù)有限公司
 
　　單位地址：北京海淀區(qū)西八里莊路恩濟大廈B座5層