鋁行業(yè)因地域分布與“2+26”涉及范圍有很大重疊，因此成為受影響較大的行業(yè)之一。其中鋁行業(yè)特別排放限值參照《鋁工業(yè)污染物排放標準及修改單》(GB 25465-2010)的要求。該修改單對大氣污染物特別排放限值做了調整，顆粒物、二氧化硫指標大幅下調收緊，并新增了氮氧化物(以NO2 計)特別排放限值。
面對各行業(yè)環(huán)保治理標準日趨嚴苛的趨勢，各大氧化鋁企業(yè)陸續將氫氧化鋁焙燒爐煙氣治理項目提上日程。環(huán)境治理改造投資較大，為確保國家繼續提高排放標準時(shí)無(wú)須再次進(jìn)行改造升級，各大氧化鋁企業(yè)紛紛將排放標準提高到超低排放的水平，即粉塵排放小于5mg/Nm3、氮氧化物排放小于50mg/Nm3。在此背景下，氫氧化鋁焙燒爐“低氮燃燒+ 選擇性非催化還原(SNCR)+ 選擇性催化還原(SCR)”復合脫硝技術(shù)應運而生，并得到了快速的推廣和應用。
1.脫硝技術(shù)概述
根據氫氧化鋁焙燒爐的生產(chǎn)工藝過(guò)程和特點(diǎn)，為達到氮氧化物超凈排放的目標，同時(shí)考慮到脫硝技術(shù)方案的低成本、安全、節能、穩定等因素，我院率先提出了在生產(chǎn)過(guò)程中對氮氧化物進(jìn)行治理的技術(shù)路線(xiàn)，同時(shí)分兩段對已生成的氮氧化物進(jìn)行還原，一段是選擇性非催化還原技術(shù)(SNCR)，二段是選擇性催化還原技術(shù)(SCR)，還原劑采用尿素。
2.低氮燃燒技術(shù)
氮氧化物的形成機理分為熱力型、燃料型和快速型三種。我院對焙燒爐生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行了Fluent 流體仿真模擬。結果表明，氫氧化鋁焙燒爐在燃料燃燒過(guò)程中生成的氮氧化物為熱力型和燃料型，其中又以熱力型占主導影響。研究表明，只有溫度高于1500℃時(shí)，熱力型氮氧化物的生成反應才明顯起來(lái)，且生成速度與氧分子濃度的0.5 次方成正比，并隨溫度的上升總得反應速度增大。低氮燃燒技術(shù)主要包括燃燒優(yōu)化、空氣分級、氫氧化鋁均勻布料等技術(shù)。
2.1.燃燒優(yōu)化
采用分散燃燒技術(shù)降低火焰燃燒溫度。更換原有直噴式噴嘴，采用分散火焰燒嘴。改造前火焰主要集中于窯爐中部，致使燃燒區局部溫度高，氮氧化物生成量大。
2.2.空氣分級
主要是在C01 至P04 連接管引出部分高溫空氣接至P04，減小進(jìn)入P04 燃燒室部分的空氣量，降低該區域的空氣過(guò)量系數，從而降低高溫區的氧含量，使燃燒室處在貧氧還原氣氛下，抑制氮氧化物的生成。
2.3.氫氧化鋁均勻布料
主要為P02 下料優(yōu)化，P02 下料管由原來(lái)的單點(diǎn)下料，改為兩點(diǎn)下料。改造后濕氫氧化鋁與熱煙氣能夠快速充分接觸，加快反應速率，以達到降低焙燒溫度和減少局部過(guò)熱現象，可以有效抑制一部分氮氧化物的生成。
2.4.存在的問(wèn)題
低氮燃燒改造雖取得了良好的效果，但是也存在一定的問(wèn)題：
(1)改造局限性：P02 下料管進(jìn)出口兩端高差有限，又要確保一定的坡度才能保證下料順暢，因此在改造過(guò)程中無(wú)法實(shí)現多點(diǎn)下料，甚至有些爐型連兩點(diǎn)下料都無(wú)法進(jìn)行，限制了該項技術(shù)的實(shí)際應用。
(2)空氣分級控制問(wèn)題：空氣分級技術(shù)需要準確控制空氣的分配比例，才能保證燃料燃燒的穩定性和充分性。因此后續生產(chǎn)中對流量的控制要求較高，需要在生產(chǎn)過(guò)程中逐步摸索。
3.選擇性非催化還原技術(shù)(SNCR)
3.1.SNCR 技術(shù)原理SNCR 技術(shù)是一種成熟的商業(yè)性氮氧化物處理技術(shù)，在火電廠(chǎng)和鍋爐行業(yè)已經(jīng)廣泛應用。SNCR 方法主要在850 ～ 1100℃下，將含氨的化學(xué)劑噴入貧燃煙氣中，將NO還原，生成N2 和水，以有效的避免還原劑與貧燃煙氣中氧氣的大量反。
SNCR 技術(shù)是在無(wú)催化劑存在條件下向爐內噴入還原劑(液氨或尿素)，將NOx 還原為N2 和H2O。在950℃左右溫度范圍內，反應式為：
4NH3+4NO + O2 → 4N2+6H2O
當溫度過(guò)高時(shí)，會(huì )發(fā)生如下的副反應，又會(huì )生成NO ：
4NH3+5O2 → 4NO+6H2O
當溫度過(guò)低時(shí)，又會(huì )減慢反應速度，所以溫度的控制是至關(guān)重要的。氫氧化鋁焙燒爐P04 上段及出口部分的溫度恰好在900 ～ 1000℃，恰好處于SNCR 的最佳反應溫度。
3.2.SNCR 技術(shù)工藝流程
SNCR 技術(shù)由還原劑制備儲存系統、循環(huán)輸送模塊(HFD 模塊)、稀釋計量模塊、分配模塊、背壓模塊(PCV 模塊)、多層還原劑噴射裝置和與之相匹配的控制儀表等組成。SNCR 系統脫硝過(guò)程是由下面四個(gè)基本過(guò)程完成：接收和儲存還原劑、還原劑的計量輸出、與水混合稀釋、在窯爐合適位置注入稀釋后的還原劑、還原劑與煙氣混合進(jìn)行脫硝反應。
3.3.SNCR 技術(shù)關(guān)鍵
(1)噴槍位置的選擇：噴槍位置的選擇不僅要選擇最佳的溫度區間，還要考慮NOx/NH3 分布均勻。氫氧化鋁焙燒爐旋風(fēng)分離器出口溫度在950℃左右，恰好處于SNCR 的最佳反應溫度。
(2)噴槍的選擇：本技術(shù)所選擇的噴槍?zhuān)哂徐F化效率高、耐高溫、耐腐蝕、噴射角可調、防堵塞等特點(diǎn)，能夠達到最佳的反應效果。
(3)尿素溶液濃度調整：本技術(shù)設計了尿素溶液濃度自動(dòng)調節功能，增強了系統對煙氣中NOx 濃度的適應性。
3.4.SNCR 技術(shù)存在的問(wèn)題
本技術(shù)選擇尿素溶液作為還原劑，導致在流程中帶入了一定量的水。這部分水需要在生產(chǎn)過(guò)程中蒸發(fā)掉，因此會(huì )造成煤氣消耗量的增加。
4.選擇性催化還原技術(shù)(SCR)
4.1.SCR 技術(shù)原理
選擇性催化還原法(SCR)脫硝技術(shù)原理：煙氣中的NOx 與噴入的NH3 在脫硝催化劑的催化作用下反應生成H2O 和N2，其主要反應過(guò)程如下反應式所示。
中溫SCR 反應溫度正常在280 ～ 400℃，中低溫SCR反應溫度在180 ～ 280℃，其穩定運行溫度主要因為催化劑受制于煙氣中SO2 等物質(zhì)的影響。
4.2.SNCR 技術(shù)工藝流程
系統主要由SCR 反應器、催化劑、煙道系統、還原劑制備系統、輸送、計量、熱解系統、噴射系統等組成。項目中需對P02 至A02 間煙道進(jìn)行改造，以便滿(mǎn)足脫硝需要。改造后符合脫硝溫度的煙氣引出，經(jīng)過(guò)脫硝反應器后，送回煙道，不設置旁路閥門(mén)。
4.3.SCR 技術(shù)關(guān)鍵
(1)SCR 反應器位置的選擇：SCR 反應需要合適的溫度，再加上SCR 反應器本體外形尺寸較大，又要考慮到對原系統的影響，因此反應器位置的選擇尤為關(guān)鍵。本技術(shù)將反應器安裝在P02 下降管上部，此處煙氣溫度280 ～ 400℃，恰好處于最佳反應溫度區間。
(2)催化劑的選擇和保護：焙燒爐生產(chǎn)過(guò)程中有可能出現異常高溫，尤其是在烘爐過(guò)程中，因此選擇催化劑時(shí)要考慮一定的耐高溫性能，以免催化劑因為異常高溫而失效。
4.4.SCR 技術(shù)存在的問(wèn)題
本技術(shù)在焙燒爐原生產(chǎn)流程中加入了催化劑，達到了很好的凈化效果。但是，會(huì )造成系統阻力的增大。經(jīng)測算，按照增加兩層催化劑考慮，系統阻力會(huì )增加500 ～ 600Pa。因此需要對原引風(fēng)機能力進(jìn)行核算，若出力不夠，需對引風(fēng)機進(jìn)行改造。
5.焙燒爐煙氣“低氮燃燒+SNCR+SCR”復合脫硝技術(shù)的應用情況
2017 年，山東魏橋集團率先啟動(dòng)焙燒爐煙氣脫硝治理項目，經(jīng)過(guò)多方案比選及工業(yè)試驗，最終選擇“低氮燃燒+SNCR+SCR”復合脫硝技術(shù)進(jìn)行大范圍應用。2019 年初，該公司已先后完成近30 臺焙燒爐的脫銷(xiāo)改造，取得了良好的減排效果。
