低氮燃燒脫硝技術(shù)在氧化鋁焙燒爐的應(yīng)用

徐良策

（山東宏橋新型材料有限公司，山東 濱州 256200）

焙燒爐全稱氣態(tài)懸浮焙燒爐，是利用燃?xì)馊紵峁┑臒崃縼硗瓿葾L(OH)3到AL2O3的轉(zhuǎn)變。焙燒爐由于采用高溫焙燒的生產(chǎn)工藝，在燃燒供熱的過程中生成大量的氮氧化物（NOx）污染物，對環(huán)境危害極大。目前氧化鋁焙燒爐煙氣NOx治理技術(shù)還不夠成熟，相關(guān)改造費(fèi)用較大，對NOx的治理還很有限。低氮燃燒技術(shù)重點(diǎn)是通過改變?nèi)紵龡l件來降低NOx，相較其它氧化法、還原法等降低NOx排放的技術(shù)，具有改造簡單、經(jīng)濟(jì)有效、運(yùn)行成本低等特點(diǎn)。因此通過低氮燃燒技術(shù)來減少氧化鋁焙燒爐NOx的排放，具有積極的意義。

1 氧化鋁焙燒爐NOx的生成機(jī)理

在氧化鋁生產(chǎn)中，氫氧化鋁經(jīng)過高溫焙燒使之烘干、脫水和晶型轉(zhuǎn)變后成為氧化鋁。在燃料燃燒過程中，NOx的形成途徑主要有兩種類型,即熱力型NOx和燃料型NOx[1]。就焙燒爐而言，NOx的生成既存在熱力型也存在燃料型。熱力型NOx生成條件是高溫（1500℃）、一定的氧濃度和一定的反應(yīng)時(shí)間。在實(shí)際燃燒過程中，燃燒火焰溫度可達(dá)1700℃，由于燃燒室內(nèi)的溫度分布是不均勻的，在局部高溫區(qū)會生成較多的NOx，對整個燃燒室內(nèi)的NOx生成起關(guān)鍵作用。燃料型NOx是燃料中的氮在高溫下氧化而生成的。燃料型NOx的生成與燃料的特性、燃料中氮?dú)夂?、氧濃度、燃燒溫度相關(guān)。

2 可行性方案論證

根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)來看，在用發(fā)生爐煤氣作為焙燒爐的燃料時(shí)，煙氣NOx濃度較高，一般為300mg/Nm3～450mg/Nm3。結(jié)合焙燒爐工藝及煙氣主要參數(shù)情況，可通過低氮燃燒技術(shù)、非選擇性催化還原脫硝技術(shù)（SNCR技術(shù)）、選擇性催化還原脫硝技術(shù)（SCR技術(shù)）來達(dá)到脫除NOx達(dá)標(biāo)排放的目的。但傳統(tǒng)的SNCR脫硝技術(shù)和SCR脫硝技術(shù)不適用氧化鋁焙燒爐煙氣脫硝。主要原因有：SNCR脫硝效率低；煙氣濕度大、粉塵含量高，易造成催化劑中毒、堵塞、磨損，減少催化劑的使用壽命，增加催化劑成本；煙氣排出溫度不在SCR的最佳反應(yīng)溫度，中、高溫催化脫硝技術(shù)不成熟，投資及運(yùn)行費(fèi)用高。在各種降低NOx排放的技術(shù)中，低氮燃燒技術(shù)具有應(yīng)用最廣、相對簡單、經(jīng)濟(jì)有效的特點(diǎn)。因此在氧化鋁焙燒爐上應(yīng)用低氮燃燒技術(shù)，在燃燒過程中來控制NOx的生成量具有較高的經(jīng)濟(jì)性。

3 低氮燃燒技術(shù)

根據(jù)NOx生成機(jī)理分析，可以通過改變?nèi)紵龡l件和降低燃料中氮含量兩種方法來控制和降低NOx的生成。目前，較適用于焙燒爐的主要有：低氧燃燒、低溫燃燒（提高AH質(zhì)量、電除塵返灰改造、合理控制灼減、延長焙燒時(shí)間、AH均布）、燃燒優(yōu)化（燒嘴優(yōu)化、燃料優(yōu)化）等，以及前款措施的有機(jī)結(jié)合等。

3.1 低氧燃燒

低氧燃燒，從焙燒爐P04進(jìn)風(fēng)總管引出支管（二次風(fēng)管）到燃燒室上部，降低P04燃燒室的空氣系數(shù)，使得P04燃燒室在低氧條件下燃燒?？諝夥旨墸物L(fēng)管分出部分熱風(fēng)至P04燃燒室上部，燒掉不完全燃燒剩余的CO。由于P04燃燒室處于欠氧燃燒狀態(tài)，主爐溫度會降低50℃～100℃，從源頭上控制了NOx的生成量，可使氮氧化物生成量減少達(dá)20%以上。

3.2 低溫燃燒

在實(shí)際生產(chǎn)中，需要通過分析產(chǎn)品AL2O3的灼減來確定主爐PO4的生產(chǎn)溫度。而灼減主要受氫氧化鋁（AH）質(zhì)量、電除塵返灰、氫氧化鋁（AH）下料情況的影響，因此通過相應(yīng)技改或生產(chǎn)調(diào)整，在保證氧化鋁產(chǎn)品質(zhì)量（晶型、晶粒度和灼減）的前提下，降低焙燒爐主爐溫度，對控制NOx生成有較大的實(shí)際意義。

（1）提高氫氧化鋁（AH）質(zhì)量。當(dāng)AH附水高時(shí)，會使文丘里干燥器的出口溫度降低，物料干燥不徹底不易吹散，部分物料落入文丘里U型管，使A02壓差高，需要通過提高系統(tǒng)負(fù)壓和提高主爐溫度來調(diào)整。當(dāng)AH強(qiáng)度差、粒度較細(xì)時(shí)，會造成氧化鋁產(chǎn)品細(xì)化、灼減升高，需提高焙燒主爐溫度來保證產(chǎn)品質(zhì)量。因此通過生產(chǎn)調(diào)整，降低AH附水量、提高AH的強(qiáng)度和粒度，有助于焙燒爐主爐溫度的平穩(wěn)控制，有利于降低NOx的生成。

（2）對電除塵返灰進(jìn)行改造。在實(shí)際生產(chǎn)中，經(jīng)常會出現(xiàn)因返灰量波動造成氧化鋁灼減超標(biāo)的現(xiàn)象，需要通過提高主爐溫度來保證灼減指標(biāo)合格。對電除塵返灰進(jìn)行改造，將返灰點(diǎn)由C02（480℃）改至C01（650℃），由于C01溫度遠(yuǎn)高于C02，使電除塵返灰而來的這部分氧化鋁進(jìn)一步得到焙燒，保證產(chǎn)品灼減合格。改造后有利于主爐溫度的偏低控制，減少NOx的生成量。

（3）對灼減指標(biāo)合理控制。在保證氧化鋁產(chǎn)品灼減合格的前提下，逐步降低焙燒爐主爐P04溫度，其結(jié)果如表1。

表1 焙燒溫度與灼減的關(guān)系[2]

氧化鋁產(chǎn)品質(zhì)量要求≤1.0%。在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，可適當(dāng)?shù)慕档捅簾郎囟?，有利于降低焙燒爐的熱耗、減少氧化鋁燒失量，且使NOx的生成量明顯降低。

（4）延長氧化鋁焙燒時(shí)間。在P03至C01中間煙道段增設(shè)緩沖槽，緩沖槽為帶內(nèi)襯流化床結(jié)構(gòu)，由羅茨風(fēng)機(jī)提供流化風(fēng)。緩沖槽可延長物料在焙燒高溫段的停留時(shí)間，理論上可使物料在900℃的高溫區(qū)多停留2min以上。增設(shè)緩沖槽有助于系統(tǒng)熱量回收，可在一定程度上保證主爐溫度降低后產(chǎn)品灼減不受影響。焙燒爐主爐溫度降低，系統(tǒng)內(nèi)NOx的生成量明顯降低。在相同工況下，投用緩沖槽可使P04主爐溫度低40℃～50℃，NOx濃度降低約20%。另外，通過實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，投用緩沖槽可以使煤氣站標(biāo)煤耗降低約3kg/t.AO。

（5）氫氧化鋁（AH）均布。將焙燒爐P02進(jìn)P04的下料管由單點(diǎn)下料改為兩點(diǎn)或多點(diǎn)下料，在下料點(diǎn)安裝布料裝置，可提高物料進(jìn)入焙燒爐的均勻性，使得物料能夠充分與燃燒產(chǎn)生的熱量接觸，增加了物料的反應(yīng)時(shí)間，減少局部過熱現(xiàn)象，進(jìn)而降低了焙燒溫度和NOx生成量，降低熱耗，提高焙燒效率。

3.3 燃燒優(yōu)化

3.3.1 燒嘴優(yōu)化

采用分散燃燒技術(shù)降低火焰燃燒溫度。更換焙燒爐原有直噴式噴嘴，采用旋流式分散火焰燒嘴。改造前火焰主要集中于窯爐中部，致使燃燒區(qū)局部溫度高，NOx生成量大，改善噴嘴后，使得火焰盡可能覆蓋整個窯爐燃燒截面，避免造成局部高溫，降低NOx生成量。

3.3.2 燃料優(yōu)化

（1）選用更清潔的燃料

目前氧化鋁焙燒爐所用燃?xì)庵饕袃啥问桨l(fā)生爐煤氣和焦化氣兩種，有較少氧化鋁生產(chǎn)使用天然氣作為燃料。作為氧化鋁焙燒爐燃料時(shí)，煙氣NOx濃度差別較大，可見下表2。

表2 不同燃料對焙燒爐煙氣NOx濃度的影響

兩段式發(fā)生爐煤氣 47～54 300～450 需進(jìn)行脫硫和酚水處理焦?fàn)t煤氣 4～7 160～250 需進(jìn)行脫硫和酚水處理天然氣 0.5～1 100左右

因此，選用更清潔的燃?xì)饽茉纯梢詷O大的降低氧化鋁焙燒爐煙氣NOx的濃度。

（2）選用更先進(jìn)的煤氣生產(chǎn)設(shè)備

如使用粉煤氣化爐代替?zhèn)鹘y(tǒng)的兩段式煤氣發(fā)生爐，氣化爐溫度更容易保證，煤炭中揮發(fā)酚及焦油轉(zhuǎn)化更徹底，煤氣中幾乎無焦油及酚水產(chǎn)生。采用富氧或純氧做為氣化劑時(shí)，產(chǎn)生的煤氣熱值高且N2含量低，因此在燃燒中燃料型NOx生成量較低。

4 結(jié)論

低氮燃燒技術(shù)是用改變?nèi)紵龡l件的方法來控制NOx的生成量，在各種降低NOx排放的技術(shù)中，低氮燃燒技術(shù)采用最廣、相對簡單、經(jīng)濟(jì)并且有效。目前，低氮燃燒技術(shù)還需與現(xiàn)有氧化鋁焙燒爐生產(chǎn)工藝進(jìn)一步相結(jié)合，確定合理的技術(shù)方案。在目前階段，低氮燃燒技術(shù)還應(yīng)根據(jù)NOx原始濃度的高低和環(huán)?？刂埔?，與SNCR脫硝技術(shù)、SCR脫硝技術(shù)配合使用。低氮燃燒技術(shù)在氧化鋁生產(chǎn)焙燒爐上的成功應(yīng)用勢必會產(chǎn)生極大的經(jīng)濟(jì)效益，對氧化鋁產(chǎn)品質(zhì)量的提高和能耗的降低也有著積極的作用。