CN106215652A - 一种氧化铝焙烧烟气的组合脱硝系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种氧化铝焙烧烟气的组合脱硝系统及方法，所述的组合脱硝方法包括以下步骤：(1)从第一净化气入口往焙烧窑炉出口处的高温段烟道中加入包含气化后的氨水与醇类有机物的混合气体，以脱除烟气中的部分氮氧化物；(2)从第二净化气入口往低温段烟道中加入臭氧，将烟气中的剩余氮氧化物进一步转化为NO2；(3)湿原物料从湿原物料干燥进口进入烟道中，经烟气干燥，依次变为半干原物料和干原物料，湿原物料干燥过程中，对烟气中的NO2进行同步吸收，实现二次脱硝作用。与现有技术相比，本发明具有烟气脱硝效果好，有助于拓宽反应的温度窗口，减少了常规工艺中氨气的使用量，减少了氨逃逸的问题，并且避免了氨对氧化铝产品的潜在干扰等。

Description

一种氧化铝焙烧烟气的组合脱硝系统及方法
技术领域
本发明涉及一种氧化铝焙烧烟气的组合脱硝系统及方法，尤其是涉及一种利用贫氨SNCR还原与臭氧氧化吸收对氧化铝焙烧烟气组合脱硝系统及方法。
背景技术
氮氧化物作为一种大气的主要污染物，近年来随着能源消耗的上升其排放量也在逐年增大，由其带来的环境问题也日益凸显。随着国家环保政策对大气污染物越来越严格的限制排放，针对氮氧化物的减排也逐渐落实到法规政策上，对各行业生产中产生的氮氧化物进行严格控制。
作为氧化铝生产的最后一道工序，由氢氧化铝焙烧成产品氧化铝是一个高耗能的生产流程。目前，国内普遍采用循环流态焙烧炉技术进行生产，主要煅烧装置为循环焙烧炉，在焙烧生产的过程中，会伴随着大量的氮氧化物的生成。在目前现有的烟气净化设备中，难以实现烟气的达标排放。针对烟气脱硝目前主流的技术主要包括选择性催化还原法(SCR)和选择性非催化还原法(SNCR)。SCR脱硝技术是在催化剂的作用下，利用氨气或尿素在催化剂表面将氮氧化物还原为氮气实现烟气脱硝。其温度段往往在380-420℃左右，但是利用该技术需要有专门的催化反应装置，Al2O3等碱性物质容易造成催化剂的中毒失活，并且SCR技术的一次性投资和运行成本都比较高，不利于氧化铝焙烧窑炉的改造。而SNCR技术是在高温段(900-1150℃)将氨气或尿素喷入烟气中还原氮氧化物。该技术只需在现有的设备上增加氨或尿素储槽，氨或尿素喷射装置及其喷射口即可，而不需改造炉体结构，系统结构比较简单。并且SNCR安装改造费用以及运行成本都比较低，不需要昂贵的SCR催化剂，更适用于氧化铝窑炉的改造。在SNCR法应用过程中，然而SCNR法受温度窗口的影响比较大，同时存在比较严重的氨逃逸问题。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种氧化铝焙烧烟气的组合脱硝系统及方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种氧化铝焙烧烟气的组合脱硝系统，沿烟气流动方向，所述的组合脱硝系统包括通过烟气通道依次连接的焙烧窑炉、三级旋风分离器、二级旋分分离器、一级旋风分离器和末端除尘器，所述的二级旋风分离器与一级旋风分离器之间设有湿原物料干燥进口，所述的在三级旋风分离器与二级旋风分离器之间设有半干原物料干燥进口，所述的焙烧窑炉与三级旋风分离器之间设有干原物料干燥进口，在焙烧窑炉与干原物料干燥进口之间还设有用于通入包含氨气和醇类有机物的混合气体的第一净化气入口，在一级旋风分离器与末端除尘器之间还设有用以通入臭氧的第二净化气入口。
组合脱硝过程中，湿原物料从湿原物料干燥进口进入，经烟气初步干燥，变为半干原物料从一级旋风分离器排至半干原物料干燥进口，经烟气二次干燥，变为干原物料从二级旋风分离器排至干原物料干燥进口，再进入烟气通道继续干燥。
氧化铝焙烧烟气的组合脱硝方法，包括以下步骤：
(1)从第一净化气入口往焙烧窑炉出口处的高温段烟道中加入包含氨气与醇类有机物的混合气体，以脱除烟气中的部分氮氧化物；
(2)从第二净化气入口往低温段烟道中加入臭氧，将烟气中的剩余氮氧化物进一步转化为NO2；
(3)湿原物料从湿原物料干燥进口进入烟道中，经烟气干燥，依次变为半干原物料和干原物料，湿原物料干燥过程中，对烟气中的NO2进行同步吸收，实现二次脱硝作用。
步骤(1)中的高温段烟道指从焙烧炉到半干原物料干燥进口之间的温度在700～1100℃的烟道区域；
步骤(3)中的低温段烟道指一级旋风分离器与末端除尘器之间的温度低于200℃的烟道区域。
步骤(1)中的混合气体由空气，以及氨气和气化后的醇类有机物组成，其中，氨气在混合气体的中的摩尔浓度为2～5％，气化后的醇类有机物与氨气的气体摩尔比为0.05～0.15:1。
混合气体的加入量满足：高温段烟道中，混合气体中的氨气与烟气中的氮氧化物的摩尔比为0.01～0.3:1。
步骤(2)中臭氧的加入量满足其在烟气中的摩尔浓度与剩余氮氧化物的比例为0.5-1.5:1。
所述的醇类有机物为甲醇或乙醇中的一种或二者的组合。
本发明利用贫氨与醇混合物作为还原剂进行选择性非催化还原(SNCR)法进行一次脱硝，再结合下游氧化吸收的方法进行联合脱硝。之后，再利用臭氧氧化法将剩余的NO进一步转化为NO2，同时利用烟气中的氢氧化铝等原始物料的碱性作用，对烟气中的NO2进行悬浮吸收，达到二次脱硝效果。脱硝所产生硝酸盐产物在收集后重新进入焙烧炉，在高温下被分解或还原。通过醇类的添加来减少氨的使用量，并拓宽SNCR的温度区间使用，在取得一定脱硝效率的前提下，可有效减少氨的使用量和逃逸，减少氨对下游氧化铝物料品质的潜在影响，并将部分NO转化为NO2；通过两种方法的协同作用，有效解决含氮氧化物高、排烟温度低的氧化铝焙烧烟气脱硝问题，并最大程度减少了脱硝对氧化铝焙烧系统的影响，实现低成本脱硝。
醇类物质拥有官能团羟基(-OH)，羟基官能团在高温时能产生HO2和CO，一方面HO2促进了一氧化氮的氧化，另一方面一氧化碳的存在使低温下的活性OH的浓度升高，降低了NO浓度，从而使SNCR反应向低温方向偏移。以醇类作为添加剂同样能够降低氨的使用量，从而减少了逃逸氨的问题。臭氧氧化脱硝的方法是利用臭氧氧化实现烟气中NOx的脱除，臭氧(O3)氧化反应产物为无害的O2，自身也可以分解为O2，且在脱硝过程中未引入其他杂质，NO氧化后的产物NOx(x＞1)大多溶于水，便于吸收和处理。在铝焙烧炉的低温段，可以通过使用臭氧对氮氧化物进一步氧化，然后协同碱性物料进行深度脱硝。
对于氧化铝焙烧烟气的氮氧化物控制，采用SNCR技术可以完成一次脱硝，通过添加臭氧氧化技术可以完成对氮氧化物二次控制的目的。本发明旨在通过组合工艺对氧化铝焙烧烟气的高效脱硝，实现达标排放的目的。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)、本发明使用贫氨喷入到烟道中，减少了氨的使用量，从而减少了氨逃逸的问题，并且避免了氨对氧化铝产品的潜在干扰；
(2)、本发明使用加醇(甲醇、乙醇)协同对氮氧化物进行去除，一方面可以减少氨的使用量，并促进NO转化为向NO2，另一方面有助于拓宽反应的温度窗口；
(3)、本发明采用臭氧进行深度脱硝，经过SNCR一次脱硝后，臭氧的使用量可以大大减少，臭氧氧化后所产生的NO2可以被氢氧化铝碱性物质直接吸收；
(4)、本发明所涉及的技术用于氧化铝焙烧烟气的脱硝处理中，补充了该锅炉烟气脱硝技术的不足。
附图说明
图1为本发明的组合脱硝方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施方式
一种氧化铝焙烧烟气的组合脱硝系统，沿烟气流动方向，所述的组合脱硝系统包括通过烟气通道依次连接的焙烧窑炉、三级旋风分离器、二级旋分分离器、一级旋风分离器和末端除尘器，所述的二级旋风分离器与一级旋风分离器之间设有湿原物料干燥进口，所述的在三级旋风分离器与二级旋风分离器之间设有半干原物料干燥进口，所述的焙烧窑炉与三级旋风分离器之间设有干原物料干燥进口，在焙烧窑炉与干原物料干燥进口之间还设有用于通入包含氨气和醇类有机物的混合气体的第一净化气入口，在一级旋风分离器与末端除尘器之间还设有用以通入臭氧的第二净化气入口。
采用上述组合脱硝系统的组合脱硝方法，如图1所示，包括以下步骤：
(1)从第一净化气入口往焙烧窑炉出口处的高温段烟道中加入包含气化后的氨水与醇类有机物的混合气体，以脱除烟气中的部分氮氧化物；
(2)从第二净化气入口往低温段烟道中加入臭氧，将烟气中的剩余氮氧化物进一步转化为NO2；
(3)湿原物料从湿原物料干燥进口进入烟道中，经烟气干燥，依次变为半干原物料和干原物料，湿原物料干燥过程中，对烟气中的NO2进行同步吸收，实现二次脱硝作用。
步骤(1)中的高温段烟道指从焙烧炉到半干原物料干燥进口之间的温度在700～1100℃的烟道区域；
步骤(3)中的低温段烟道指一级旋风分离器与末端除尘器之间的温度低于200℃的烟道区域。
步骤(1)中的混合气体由空气，以及气化后的氨水和醇类有机物组成，其中，气化后的氨水在混合气体的中的摩尔浓度为2～5％，气化后的醇类有机物与氨水的气体摩尔比为0.05～0.15:1。
混合气体的加入量满足：高温段烟道中，混合气体中的氨气与烟气中的氮氧化物的摩尔比为0.01～0.3:1。
步骤(2)中臭氧的加入量满足其在烟气中的摩尔浓度与剩余氮氧化物的比例为0.5-1.5:1。
实施例1
根据上述实施方式中的组合脱硝系统和方法，本实施例选取一个年产约50万吨氧化铝焙烧窑炉进行脱硝实验研究。烟气中，NOx的浓度为500mg/m3，在锅炉的高温度(约1000℃温度段)喷入5％的氨气，同时喷入2％的经气化后的甲醇气体作为添加剂；在锅炉进料的低温度加入浓度为200mg/m3的臭氧。结果表明在氧化铝焙烧窑炉的烟气出口出NOx的浓度降低到100mg/m3以下，同时尾气中几乎检测不到逃逸氨的存在。
实施例2
根据上述实施方式中的组合脱硝系统与方法，本实施例同样选取一个年产约50万吨氧化铝焙烧窑炉进行脱硝实验研究。烟气中NOx的浓度为500mg/m3，在锅炉的高温度(约1000℃温度段)喷入5％的氨气，同时喷入5％的经气化后的乙醇气体作为添加剂；在锅炉进料的低温度加入浓度为250mg/m3的臭氧。结果表明在氧化铝焙烧窑炉的烟气出口出NOx的浓度降低到100mg/m3以下，同时尾气中几乎检测不到逃逸氨的存在。
实施例3
根据上述实施方式中的组合脱硝系统与方法，本实施例同样选取一个年产约50万吨氧化铝焙烧窑炉进行脱硝实验研究。烟气中NOx的浓度为500mg/m3，在锅炉的高温度(约1050℃温度段)喷入由氨气、醇类气体(甲醇与乙醇摩尔比为1:1)以及空气组成的混合气体，其中，氨气的摩尔浓度为2％，醇类气体的摩尔浓度为0.2％，此段混合气体的加入量满足：氨气与烟气中的氮氧化物的摩尔比为0.01:1。在第二净化气进口通入臭氧，保证加入量与此段烟气中氮氧化物的摩尔浓度比为0.5:1。结果表明在氧化铝焙烧窑炉的烟气出口出NOx的浓度降低到100mg/m3以下，同时尾气中几乎检测不到逃逸氨的存在。
实施例4
根据上述实施方式中的组合脱硝系统与方法，本实施例同样选取一个年产约50万吨氧化铝焙烧窑炉进行脱硝实验研究。烟气中NOx的浓度为500mg/m3，在锅炉的高温度(约1000℃温度段)喷入由氨气、醇类气体(甲醇与乙醇摩尔比为1:1)以及空气组成的混合气体，其中，氨气的摩尔浓度为3％，醇类气体的摩尔浓度为1.5％，此段混合气体的加入量满足：氨气与烟气中的氮氧化物的摩尔比为0.3:1。在第二净化气进口通入臭氧，保证加入量与此段烟气中氮氧化物的摩尔浓度比为1.5:1。结果表明在氧化铝焙烧窑炉的烟气出口出NOx的浓度降低到100mg/m3以下，同时尾气中几乎检测不到逃逸氨的存在。
实施例5
根据上述实施方式中的组合脱硝系统与方法，本实施例同样选取一个年产约50万吨氧化铝焙烧窑炉进行脱硝实验研究。烟气中NOx的浓度为500mg/m3，在锅炉的高温度(约1000℃温度段)喷入由氨气、醇类气体(甲醇与乙醇摩尔比为1:1)以及空气组成的混合气体，其中，氨气的摩尔浓度为5％，醇类气体的摩尔浓度为4％，此段混合气体的加入量满足：氨气与烟气中的氮氧化物的摩尔比为0.15:1。在第二净化气进口通入臭氧，保证加入量与此段烟气中氮氧化物的摩尔浓度比为1:1。结果表明在氧化铝焙烧窑炉的烟气出口出NOx的浓度降低到100mg/m3以下，同时尾气中几乎检测不到逃逸氨的存在。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种氧化铝焙烧烟气的组合脱硝系统，其特征在于，沿烟气流动方向，所述的组合脱硝系统包括通过烟气通道依次连接的焙烧窑炉、三级旋风分离器、二级旋分分离器、一级旋风分离器和末端除尘器，所述的二级旋风分离器与一级旋风分离器之间设有湿原物料干燥进口，所述的在三级旋风分离器与二级旋风分离器之间设有半干原物料干燥进口，所述的焙烧窑炉与三级旋风分离器之间设有干原物料干燥进口，在焙烧窑炉与干原物料干燥进口之间还设有用于通入包含氨气和醇类有机物的混合气体的第一净化气入口，在一级旋风分离器与末端除尘器之间还设有用以通入臭氧的第二净化气入口。
2.根据权利要求1所述的一种氧化铝焙烧烟气的组合脱硝系统，其特征在于，组合脱硝过程中，湿原物料从湿原物料干燥进口进入，经烟气初步干燥，变为半干原物料从一级旋风分离器排至半干原物料干燥进口，经烟气二次干燥，变为干原物料从二级旋风分离器排至干原物料干燥进口，再进入烟气通道继续干燥。
3.采用如权利要求1或2所述的组合脱硝系统的组合脱硝方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)从第一净化气入口往焙烧窑炉出口处的高温段烟道中加入包含氨气与醇类有机物的混合气体，以脱除烟气中的部分氮氧化物；
(2)从第二净化气入口往低温段烟道中加入臭氧，将烟气中的剩余氮氧化物进一步转化为NO2；
(3)湿原物料从湿原物料干燥进口进入烟道中，经烟气干燥，依次变为半干原物料和干原物料，湿原物料干燥过程中，对烟气中的NO2进行同步吸收，实现二次脱硝作用。
4.根据权利要求3所述的组合脱硝方法，其特征在于，步骤(1)中的高温段烟道指从焙烧炉到半干原物料干燥进口之间的温度在700～1100℃的烟道区域；
步骤(3)中的低温段烟道指一级旋风分离器与末端除尘器之间的温度低于200℃的烟道区域。
5.根据权利要求3所述的组合脱硝方法，其特征在于，步骤(1)中的混合气体由空气，以及氨气和气化后的醇类有机物组成，其中，氨气在混合气体的中的摩尔浓度为2～5％，醇类有机物与氨气的摩尔比为0.05～0.15:1。
6.根据权利要求5所述的组合脱硝方法，其特征在于，混合气体的加入量满足：高温段烟道中，混合气体中的氨气与烟气中的氮氧化物的摩尔比为0.01～0.3:1。
7.根据权利要求5所述的组合脱硝方法，其特征在于，所述的醇类有机物为甲醇或乙醇中的一种或二者的组合。
8.根据权利要求3所述的组合脱硝方法，其特征在于，步骤(2)中臭氧的加入量满足其在烟气中的摩尔浓度与剩余氮氧化物的比例为0.5-1.5:1。
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