羅存存

（中國(guó)鋁業(yè)股份有限公司，北京 100082）

高品質(zhì)氧化鋁因其具有高熔點(diǎn)、高硬度、良好的耐磨性和機(jī)械強(qiáng)度，成為制造磨料磨具和耐火材料的理想原料[1-3]。生產(chǎn)氧化鋁的高溫煅燒工藝是以氫氧化鋁為原材料，經(jīng)高溫煅燒脫除附著水和結(jié)晶水，通過(guò)晶型轉(zhuǎn)變和再結(jié)晶反應(yīng)生成氧化鋁[4]，煅燒生成的氧化鋁有α和γ兩種晶型結(jié)構(gòu)[5-8]。

氫氧化鋁煅燒生成氧化鋁是一個(gè)強(qiáng)吸熱過(guò)程，因此煅燒過(guò)程必須源源不斷地提供燃料[9]。為避免雜質(zhì)影響煅燒過(guò)程和產(chǎn)品品質(zhì)，往往選用天然氣、煤氣（脫硫后煤氣）等優(yōu)質(zhì)氣態(tài)燃料，煅燒產(chǎn)生煙氣經(jīng)除塵收集氧化鋁后排出[10，11]。

高溫煅燒氧化鋁產(chǎn)生的煙氣中攜帶大量的氧化鋁粉塵，且煅燒煙氣中含有大量的水汽，固體、氣體和液體顆粒物排放后在大氣中構(gòu)成相對(duì)穩(wěn)定的懸浮體系。此外，因高溫煅燒環(huán)境而產(chǎn)生的氮氧化物（NOx），主要包括NO、NO2、N2O、N2O3、N2O4、N2O5等幾種。這些氮氧化物的危害主要包括：①NOX對(duì)人體及動(dòng)物的致毒作用；②對(duì)植物的損害作用；③NOX是形成酸雨、酸霧的主要原因之一；④NOX與碳?xì)浠衔镄纬晒饣瘜W(xué)煙霧；⑤NOX也參與臭氧層的破壞。

隨著我國(guó)大氣污染形勢(shì)不斷嚴(yán)峻，國(guó)家制定出臺(tái)了一系列的法律法規(guī)和技術(shù)政策?！朵X工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)煙氣排放中顆粒物及SO2濃度做出了要求，而《鋁工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 25465-2010）修改單中追加了對(duì)NOx濃度的要求。現(xiàn)對(duì)氧化鋁廠煙氣排放的污染物濃度限值如表1所示。

本文通過(guò)分析氧化鋁高溫煅燒煙氣特性，結(jié)合現(xiàn)有成熟的煙氣凈化工藝設(shè)備，提出了一套可靠的煙氣凈化流程——金屬濾袋除塵器+低溫SCR脫硝聯(lián)合工藝。

表1 現(xiàn)有和新建企業(yè)大氣污染物濃度限值單位：mg/m3

1 氧化鋁高溫煅燒煙氣特點(diǎn)

特種高溫氧化鋁煅燒選用的窯爐一般為回轉(zhuǎn)窯，入窯的氫氧化鋁在高溫窯內(nèi)隨窯體轉(zhuǎn)動(dòng)，物料由窯尾送至窯頭，煅燒后的氧化鋁經(jīng)窯頭下料口落入冷卻機(jī)，煙氣經(jīng)一、二次旋風(fēng)收塵回收氧化鋁粉末，由窯尾凈化系統(tǒng)后排放[12，13]。

（1）粉塵含量：高溫煅燒窯反應(yīng)過(guò)程中固體物料與煙氣直接接觸換熱，經(jīng)旋風(fēng)收塵后，每標(biāo)準(zhǔn)立方米煙氣中含有粉塵幾十至上百克。原有粉塵處理工藝為：旋風(fēng)收塵+電除塵系統(tǒng)，其排放煙氣顆粒物濃度降低至100mg/m3，但隨著煙氣排放指標(biāo)的提高，電除塵已無(wú)法滿足顆粒物煙氣排放指標(biāo)的要求。

（2）NOx含量：窯內(nèi)煅燒溫度一般控制在1150℃～1300℃，燃燒火焰溫度高達(dá)1700℃。在燃燒過(guò)程中，空氣中的N2在高溫下氧化生成NOx，出口煙氣NOx濃度在200～450mg/m3之間。

（3）H2O含量：煅燒氧化鋁所用的氫氧化鋁一般帶有10%左右的附著水，高溫窯煅燒煙氣含水量一般可達(dá)20～50vol%。

（4）SO2含量：高溫窯煅燒煙氣中SO2來(lái)自燃料中的H2S，而氣態(tài)燃料一般會(huì)經(jīng)過(guò)脫硫后再作為燃料，因此煙氣中SO2含量低于100mg/m3，無(wú)需增設(shè)脫硫設(shè)備。

2 工藝流程

2.1 除塵工藝

高溫煅燒煙氣中顆粒物為氧化鋁細(xì)粉，需返回生產(chǎn)系統(tǒng)，需配置除塵設(shè)備回收氧化鋁，常規(guī)配置兩臺(tái)旋風(fēng)氣固分離器?，F(xiàn)常用的兩種除塵工藝為電除塵和布袋除塵，這兩種除塵工藝在氧化鋁高溫煅燒煙氣凈化中難以得到應(yīng)用。

電除塵器無(wú)法達(dá)到顆粒物10mg/m3的排放要求，主要是由于煅燒煙氣溫度較高，且氧化鋁顆粒物粒徑較小，使氧化鋁超細(xì)粉塵很難在電場(chǎng)作用下荷電。

布袋除塵器在除塵工藝中極為常見(jiàn)，具有除塵效率高、運(yùn)行穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。但布袋除塵器的使用受煙氣溫度限制，最高運(yùn)行煙氣溫度在160℃～170℃之間，當(dāng)煙氣溫度過(guò)高時(shí)易發(fā)生燒袋現(xiàn)象，而氧化鋁高溫煅燒煙氣溫度一般在260℃～290℃之間，無(wú)法使用布袋除塵器進(jìn)行煅燒煙氣凈化除塵。

金屬濾袋[14]除塵是用金屬濾袋取代紡織濾袋的一種袋式除塵技術(shù)，近年來(lái)逐漸在高溫工業(yè)煙氣凈化領(lǐng)域發(fā)展起來(lái)。耐高溫金屬濾袋是使用金屬纖維或金屬粉末，經(jīng)壓制、燒結(jié)制成的金屬間化合物多孔過(guò)濾材料，并經(jīng)焊接加工制成濾袋形式。金屬濾袋具耐高溫性、耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿、機(jī)械強(qiáng)度高等特點(diǎn)，且具有一定柔性，解決了高溫工業(yè)煙氣中粉塵顆粒高精度攔截的難題，是理想的高溫?zé)煔獬龎m材料。

金屬濾袋除塵器與布袋除塵器的殼體鋼結(jié)構(gòu)、輔助系統(tǒng)相同，僅將紡織濾料更換為金屬濾料，技術(shù)工藝、設(shè)計(jì)建設(shè)基本成熟，其應(yīng)用于高溫煅燒煙氣凈化系統(tǒng)中主要有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）耐高溫、耐腐蝕、耐磨性好。金屬濾袋適用于溫度較高環(huán)境運(yùn)行，在工業(yè)窯爐啟停過(guò)程中，有過(guò)高溫度煙氣通過(guò)濾袋時(shí)，不必?fù)?dān)心濾袋高溫?zé)龘p；同時(shí)金屬濾袋具有較高的耐腐蝕性和耐磨性，可有效延長(zhǎng)濾袋在高硬度氧化鋁粉末磨損下的使用壽命，降低濾袋更換頻率。

（2）顆粒物攔截效率高。金屬濾袋可有效攔截粒徑為0.5μm以上的粉塵顆粒，除塵效果良好，可以保證煙氣出口顆粒物濃度穩(wěn)定在10mg/m3以下，達(dá)到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求。

（3）工藝設(shè)備技術(shù)成熟，運(yùn)行穩(wěn)定。金屬濾袋除塵器的結(jié)構(gòu)、殼體設(shè)計(jì)和輔助系統(tǒng)與布袋除塵器相同，在系統(tǒng)建設(shè)和運(yùn)行方面均可參考袋式除塵器，使得生產(chǎn)系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。

2.2 脫硝工藝

氧化鋁高溫煅燒煙氣中含有大量的氧化鋁顆粒，氧化鋁顆粒具有硬度高和粒徑小的特點(diǎn)，若氧化鋁煅燒煙氣未經(jīng)除塵直接進(jìn)入脫硝裝置，會(huì)對(duì)脫硝催化劑造成堵塞和磨損，使得催化劑維護(hù)頻繁、損耗嚴(yán)重[15]。同時(shí)，氧化鋁粉末需返回生產(chǎn)系統(tǒng)，煙氣在脫硝過(guò)程中接觸催化劑，使得氧化鋁受到污染，對(duì)后續(xù)生產(chǎn)過(guò)程造成影響。因此，氧化鋁高溫煅燒煙氣的脫硝裝置一般設(shè)置在除塵裝置之后。

中溫選擇性催化還原法（SCR）脫硝是目前鍋爐煙氣脫硝使用比較普遍的煙氣治理工藝技術(shù)，該技術(shù)運(yùn)行溫度一般要求在300℃～420℃[16]，若煙氣溫度過(guò)高容易發(fā)生催化劑燒結(jié)；而煙氣溫度過(guò)低則無(wú)法保證催化劑活性，從而降低脫硝效率，在實(shí)際應(yīng)用中具有一定的局限性。高溫煅燒窯煙氣溫度較低，一般在260℃～290℃左右，因此無(wú)法使用中溫SCR脫硝工藝。

為了降低溫度對(duì)SCR脫硝工藝的影響，逐漸研發(fā)出低溫SCR脫硝催化劑。低溫SCR脫硝技術(shù)是催化劑在220℃～300℃之間[15]保持良好的催化活性，還原劑選用液氨、氨水或尿素分解產(chǎn)生的氨氣，煙氣進(jìn)入脫硝反應(yīng)器，在催化條件下，煙氣中的NOx被還原，其化學(xué)反應(yīng)式如下：

將低溫SCR脫硝反應(yīng)器布置在煙氣除塵后，煙氣含塵量大大降低，從而不會(huì)對(duì)催化劑造成磨損，同時(shí)降低催化劑高溫?zé)Y(jié)的風(fēng)險(xiǎn)，適用于氧化鋁高溫煅燒窯的煙氣凈化。

2.3 金屬濾袋除塵+低溫SCR脫硝聯(lián)合凈化工藝

（1）煙氣溫度較高，且啟停爐煙氣瞬時(shí)溫度偏高，煙氣溫度波動(dòng)大；

（2）煙氣顆粒物主要為氧化鋁，具有一定經(jīng)濟(jì)價(jià)值且硬度較高。因此根據(jù)煙氣的特點(diǎn)提出了金屬濾袋除塵+低溫SCR脫硝聯(lián)合凈化工藝，其工藝流程如圖1所示。

圖1 金屬濾網(wǎng)+低溫SCR工藝在高溫煅燒煙氣凈化中流程示意圖

煙氣首先經(jīng)過(guò)金屬濾袋除塵器，大部分氧化鋁在此被攔截，一方面避免了氧化鋁顆粒磨損SCR脫硝催化劑，另一方面避免催化劑污染氧化鋁產(chǎn)品。除塵后煙氣顆粒物含量≤10mg/m3，進(jìn)入低溫SCR脫硝工藝，避免催化劑燒結(jié)和磨損，降低催化劑更換頻率。整套工藝設(shè)備經(jīng)工業(yè)化運(yùn)行驗(yàn)證，是穩(wěn)定的、可靠的，為氧化鋁高溫煅燒煙氣除塵脫硝提供了成熟的凈化工藝系統(tǒng)。

3 實(shí)際案例

3.1 煙氣參數(shù)

山東某材料公司于2017年對(duì)廠內(nèi)兩臺(tái)高溫煅燒窯進(jìn)行大氣污染物綜合防治改造，高溫煅燒系統(tǒng)煙氣經(jīng)旋風(fēng)氣固分離器后，出口煙氣參數(shù)如表2所示（單臺(tái)窯爐）。

3.2 除塵改造

山東某材料公司環(huán)保設(shè)計(jì)改造要求煙氣出口顆粒物排放濃度≤10mg/m3，由于煙氣溫度過(guò)高，且氧化鋁顆粒比電阻較低，顆粒物不易在電場(chǎng)中荷電，將原有電除塵器更換為金屬濾袋除塵器。

本次除塵改造設(shè)計(jì)除塵效率不低于99.9%，除塵效率定義見(jiàn)公式4-1：

式中：

θ—除塵效率（%）；

表2 單臺(tái)氧化鋁煅燒回轉(zhuǎn)窯煙氣參數(shù)

表3 金屬濾袋除塵器設(shè)備參數(shù)

C2—金屬濾袋除塵器的出口煙氣中顆粒物濃度（mg/m3）；

有了輪椅，父親想聽(tīng)書(shū)聲瑯瑯，想去蹲蹲村小廁所了。這都是李打油惹的，他說(shuō)廁所當(dāng)初蠻超前，男生這邊屁股對(duì)屁股四十個(gè)蹲位，可他最近一次進(jìn)去居然客滿，不過(guò)，齊刷刷兩排小屁股，真叫人看得心花怒放。我父親堅(jiān)決要去，不由他，又癱在床上不能動(dòng)怎么辦？去了自然也要看教學(xué)大樓。哪曉得，他參觀學(xué)?；貋?lái)，情緒并不好，悶悶的，不知是否為不能自主如廁而懊惱。

C1—金屬濾袋除塵器的入口煙氣中顆粒物濃度（mg/m3）。

除塵改造將原電除塵器改為金屬濾袋除塵器，改造金屬濾袋除塵器設(shè)備參數(shù)如表3所示。

金屬濾袋除塵工藝共包括以下部分：

（1）除塵器殼體及煙氣系統(tǒng)：除塵器露天布置，內(nèi)部設(shè)導(dǎo)流板使煙氣均勻進(jìn)入濾袋，袋區(qū)過(guò)濾風(fēng)速小于1m/min，保障煙氣除塵效率。

（2）反吹系統(tǒng)：利用壓縮空氣及脈沖閥進(jìn)行濾袋反吹，將金屬濾料攔截的氧化鋁粉末吹落至底部灰斗。

（3）輸灰系統(tǒng)：灰斗的容積滿足連續(xù)運(yùn)行8h的集塵量，將氧化鋁粉末收集在除塵器底部，經(jīng)氣力輸灰系統(tǒng)打回氧化鋁粉倉(cāng)。

3.3 脫硝設(shè)計(jì)

本次環(huán)保設(shè)計(jì)改造要求出口NOx排放濃度≤100mg/m3，低溫SCR脫硝系統(tǒng)設(shè)置在煙氣除塵后，設(shè)計(jì)在每臺(tái)金屬濾袋除塵器后再新建1套低溫SCR脫硝裝置（整體工程新建2套），脫硝反應(yīng)器與還原供應(yīng)系統(tǒng)按照煙氣脫硝效率不低于75%設(shè)計(jì)，脫硝效率定義見(jiàn)公式4-2：

式中：

η——脫硝效率（%）；

C4—低溫SCR反應(yīng)器的出口煙氣中NOx濃度（mg/m3）；

C3—低溫SCR反應(yīng)器的入口煙氣中NOx濃度（mg/m3）。

脫硝還原劑選用尿素溶液。脫硝工藝共包括以下部分：

（1）SCR反應(yīng)裝置：低溫SCR反應(yīng)器安裝在獨(dú)立的鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)上，煙氣在反應(yīng)器入口煙道內(nèi)與噴射的還原劑充分混合進(jìn)入反應(yīng)器，與催化劑接觸進(jìn)行選擇性脫硝反應(yīng)，達(dá)到煙氣凈化的目的。

催化劑按照2+1（兩用一備）設(shè)置，由下至上第一層為預(yù)留層，催化劑選用低溫SCR催化劑，催化劑模塊的吊裝及設(shè)備的吊裝由吊機(jī)完成。

（2）還原劑系統(tǒng)：選用尿素作為脫硝還原劑，尿素在溶解罐內(nèi)用除鹽水制成40%～60%的尿素溶液后送至尿素儲(chǔ)存罐，經(jīng)分配系統(tǒng)、稀釋系統(tǒng)后定量噴射入反應(yīng)器煙道內(nèi)與煙氣進(jìn)行混合。

（3）吹灰系統(tǒng)：脫硝吹灰器選用聲波吹灰器方式，每臺(tái)反應(yīng)器每一層催化劑布置1臺(tái)聲波吹灰器，定時(shí)吹掃以確保運(yùn)行中煙氣和催化劑的充分接觸反應(yīng)。

山東某材料公司高溫煅燒窯大氣污染物綜合防治改造工程于2018年1月竣工投運(yùn)，至今煙氣凈化系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，無(wú)煙氣污染物超標(biāo)現(xiàn)象，驗(yàn)證了金屬濾袋除塵+低溫SCR聯(lián)合工藝的穩(wěn)定性和可靠性。

4 結(jié)論

在空氣污染形勢(shì)日益嚴(yán)峻的今天，本文提出了一種工業(yè)化應(yīng)用成熟的金屬濾袋除塵+低溫SCR脫硝聯(lián)合煙氣凈化系統(tǒng)，該工藝系統(tǒng)在氧化鋁高溫煅燒窯爐后對(duì)煙氣進(jìn)行凈化，使煙氣顆粒物及NOx均可達(dá)標(biāo)排放。基于山東某材料廠氧化鋁煅燒煙氣凈化案例，對(duì)本工藝設(shè)備實(shí)踐運(yùn)行表明：金屬濾袋除塵器具有良好的除塵效果，且不易受到煙氣溫度影響；低溫SCR脫硝系統(tǒng)對(duì)NOx具有良好的脫除效果，且脫硝系統(tǒng)設(shè)置在除塵系統(tǒng)后可有效防止催化劑的磨損，有效降低運(yùn)行成本。本文所提出的金屬濾袋除塵+低溫SCR脫硝聯(lián)合工藝，經(jīng)實(shí)踐運(yùn)行證明具有良好的煙氣凈化效果，可為氧化鋁高溫煅燒窯煙氣治理減排提供借鑒。