低氮燃烧脱硝技术在氧化铝焙烧炉的应用

徐良策

（山东宏桥新型材料有限公司，山东 滨州 256200）

焙烧炉全称气态悬浮焙烧炉，是利用燃气燃烧提供的热量来完成AL(OH)3到AL2O3的转变。焙烧炉由于采用高温焙烧的生产工艺，在燃烧供热的过程中生成大量的氮氧化物（NOx）污染物，对环境危害极大。目前氧化铝焙烧炉烟气NOx治理技术还不够成熟，相关改造费用较大，对NOx的治理还很有限。低氮燃烧技术重点是通过改变燃烧条件来降低NOx，相较其它氧化法、还原法等降低NOx排放的技术，具有改造简单、经济有效、运行成本低等特点。因此通过低氮燃烧技术来减少氧化铝焙烧炉NOx的排放，具有积极的意义。

1 氧化铝焙烧炉NOx的生成机理

在氧化铝生产中，氢氧化铝经过高温焙烧使之烘干、脱水和晶型转变后成为氧化铝。在燃料燃烧过程中，NOx的形成途径主要有两种类型,即热力型NOx和燃料型NOx[1]。就焙烧炉而言，NOx的生成既存在热力型也存在燃料型。热力型NOx生成条件是高温（1500℃）、一定的氧浓度和一定的反应时间。在实际燃烧过程中，燃烧火焰温度可达1700℃，由于燃烧室内的温度分布是不均匀的，在局部高温区会生成较多的NOx，对整个燃烧室内的NOx生成起关键作用。燃料型NOx是燃料中的氮在高温下氧化而生成的。燃料型NOx的生成与燃料的特性、燃料中氮气含量、氧浓度、燃烧温度相关。

2 可行性方案论证

根据实测数据来看，在用发生炉煤气作为焙烧炉的燃料时，烟气NOx浓度较高，一般为300mg/Nm3～450mg/Nm3。结合焙烧炉工艺及烟气主要参数情况，可通过低氮燃烧技术、非选择性催化还原脱硝技术（SNCR技术）、选择性催化还原脱硝技术（SCR技术）来达到脱除NOx达标排放的目的。但传统的SNCR脱硝技术和SCR脱硝技术不适用氧化铝焙烧炉烟气脱硝。主要原因有：SNCR脱硝效率低；烟气湿度大、粉尘含量高，易造成催化剂中毒、堵塞、磨损，减少催化剂的使用寿命，增加催化剂成本；烟气排出温度不在SCR的最佳反应温度，中、高温催化脱硝技术不成熟，投资及运行费用高。在各种降低NOx排放的技术中，低氮燃烧技术具有应用最广、相对简单、经济有效的特点。因此在氧化铝焙烧炉上应用低氮燃烧技术，在燃烧过程中来控制NOx的生成量具有较高的经济性。

3 低氮燃烧技术

根据NOx生成机理分析，可以通过改变燃烧条件和降低燃料中氮含量两种方法来控制和降低NOx的生成。目前，较适用于焙烧炉的主要有：低氧燃烧、低温燃烧（提高AH质量、电除尘返灰改造、合理控制灼减、延长焙烧时间、AH均布）、燃烧优化（烧嘴优化、燃料优化）等，以及前款措施的有机结合等。

3.1 低氧燃烧

低氧燃烧，从焙烧炉P04进风总管引出支管（二次风管）到燃烧室上部，降低P04燃烧室的空气系数，使得P04燃烧室在低氧条件下燃烧。空气分级，二次风管分出部分热风至P04燃烧室上部，烧掉不完全燃烧剩余的CO。由于P04燃烧室处于欠氧燃烧状态，主炉温度会降低50℃～100℃，从源头上控制了NOx的生成量，可使氮氧化物生成量减少达20%以上。

3.2 低温燃烧

在实际生产中，需要通过分析产品AL2O3的灼减来确定主炉PO4的生产温度。而灼减主要受氢氧化铝（AH）质量、电除尘返灰、氢氧化铝（AH）下料情况的影响，因此通过相应技改或生产调整，在保证氧化铝产品质量（晶型、晶粒度和灼减）的前提下，降低焙烧炉主炉温度，对控制NOx生成有较大的实际意义。

（1）提高氢氧化铝（AH）质量。当AH附水高时，会使文丘里干燥器的出口温度降低，物料干燥不彻底不易吹散，部分物料落入文丘里U型管，使A02压差高，需要通过提高系统负压和提高主炉温度来调整。当AH强度差、粒度较细时，会造成氧化铝产品细化、灼减升高，需提高焙烧主炉温度来保证产品质量。因此通过生产调整，降低AH附水量、提高AH的强度和粒度，有助于焙烧炉主炉温度的平稳控制，有利于降低NOx的生成。

（2）对电除尘返灰进行改造。在实际生产中，经常会出现因返灰量波动造成氧化铝灼减超标的现象，需要通过提高主炉温度来保证灼减指标合格。对电除尘返灰进行改造，将返灰点由C02（480℃）改至C01（650℃），由于C01温度远高于C02，使电除尘返灰而来的这部分氧化铝进一步得到焙烧，保证产品灼减合格。改造后有利于主炉温度的偏低控制，减少NOx的生成量。

（3）对灼减指标合理控制。在保证氧化铝产品灼减合格的前提下，逐步降低焙烧炉主炉P04温度，其结果如表1。

表1 焙烧温度与灼减的关系[2]

氧化铝产品质量要求≤1.0%。在保证产品质量的前提下，可适当的降低焙烧温度，有利于降低焙烧炉的热耗、减少氧化铝烧失量，且使NOx的生成量明显降低。

（4）延长氧化铝焙烧时间。在P03至C01中间烟道段增设缓冲槽，缓冲槽为带内衬流化床结构，由罗茨风机提供流化风。缓冲槽可延长物料在焙烧高温段的停留时间，理论上可使物料在900℃的高温区多停留2min以上。增设缓冲槽有助于系统热量回收，可在一定程度上保证主炉温度降低后产品灼减不受影响。焙烧炉主炉温度降低，系统内NOx的生成量明显降低。在相同工况下，投用缓冲槽可使P04主炉温度低40℃～50℃，NOx浓度降低约20%。另外，通过实际生产数据统计，投用缓冲槽可以使煤气站标煤耗降低约3kg/t.AO。

（5）氢氧化铝（AH）均布。将焙烧炉P02进P04的下料管由单点下料改为两点或多点下料，在下料点安装布料装置，可提高物料进入焙烧炉的均匀性，使得物料能够充分与燃烧产生的热量接触，增加了物料的反应时间，减少局部过热现象，进而降低了焙烧温度和NOx生成量，降低热耗，提高焙烧效率。

3.3 燃烧优化

3.3.1 烧嘴优化

采用分散燃烧技术降低火焰燃烧温度。更换焙烧炉原有直喷式喷嘴，采用旋流式分散火焰烧嘴。改造前火焰主要集中于窑炉中部，致使燃烧区局部温度高，NOx生成量大，改善喷嘴后，使得火焰尽可能覆盖整个窑炉燃烧截面，避免造成局部高温，降低NOx生成量。

3.3.2 燃料优化

（1）选用更清洁的燃料

目前氧化铝焙烧炉所用燃气主要有两段式发生炉煤气和焦化气两种，有较少氧化铝生产使用天然气作为燃料。作为氧化铝焙烧炉燃料时，烟气NOx浓度差别较大，可见下表2。

表2 不同燃料对焙烧炉烟气NOx浓度的影响

两段式发生炉煤气 47～54 300～450 需进行脱硫和酚水处理焦炉煤气 4～7 160～250 需进行脱硫和酚水处理天然气 0.5～1 100左右

因此，选用更清洁的燃气能源可以极大的降低氧化铝焙烧炉烟气NOx的浓度。

（2）选用更先进的煤气生产设备

如使用粉煤气化炉代替传统的两段式煤气发生炉，气化炉温度更容易保证，煤炭中挥发酚及焦油转化更彻底，煤气中几乎无焦油及酚水产生。采用富氧或纯氧做为气化剂时，产生的煤气热值高且N2含量低，因此在燃烧中燃料型NOx生成量较低。

4 结论

低氮燃烧技术是用改变燃烧条件的方法来控制NOx的生成量，在各种降低NOx排放的技术中，低氮燃烧技术采用最广、相对简单、经济并且有效。目前，低氮燃烧技术还需与现有氧化铝焙烧炉生产工艺进一步相结合，确定合理的技术方案。在目前阶段，低氮燃烧技术还应根据NOx原始浓度的高低和环保控制要求，与SNCR脱硝技术、SCR脱硝技术配合使用。低氮燃烧技术在氧化铝生产焙烧炉上的成功应用势必会产生极大的经济效益，对氧化铝产品质量的提高和能耗的降低也有着积极的作用。