鄔 春

（中鋁山東有限公司，山東 淄博 255052）

1 前言

根據(jù)國家環(huán)境保護(hù)總局發(fā)布的環(huán)境質(zhì)量公告，排入大氣中的酸基物質(zhì)SO2和NOx 是導(dǎo)致酸雨形成的主要原因。減少NOx排放是控制酸雨的主要措施。

1.1 全國氮氧化物排放區(qū)域及工業(yè)行業(yè)NOx排放情況

去年全國氮氧化物排放量約為1624萬噸，其中，工業(yè)氮氧化物排放量為1250萬噸，占全國氮氧化物排放量的77%。氮氧化物排放量超過100萬噸的省份依次為廣東、山東、江蘇、河南、內(nèi)蒙古和山西。這6個(gè)省份氮氧化物排放量占全國氮氧化物排放量的43.9%。山東省為我國氮氧化物排放量主要排放地區(qū)之一。氮氧化物排放量位于排名前3位的行業(yè)依次為電力及熱力的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)、非金屬礦物制品業(yè)、黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè)。這三類行業(yè)占統(tǒng)計(jì)行業(yè)氮氧化物排放量的81.4%。

由以上數(shù)據(jù)及國家對大氣治理的力度可見，工業(yè)窯爐已經(jīng)成為我國NOx污染的主要來源，同時(shí)也必將迎來最嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。為適應(yīng)大氣污染物控制的發(fā)展需要，工業(yè)窯爐必須采取措施進(jìn)行NOx污染治理。

1.2 改造前高溫氧化鋁回轉(zhuǎn)窯煙氣成分

中鋁山東新材料有限公司有兩臺高溫氧化鋁回轉(zhuǎn)窯，使用天然氣、煤氣作為燃料，將氫氧化鋁燒制成a氧化鋁。高溫氧化鋁窯由于其窯內(nèi)高溫區(qū)溫度達(dá)1250℃，具備產(chǎn)生氮氧化物的條件，實(shí)測窯尾排氣中氮氧化物濃度在300-400 mg/Nm3，超過100mg/Nm3的標(biāo)準(zhǔn)，因此，高溫氧化鋁窯煙氣需進(jìn)行脫硝處理。煙氣成分見表1。

2 脫硝技術(shù)的選擇

煙氣中氮氧化物的處理階段一般分為燃料前期處理、燃燒過程控制和后期煙氣脫硝。燃料前期處理即是對燃料進(jìn)行脫氮處理，暫無工業(yè)應(yīng)用；燃燒過程控制主要是改善燃燒狀態(tài)，控制過量空氣、降低燃燒溫度等；而后期煙氣脫硝技術(shù)主要是選擇性非催化還原反應(yīng)技術(shù)、選擇性催化還原反應(yīng)技術(shù)和聯(lián)合脫硝技術(shù)以及正在發(fā)展的一體化脫硝技術(shù)。另外還有微生物法、電子束法、活性炭吸附法等技術(shù)，但均因運(yùn)行成本、操作難度等原因未得到工程應(yīng)用與推廣。表2為四種不同脫硝技術(shù)的對比。

表1 高溫窯煙氣成分

通過以上對比可見，工業(yè)應(yīng)用上較成熟的煙氣氮氧化物控制技術(shù)主要是低氮燃燒、SNCR技術(shù)和SCR技術(shù)。而對于中鋁山東新材料有限公司1#、2#兩臺高溫窯脫硝的最佳技術(shù)路線推薦采用目前技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣的SCR脫硝技術(shù)。

3 高溫窯煙氣脫硝改造方案

3.1 脫硝工藝技術(shù)說明

3.1.1 過低溫度下噴氨對脫硝裝置的影響、應(yīng)對措施和運(yùn)行建議

低溫下噴氨對SCR 脫硝系統(tǒng)的運(yùn)行主要有如下不利影響：SCR 脫硝中的逸出氨（NH3）與煙氣中的SO3和水蒸汽生成硫酸氫銨凝結(jié)物。硫酸氫銨凝結(jié)物呈中度酸性且具有很大的粘性，在低溫條件下，硫酸氫銨的沉積將首先發(fā)生在催化劑的空隙里。沉積的過程是可逆的，當(dāng)運(yùn)行溫度提升到露點(diǎn)以上時(shí)硫酸氫銨將蒸發(fā)，催化劑活性將恢復(fù)，但運(yùn)行溫度長期低于其露點(diǎn)，催化劑活性會永久改變。當(dāng)出現(xiàn)由于硫酸氫銨的沉積導(dǎo)致積灰時(shí)，建議增加吹灰頻率。

低溫下噴氨應(yīng)對措施：控制NH3的逃逸量≤3ppm以下。在保證脫硝效率前提下，降低氨水噴入量，檢查氨逃逸量，確保控制NH3的逃逸量≤3ppm以下；增加吹灰頻率，吹掃催化劑表面積灰，減少催化劑積灰及ABS粘結(jié)堵塞；通過前端生產(chǎn)工藝，提高煙氣溫度，若發(fā)現(xiàn)催化劑已經(jīng)出現(xiàn)堵塞及中毒現(xiàn)象，通過前端生產(chǎn)工藝調(diào)整，將煙氣溫度提高到315℃以下運(yùn)行一段時(shí)間，直至將硫酸氫氨蒸發(fā)脫除，實(shí)現(xiàn)催化劑在線再生。

表2 煙氣脫硝技術(shù)設(shè)計(jì)參數(shù)比較

3.1.2 最低噴氨溫度說明

由于在燃燒過程和SCR催化反應(yīng)中都會產(chǎn)生SO3，當(dāng)SCR溫度較低時(shí)，SO3，NH3，H2O就會發(fā)生反應(yīng)生成[（NH4）2SO4]或[NH4HSO4]；這個(gè)反應(yīng)過程與煙氣中SO3的濃度及煙溫有關(guān)。

催化劑最低的停止噴氨的溫度與煙氣中SO2濃度、NH3逃逸，堿性、砷氧化物，煙溫及催化劑的活性等參數(shù)有關(guān)，一般SO2濃度、堿性、砷氧化物含量越高，最低的停止噴氨的溫度越高，如果在低于最低停止噴氨的溫度下運(yùn)行，會在催化劑內(nèi)孔內(nèi)形成氨鹽，堵塞催化劑微孔，降低催化劑活性，甚至催化劑中毒。在控制保護(hù)程序中將對此值進(jìn)行限定，當(dāng)煙氣溫度低于此值時(shí)，自動切斷噴氨系統(tǒng)。在確定系統(tǒng)的停止噴氨最低溫度時(shí)，同時(shí)需要考慮催化劑內(nèi)部的情況，根據(jù)實(shí)際測量表明，在催化劑孔隙內(nèi)的露點(diǎn)溫度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于煙道中的露點(diǎn)溫度，這是因?yàn)榭紫吨蠸O3，NH3的分壓力較高，考慮本項(xiàng)目SO2含量較低，但H2O含量很高，綜合考慮最低噴氨溫度按暫定300℃。

3.1.3 提高脫硝反應(yīng)器安全穩(wěn)定性的措施

為提高脫硝反應(yīng)器安全穩(wěn)定運(yùn)行，設(shè)計(jì)時(shí)我方重點(diǎn)考慮以下幾個(gè)因素：反應(yīng)器、煙道設(shè)計(jì)壓力為±6500Pa，瞬間抗暴壓力為±9800 Pa；煙道積灰厚度計(jì)算應(yīng)基于最低允許煙氣流速為8 m/s時(shí)所剩余的截面作為積灰截面計(jì)算；考慮自重、風(fēng)荷載、積灰、雪載、地震、腐蝕、內(nèi)襯及保溫等；設(shè)置滾動或滑動支架，支架的設(shè)計(jì)荷載應(yīng)考慮摩擦阻力，材料和潤滑劑應(yīng)與滑動觸點(diǎn)的金屬底座相適應(yīng)。支吊架的部件應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，以保證其設(shè)計(jì)安全可靠；熱膨脹應(yīng)力通過非金屬膨脹節(jié)消除，并按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范采取保溫和防腐措施。要求膨脹節(jié)在各種工況條件下均應(yīng)能吸收設(shè)備和管道的軸向和側(cè)向位移，以保護(hù)設(shè)備和管道免受損害和變形；煙道內(nèi)煙氣流速不超過15m/s。催化劑區(qū)域內(nèi)流速應(yīng)小于5 m/s，孔道內(nèi)流速應(yīng)小于7m/s；通過方案優(yōu)化使煙氣流經(jīng)反應(yīng)器阻力盡可能?。环磻?yīng)器入口應(yīng)設(shè)氣流均布裝置，反應(yīng)器入口及出口段應(yīng)設(shè)導(dǎo)流板，對于反應(yīng)器內(nèi)部易磨損的部位應(yīng)采取必要的防磨措施；反應(yīng)器內(nèi)部各類加強(qiáng)板、支架應(yīng)設(shè)計(jì)成不易積灰的型式。

3.1.4 脫硝裝置設(shè)置在除塵器前后的對比方案以及可能會對生產(chǎn)造成的影響

脫硝裝置在除塵器前：溫度300℃-320℃有利于脫銷的催化反應(yīng)提高脫銷效率和延長催化劑使用壽命。但煙氣濃度在10-16g/Nm3，會加劇對催化劑的磨損，降低催化劑使用壽命，另外尿素溶液噴入后反應(yīng)過程中會形成硫酸銨等雜質(zhì)，污染收塵料。

脫硝裝置在除塵器后：優(yōu)點(diǎn)是煙氣凈化后對催化劑的磨損較小，硫酸銨等副產(chǎn)物不會污染收塵料。不足是煙氣溫降至260℃-280℃后，不利于脫銷催化效率。

對比以上方案，優(yōu)選脫硝裝置在除塵器后。

3.2 主要建設(shè)內(nèi)容

脫硝工藝采用SCR法，每臺高溫窯布置1臺 SCR反應(yīng)器，反應(yīng)器布置在除塵器后；脫硝系統(tǒng)不應(yīng)設(shè)置煙氣旁路；催化劑采用蜂窩式催化劑，按“2+1”模式布置，催化劑支撐梁的層間高度不小于3米，最下層為預(yù)留層；采用氨水作為脫硝還原劑；脫硝系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備必須在無振動條件下運(yùn)行，噪聲控制滿足GBZ1-2002《工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲小于85dB；脫硝裝置的設(shè)計(jì)必須進(jìn)行CFD數(shù)值模擬和物理模型冷態(tài)試驗(yàn)，以此來優(yōu)化煙氣參數(shù)的分布、最大化降低煙氣阻力和避免積灰；所有防腐材料保證期不少于15年；膨脹節(jié)使用壽命不少于10年；SCR有可靠的措施以防止SCR堵灰以及防止催化劑中毒的措施。

4 項(xiàng)目實(shí)施后減排量

通過表3可知每年減少外排氮氧化物128噸，對環(huán)境改善有較大的貢獻(xiàn)。

表3 改造前后氮氧化物排放對比

5 結(jié)論

選擇性催化劑還原法簡稱SCR，在一定的溫度和催化劑的作用下，以氨水作為還原劑，有選擇性地與煙氣中的氮氧化物反應(yīng)并生成無毒無污染的氮?dú)夂退?。投產(chǎn)后，經(jīng)過SCR脫硝裝置處理的煙氣，脫硝率可達(dá)92%。