环保新质生产力 | 氧化铝焙烧炉烟气污染物全流程控制技术

　　生态环保产业作为支撑生态文明建设和高质量发展的关键力量，正面临着转型升级的迫切需求。环保新质生产力，正成为推动产业向前发展的核心力量。本栏目将聚焦生态环保产业的新技术、新装备、新材料、新模式，深入宣传推广科技创新成果，及时发布环境技术进步奖项，全面介绍行业内的实用技术装备和示范工程，引导行业持续创新，加快数字、智慧、科技的融合赋能，为经济社会全面绿色转型贡献力量。
 

　　生态环境保护实用技术
 

　　2023-J-19
 

　　申报单位
 

　　北京铝能清新环境技术有限公司
 

　　推荐单位
 

　　中国环境保护产业协会脱硫脱硝委员会
 

　　一、技术简介
 

　　适用范围
 

　　本技术完全适用于氧化铝焙烧炉的煤气脱氨治理和焙烧炉高NOx、高湿、高尘烟气污染物的治理，同时可应用于其他工业窑炉的气体燃料的脱氨处理和高NOx、高湿、高尘工况的烟气污染物全流程治理领域。
 

　　技术原理
 

　　源头酸化脱氨：该技术以硫酸作为吸收剂，在饱和器内对煤气中的氨进行吸收，生成硫酸铵。
 

　　SNCR+SCR双级串联脱硝：通过循环泵将尿素溶液输送到溶液分配模块，经计量分配后通过喷枪喷到焙烧炉内，尿素溶液在此处分解成氨气后在高温下与烟气中的NOx反应。未反应的氨气与烟气充分混合后，进入焙烧炉出口烟道处的SCR催化反应器。当达到反应温度且与氨气充分混合的烟气流经SCR反应器的催化层时，氨气与NOx发生催化氧化还原反应，将NOx还原为无害的氮气和水。
 

　　金属滤料电袋复合除尘：采用低阻高效的一体式金属滤料电袋复合除尘器，其中电场区水平布置，采用振打清灰；袋区垂直布置，采用耐温耐湿柔性金属滤袋，清灰采用固定行喷吹型式。前级电场依靠气体电离使粉尘粒子荷电，带电粒子在电场力的作用下移动到收尘极板，在合理的振打周期和振打力作用下，被收集在收尘板上的粉尘落入灰斗。其余未被收集的荷电后的微细粉尘随烟气经多孔板均流后，一部分烟气水平进入金属滤袋除尘区，另一部分烟气由水平流动折向电场下部，然后从下向上运动，进入金属滤袋收尘区。含尘烟气通过金属滤袋外表面，粉尘被阻留在布袋的外部，经喷吹落入灰斗。
 

　　工艺路线
 

　　氧化铝焙烧炉源头煤气定向减量采用硫酸脱氨工艺来减少燃料中的氨含量；脱氨后的煤气进入氧化铝焙烧炉中燃烧，在炉内采用SNCR脱硝技术脱除NOx，脱硝剂采用尿素水解液，尿素溶液在炉内分解成氨气后在高温下与烟气中的NOx反应；未反应的氨气与烟气充分混合后，进入焙烧炉出口烟道处的SCR 催化反应器进一步脱除NOx，将NOx还原为无害的氮气和水；脱硝后的烟气进入末端的电袋复合除尘器，前级电场依靠气体电离使粉尘粒子荷电进而收集，后级采用金属滤袋进行高效收尘，含尘烟气通过金属滤袋外表面，粉尘被阻留在布袋的外部。净化后气体从金属滤袋内部排出，汇入排风烟道进入后续工艺。
 

　　应用效果
 

　　“氧化铝焙烧炉烟气污染物全流程控制技术”应用到中国铝业集团有限公司的多家企业，最长的运行时间已有4年，应用本技术以来，实现了：1)烟气中颗粒物、氮氧化物等减量大于计值(其中颗粒物减排效率为99.99%，氮氧化物减排效率为 85.7%)；2)综合气体污染物治理工艺的能源效率较现有水平提高30%以上；3)气体污染物治理工艺的运行成本较现有工艺降低30%。具有显著的经济效益、社会效益和环境效益，支撑企业合法生产。
 

　　中铝中州铝业有限公司5套焙烧炉于2020年12月1日完成全部系统调试工作并正式投产运行。
 

　　项目运行期间出口NOx排放浓度≤30mg/Nm³，氨的逃逸率≤3.86mg/Nm³，脱硝效率为84.42%；颗粒物排放2.0mg/Nm³，实际排放标准高于双方签订的技术协议要求：出口NOx排放浓度≤50mg/Nm³，氨的逃逸率≤5mg/Nm³；烟尘颗粒物含量≤5mg/Nm³；均达到了《重污染天气重点行业应急减排措施制定技术指南(2020年修订版)》(环办大气函[2020])340 号)中A级企业超低排放限值要求。
 

　　研发背景
 

　　随着我国环保政策的日益严格，铝工业烟气污染物排放标准的不断提高，氧化铝焙烧炉烟气颗粒物排放浓度一般在20～70mg/Nm³(除尘设备的出口)，没有脱硝设备时，NOX等污染物排放浓度在150～350mg/Nm³之间，根本无法满足《铝工业污染物排放标准》(GB25465-2010)的国家特别排放限值要求，同时，《重污染天气重点行业应急减排措施制定技术指南(2020年版)》中所提到的相关指导意见：对A级企业的要求，其中PM≤10mg/Nm³，NOx≤50mg/Nm³。所以面对逐渐严格的环保排放指标，氧化铝生产企业寻找可靠稳定工艺路线、投资成本合理的烟气净化处理技术，迫在眉睫。
 

　　氧化铝焙烧炉烟气污染物全流程控制技术研究与应用项目为北京铝能清新环境技术有限公司针对铝工业氧化铝焙烧工序中NOx、颗粒物等特征污染物全流程控制技术的重大需求开展的自选研究项目。项目针对氧化铝焙烧炉工艺装备特性和高NOx、高湿、高尘烟气特征，开发了全流程的工艺技术和关键技术装备，实现了烟气中特征污染物超低排放的同时降低了烟气治理运行成本。项目成果已经成功应用于氧化铝焙烧炉烟气污染物全流程控制，促进了我国铝工业环保治理的技术进步。
 

　　技术特点
 

　　1、技术创新程度
 

　　该项目开发了“源头定向减量-过程精确控制-末端深度治理”技术，对氧化铝焙烧烟气特征污染物进行全流程控制和治理。创新点如下：(1)在源头定向减量过程中，研发了酸雾抑制、方箱结构满流管、母液防堵等技术，实现了煤气的高效脱氨和酸雾减排；(2)在过程精准控制中，开发了脱硝剂微流量精确计量和高动力喷施等技术，实现脱硝剂精准喷射，大幅提高脱硝效能；(3)在末端深度治理中，突破了高湿、高尘烟气除尘技术难点，大幅增强了滤袋寿命，提高除尘效能。技术创新程度高。
 

　　2、技术经济指标的先进程度
 

　　焙烧炉燃烧采用煤气的脱氨效率 80%以上，焙烧炉烟气的一级 SNCR 脱硝效率65%以上，二级SCR脱硝效率90%以上，除尘效率99.99%；NOx排放浓度低于50mg/Nm³，颗粒物排放浓度低于5 mg/Nm³，氨逃逸低于5mg/Nm³。技术经济指标先进。
 

　　3、技术难度和复杂程度
 

　　氧化铝焙烧铝烟气具有高氮氧化物、高湿、高尘的特点，常规的单一的技术无法实现烟气特征污染物的超低排放，本技术首次实现针对氧化铝焙烧炉烟气污染物的全流程控制和治理，并通过对技术和装备的优化，很好地解决了上述难题。技术难度大，复杂程度高。
 

　　二、典型应用案例
 

　　案例名称
 

　　中铝中州铝业有限公司焙烧炉脱硝、除尘改造项目
 

　　案例简介
 

　　中铝中州铝业有限公司第二氧化铝厂共有5台焙烧炉，1#焙烧炉氧化铝产能为1150t/d，2、3、4、5#焙烧炉氧化铝产能为1650t/d。每台焙烧炉使用天然气、煤气作为燃料，将氢氧化铝焙烧为氧化铝。项目改造前，5台焙烧炉均未设置脱硝装置，NOx排放浓度在150～300mg/Nm³之间；5台焙烧炉尾部各配1台三场电收尘器，电收尘器进口尘含量为100mg/Nm³左右，出口含尘量设计为50mg/m³；污染物排放浓度均不能满足超低排放要求。
 

　　本项目由北京铝能清新环境技术有限公司进行EPC项目总承包，脱硝部分采用SNCR+SCR联合脱硝技术；SCR反应器装置布置在焙烧炉出口。除尘部分对现有电收尘进行升级改造，采用电收尘+金属滤袋除尘的方式；主要是对现有除尘器一区电场阴阳极系统进行更新，将二、三区电场进行改造为金属滤袋除尘，建成“1个高频电场+2袋区”的电袋复合除尘器。
 

　　项目建成后出口氮氧化物综合脱硝效率≥83.4%，出口NOx排放浓度≤50mg/Nm³，氨的逃逸率≤5mg/Nm³；烟尘颗粒物含量≤5mg/Nm³；漏风率<3%；收尘器压降<800Pa。达到超低排放环保指标。
 

　　达到的标准或性能要求
 

　　项目实施建成后经过第三方专业检测机构检测数据均值为：出口NOx排放浓度为12mg/Nm³，氨逃逸不大于3.86mg/Nm³，脱硝效率为84.42%；颗粒物排放2.0mg/Nm3(干基实际氧)，实际排放标准高于双方签订的技术协议要求，同时高于当地环保政策要求。
 

　　业主单位
 

　　中铝中州铝业有限公司
 

　　投运时间
 

　　2020年9月19日
 

　　工艺流程
 

　　在焙烧炉内采用SNCR脱硝技术，脱硝剂采用尿素水解液，通过尿素循环泵输送到尿素溶液分配模块，经计量分配到尿素溶液喷枪喷到焙烧炉内，尿素溶液在此处分解成氨气后在高温下与烟气中的NOx 反应；多余的氨气与烟气充分混合后，进入焙烧炉出口烟道处的SCR 催化反应器。当达到反应温度且与氨气充分混合的烟气气流经SCR 反应器的催化层时，氨气与NOx 发生催化氧化还原反应，将NOx 还原为无害的N2 和H2O；
 

　　脱硝后的烟气进入末端的电袋复合除尘器，除尘是采用电袋复合除尘器优化设计的一体式除尘结构，前级电场内依靠气体电离，粉尘粒子荷电，带电粒子在电场力的作用下移动到收尘极板，被收集在收尘板上，第一电场的收尘效率一般在70%～80%，其余未被收集的微细粉尘，微细粉尘随烟气经电场出口、袋区入口的多孔板均流后，一部分烟气水平进入金属滤袋除尘区，另一部分烟气由水平流动折向电场下部，然后从下向上运动，进入金属滤袋收尘区。含尘烟气通过金属滤袋外表面，粉尘被阻留在布袋的外部，干净气体从金属滤袋的内腔流出，进入上部净化室，然后汇入排风烟道进入后续工艺。
 

　　运行情况
 

　　中州铝业有限公司5套焙烧炉于2020年12月1日完成全部系统调试工作并正式投产运行。
 

　　项目运行期间出口NOx排放浓度≤30 mg/Nm³，氨的逃逸率≤3.86mg/Nm³，脱硝效率为84.42%；颗粒物排放2.0 mg/Nm³，实际排放标准高于双方签订的技术协议要求：出口NOx排放浓度≤50 mg/Nm³，氨的逃逸率≤5 mg/Nm³；烟尘颗粒物含量≤5 mg/Nm³；均达到了《重污染天气重点行业应急减排措施制定技术指南(2020年修订版)》(环办大气函[2020])340 号)中A级企业超低排放限值要求。DCS的运行画面如下：
 

　　技术应用产生的碳减排效果
 

　　中铝中州铝业有限公司设计产能为7750t/d，年产能为280万吨氧化铝，系统氮氧化物年减排量2055.1t(改造前设备出口按220mg/Nm³计算，改造后除尘设备出口按50mg/Nm³计算)；系统颗粒物年减排量302t(改造前除尘设备出口按30mg/Nm³计算，改造后除尘设备出口按小于5mg/Nm³计算)，即年回收Al2O3约302t；可减少二氧化碳的年排放量折合吨铝1.69kg/t-Al2O3。
 

　　三、技术申报单位联系信息
 

　　单位名称：北京铝能清新环境技术有限公司
 

　　单位地址：北京海淀区西八里庄路恩济大厦B座5层
 

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