高溫除塵及脫銷(xiāo)一體化新工藝在氧化鋁焙燒窯爐煙氣處理中的應(yīng)用

文_莫代林 成都易態(tài)科技有限公司

氫氧化鋁焙燒是氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程的最后一道工序，一般采用脫硫后的煤氣或天然氣進(jìn)行焙燒，煙氣中二氧化硫含量較低，能直接達(dá)標(biāo)，但煙氣中粉塵濃度及NOx含量較高，需進(jìn)行凈化處理后排放。傳統(tǒng)的電除塵工藝根本無(wú)法達(dá)到排放要求。后來(lái)業(yè)內(nèi)出現(xiàn)了電除塵+脫硝+布袋過(guò)濾工藝（圖1），該工藝雖然有一定該善，但仍存在以下缺點(diǎn)：①末端布袋除塵后煙氣中煙塵含量仍然較高，一般在30～50mg/Nm3，且易破損。②催化劑被灰污染而“中毒”，脫硝效率低下。

近年來(lái)，隨著國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，高溫金屬膜袋式濾芯在該行業(yè)得到廣泛推廣。目前，很多廠家已采用高溫金屬膜濾芯除塵+催化脫硝的新工藝對(duì)氧化鋁焙燒煙氣進(jìn)行處理，收到了很好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效果。新工藝有效提升焙燒爐的產(chǎn)能，高效回收煙氣中的粉塵資源，有效保護(hù)了催化劑，并使其壽命延長(zhǎng)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)節(jié)能、超低排放及二氧化碳排放的大幅減少。

本文主要介紹了高溫金屬膜除塵+脫硝一體化新工藝在氧化鋁焙燒窯爐煙氣處理中的應(yīng)用及良好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益。

1 氧化鋁焙燒窯煙氣處理工藝流程

1.1 傳統(tǒng)的氧化鋁焙燒窯煙氣處理工藝流程

傳統(tǒng)的氫氧化鋁焙燒窯煙氣處理工藝流程經(jīng)過(guò)了傳統(tǒng)流程和改善流程（圖1）兩個(gè)階段。與傳統(tǒng)流程不同的是，改善流程增加了催化脫硝功能及布袋除塵功能。但仍存在以下缺點(diǎn)：①末端布袋除塵后煙氣中煙塵含量仍然較高，一般在30～50mg/Nm3，且易破損。②催化劑被灰污染而“中毒”，脫硝效率低下。這兩種工藝流程本質(zhì)上都屬于傳統(tǒng)的工藝流程。

圖1 傳統(tǒng)氧化鋁焙燒窯煙氣處理改善工藝流程示意圖

1.2 高溫?zé)煔獬龎m+脫銷(xiāo)一體化氧化鋁焙燒窯煙氣處理新工藝

目前氧化鋁焙燒窯爐煙氣凈化工藝已經(jīng)歷了3種處理工藝改進(jìn)。新工藝的核心是高溫金屬膜過(guò)濾，它一方面使煙氣凈化效率得到大幅提高，煙氣中粉塵資源充分得到回收，催化劑效率提升、用量減少、壽命延長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)超低排放；另一方面可提升處理風(fēng)速，為焙燒爐窯處理能力提升創(chuàng)造了條件。

許多企業(yè)在進(jìn)行新工藝技改時(shí)遇到的共同問(wèn)題是場(chǎng)地緊張，為此，誕生了高溫?zé)煔獬龎m+脫銷(xiāo)一體化新工藝（圖2）。該工藝保留了前述新工藝優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，將高溫除塵器與催化劑安裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行一箱化考慮，節(jié)省了空間和占地面積，設(shè)備更緊驟，其經(jīng)濟(jì)性得到進(jìn)一步提高。

圖2 高溫?zé)煔獬龎m+脫銷(xiāo)一箱化氧化鋁焙燒窯煙氣處理新工藝示意圖

2 新工藝對(duì)行業(yè)的影響

工藝的進(jìn)步一方面對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)能及成本帶來(lái)正面影響，同時(shí)在節(jié)能和減少二氧化碳排放方面也具備不可忽視的意義。行業(yè)全年可實(shí)現(xiàn)節(jié)能1267252.7萬(wàn)kWh，實(shí)現(xiàn)CO2減排1263.45萬(wàn)t。

2.1 產(chǎn)能提升

按照設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力是3500t/d的氧化鋁產(chǎn)量計(jì)算，一臺(tái)焙燒爐投料量應(yīng)該在240t/h左右，在采用YT綠色新除塵工藝后，投料量提高到270t/h以上，產(chǎn)能提高了11%以上，每年增加生產(chǎn)產(chǎn)品3500t/d×330×11%=12.7萬(wàn)t。

分析其原因，主要是電除塵和布袋均有其致命的缺陷，即處理風(fēng)速低，一旦提高風(fēng)速其除塵效率將會(huì)下降，且有“破袋”的風(fēng)險(xiǎn)，制約了其生產(chǎn)能力。金屬膜過(guò)濾的機(jī)理是表面高精度過(guò)濾，風(fēng)速適當(dāng)提升對(duì)其過(guò)濾精度無(wú)影響。甚至有的企業(yè)采用了新工藝后，產(chǎn)量比之前提高了12%左右。2019年全國(guó)氧化鋁產(chǎn)量7500萬(wàn)t，如果全部采用新工藝處理焙燒窯爐煙氣，1年可增產(chǎn)825萬(wàn)t。

氧化鋁生產(chǎn)的主要方法是拜耳法和燒結(jié)法，其中拜耳法綜合能耗較低，約為500kgce/t，燒結(jié)法約為1400kgce/t。為簡(jiǎn)化計(jì)算，按平均值950kgce/t計(jì)算。每公斤標(biāo)煤折合電能2.5kWh，則氧化鋁生產(chǎn)平均能耗折算電能為2375kWh/t。增產(chǎn)后，單位產(chǎn)品能耗降低約5%，即節(jié)能118.75kWh/t。行業(yè)全年節(jié)能890625萬(wàn)kWh，折合減排CO2量887.95萬(wàn)t。

2.2 增加回收資源

按前述某項(xiàng)目（3500t/d）計(jì)算，原有電除塵工藝，生產(chǎn)氧化鋁排放煙氣中粉塵（主要是氧化鋁）的濃度在100mg/m3左右；采用新工藝后煙氣中粉塵濃度不到5mg/m3。煙氣量平均70萬(wàn)m3/h，按煙塵10mg/m3計(jì)算，可實(shí)現(xiàn)多回收氧化鋁資源 ：（100-5）mg/m3×700000m3/h=66.5kg/h，每年可多回收資源66.5kg/h×24×330=526.68t。按照2019年全國(guó)氧化鋁總產(chǎn)量7500萬(wàn)t/a計(jì)算，相當(dāng)于有65臺(tái)該項(xiàng)目規(guī)膜的焙燒爐在生產(chǎn)；如果都采用新工藝進(jìn)行生產(chǎn)，則全行業(yè)每年可多回收資源：526.68×65=34234.2t。

多回收資源節(jié)能2375kWh/t，全行業(yè)一年可節(jié)能8130.6萬(wàn)kWh，折合CO2減排8.11萬(wàn)t。

2.3 提升催化效率

安裝于高溫精密除塵器之后的催化劑（SCR），由于沒(méi)有粉塵的污染，加上又處于合適的高溫（280～400℃），金屬氧化物與氣體充分接觸，催化效率大大提升。由此帶來(lái)的結(jié)果是：①催化劑裝載量減少1/3～1/2，有效使用壽命至少延長(zhǎng)一倍，處理成本大幅下降。②催化劑過(guò)風(fēng)阻力減少1/3～1/2，一般可減少400～500Pa，節(jié)能明顯。③催化效率一般提升至95%以上，減排明顯，NOx排放一般可達(dá)到35mg/Nm3以下。

3500t/d的氧化鋁焙燒煙氣催化劑裝填量一般約200m3，在高塵狀態(tài)下有效壽命最多1年；采用新工藝后裝填100m3，有效壽命為原工藝的3倍以上，年平均按33m3計(jì)，則催化劑消耗平均每年減少167m3，全國(guó)年節(jié)省催化劑167×65=10855m3。催化劑生產(chǎn)耗能約4800kWh/m3，則催化劑節(jié)省節(jié)能5210.4萬(wàn)kWh。

3500t/d的氧化鋁焙燒煙氣量約為70萬(wàn)m3/h，即194.4m3/s，因催化劑阻力減少450Pa帶來(lái)風(fēng)機(jī)節(jié)電（194.4m3/s×0.45kPa×330d×24h/d）/（0.8×0.8）=1082565kWh，行業(yè)年風(fēng)機(jī)節(jié)電259875×65=70366725kWh。

催化劑節(jié)省及阻力下降節(jié)電122470725kWh，折合CO2減排12.21萬(wàn) t。

2.4 余熱回收節(jié)能減排

在幾乎無(wú)塵的情況下進(jìn)行余熱回收，換熱效率提升，一般可提升約2%，且換熱器阻力下降約10%。按單位產(chǎn)品平均能耗2375kWh/t節(jié)省2%計(jì)算，行業(yè)全年生產(chǎn)7500萬(wàn)t，可節(jié)能356250萬(wàn)kWh，折合CO2減排355.18萬(wàn)t。

3 結(jié)語(yǔ)

高溫除塵+脫銷(xiāo)一體化新工藝對(duì)氧化鋁行業(yè)產(chǎn)能和技術(shù)升級(jí)、能耗降低及二氧化碳排放減少有著重大的積極意義。如全行業(yè)都采用新工藝，每年可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能增加825萬(wàn)t，多回收資源32432.4t，實(shí)現(xiàn)節(jié)能1267252.7萬(wàn)kWh，實(shí)現(xiàn)CO2減排1263.45 萬(wàn) t。