本发明属于污染物控制技术领域，涉及一种氧化铝焙烧烟气的sncr和scr组合脱硝系统及脱硝方法。
背景技术：
氮氧化物(nox)是造成大气污染的主要来源之一，它可以形成酸雨，还可以与挥发性有机物在光照条件下发生光化学反应，生成臭氧和pm2.5。近年来，随着能源消耗量的逐步上升，以及环境排放标准的日益严厉，各行业的nox污染控制需求迫切。
铝冶炼产业在我国的国民经济和社会发展中具有极其重要的地位和作用。但在铝冶炼过程中，尤其是氧化铝焙烧工序，nox排放强度较大。我国氧化铝生产普遍采用循环流态焙烧炉，在焙烧过程中，需消耗大量的煤气，温度高达900-1100℃左右，同时生成大量的nox，其浓度高达500mg/m3左右，远高于《铝工业污染物排放标准》中100mg/m3的特殊排放限值。因此，必须采用适当的方法对氧化铝焙烧烟气中的nox排放进行高效治理。
目前的烟气脱硝技术主要包括选择性非催化还原法(sncr)和选择性催化还原法。sncr技术是在高温段(900-1100℃)将氨气或尿素喷入烟气，将nox还原为n2。但sncr的脱硝效率较低，通常在50％以下，而且容易存在氨逃逸。scr脱硝技术是在催化剂的作用下，利用氨气或其它还原剂在催化剂表面将nox还原为n2，实现烟气脱硝。scr脱硝效率通常可达70％以上，其温度段为300-400℃。在生产氧化铝的循环流态焙烧工艺中，焙烧烟气在经过二级旋风分离器之后，烟气温度在300-350℃左右，与scr反应温度区间较为吻合。但是氧化铝焙烧烟气中h2o的含量可达20-30％，会在催化剂表面与反应物发生竞争吸附，从而影响scr脱硝效率。
cn106215652a公开了一种氧化铝焙烧烟气的组合脱硝系统及方法，所述氧化铝焙烧烟气的组合脱硝系统，沿烟气流动方向，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。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。但是，所述氧化铝焙烧烟气的组合脱硝系统及方法还存在如下不足：醇类有机物sncr效果一般，系统内铝物料本身碱性较弱，对no2吸收也有一定局限性。
cn104056541a公开了一种用于生活垃圾焚烧炉的sncr和低温scr的联合脱硝系统，它将sncr系统及低温scr系统相结合，利用两系统间彼此的优势，形成联合脱硝处理工艺；该联合脱硝系统主要包含三大部分：还原剂储存及制备系统，sncr系统及低温scr系统；还原剂储存及制备系统为公用系统，可以同时为sncr系统和scr系统提供反应所需要的还原剂，sncr系统为脱硝预处理系统，首先对还原剂进行混合、分流等工艺处理，再通过精确喷射及温度追窗控制方式，将还原剂喷入燃烧炉膛的烟道中，使还原剂直接与烟气中的nox进行氧化还原反应，初步去除nox，低温scr系统为脱硝再处理系统，通过将还原剂稀释后，再均匀喷入烟道进入反应器，使还原剂在催化剂的作用下与nox在反应器中进行氧化还原反应，进行二次去除nox。但是，将该sncr装置和scr装置直接应用于处理氧化铝焙烧烟气，存在如下问题：该系统的scr脱硝为低温scr脱硝，在低温scr脱硝之前必须先进行脱硫，而氧化铝焙烧烟气二氧化硫浓度较低，通常无脱硫设施，温度区间布置也不适用低温scr。
技术实现要素：
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种氧化铝焙烧烟气的sncr和scr组合脱硝系统及脱硝方法，所述氧化铝焙烧烟气的sncr和scr组合脱硝系统及脱硝方法脱硝效率高，氨逃逸量小，能够满足日渐严格的氧化铝焙烧烟气nox排放标准。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的目的之一在于提供一种氧化铝焙烧烟气的sncr和scr组合脱硝系统，包括依次连接的焙烧炉、三级旋风分离器、二级旋风分离器、一级旋风分离器和除尘器；所述焙烧炉设置有氧化铝物料进口，所述三级旋风分离器与二级旋风分离器之间设置干氢氧化铝进口，所述二级旋风分离器与一级旋风分离器之间设置湿氢氧化铝进口，所述焙烧炉与三级旋风分离器之间沿氧化铝焙烧烟气的流动方向依次设置一级sncr装置和二级sncr装置，所述一级sncr装置与有机胺化合物供给装置相连；所述二级sncr装置与氨供给装置相连；所述二级旋风分离器与湿氢氧化铝进口之间设置scr装置；或，所述二级sncr装置与第一氨供给装置相连；所述二级旋风分离器与湿氢氧化铝进口之间设置scr装置，所述scr装置与第二氨供给装置相连。
即本发明提供了一种氧化铝焙烧烟气的sncr和scr组合脱硝系统，包括依次连接的焙烧炉、三级旋风分离器、二级旋风分离器、一级旋风分离器和除尘器；所述焙烧炉设置有氧化铝物料进口，所述三级旋风分离器与二级旋风分离器之间设置干氢氧化铝进口，所述二级旋风分离器与一级旋风分离器之间设置湿氢氧化铝进口，所述焙烧炉与三级旋风分离器之间沿氧化铝焙烧烟气的流动方向依次设置一级sncr装置和二级sncr装置，所述一级sncr装置与有机胺化合物供给装置相连；所述二级sncr装置与氨供给装置相连；所述二级旋风分离器与湿氢氧化铝进口之间设置scr装置。
或者，一种氧化铝焙烧烟气的sncr和scr组合脱硝系统，包括依次连接的焙烧炉、三级旋风分离器、二级旋风分离器、一级旋风分离器和除尘器；所述焙烧炉设置有氧化铝物料进口，所述三级旋风分离器与二级旋风分离器之间设置干氢氧化铝进口，所述二级旋风分离器与一级旋风分离器之间设置湿氢氧化铝进口，所述焙烧炉与三级旋风分离器之间沿氧化铝焙烧烟气的流动方向依次设置一级sncr装置和二级sncr装置，所述一级sncr装置与有机胺化合物供给装置相连；所述二级sncr装置与第一氨供给装置相连；所述二级旋风分离器与湿氢氧化铝进口之间设置scr装置，所述scr装置与第二氨供给装置相连。
本发明提供的氧化铝焙烧烟气的sncr和scr组合脱硝系统在原有的氧化铝焙烧系统上分别设置一级sncr装置、二级sncr装置和scr装置，分别利用有机胺化合物和氨气对氧化铝焙烧烟气进行脱硝处理，有机胺类化合物拥有胺官能团(-nh2)以及-ch-骨架，在900-1100℃时能生成具有还原性的-nh-、-ch-、co等物种，从而降低nox浓度；氨气可以在900-1100℃时直接发生sncr反应进行脱硝，进一步降低烟气中的nox含量；经过两级sncr脱硝处理后的烟气在催化剂的作用下，发生scr脱硝反应，nox浓度进一步降低。所述一级sncr装置、二级sncr装置和scr装置相互配合能够使得脱硝效率达到90％以上，氨逃逸量小于1ppm，能够满足日趋严格的氧化铝焙烧烟气nox排放标准。该系统在脱硝过程中利用氧化铝焙烧系统原有的烟气温度，无需对脱硝装置进行额外供热，大大降低了能源消耗。
所述系统还包括用于控制还原剂用量的还原剂控制装置，所述还原剂控制装置分别与有机胺化合物供给装置和氨供给装置相连；或，所述还原剂控制装置分别与有机胺化合物供给装置、第一氨供给装置和第二氨供给装置相连。所述还原剂控制装置能够根据烟气中nox的含量控制还原剂的加入量。
作为优选，所述第一氨供给装置与所述第二氨供给装置为同一装置。第一氨供给装置与第二氨供给装置共用，可简化系统的结构。
所述有机胺化合物供给装置包括储存罐、输送泵、加注泵、缓冲罐、喷嘴以及电气控制单元等。所述有机胺化合物供给装置可使用现有的装置，其结构在此不作赘述。
所述第一氨供给装置、第二氨供给装置和氨供给装置独立地包括储氨罐、稀释罐、缓冲罐、喷嘴、喷氨格栅和电气控制单元等。上述第一氨供给装置、第二氨供给装置和氨供给装置为现有的装置，本领域技术人员可轻易得到。
本发明的目的之二在于提供一种氧化铝焙烧烟气的sncr和scr组合脱硝方法，所述方法包括如下步骤：
(1)气体有机胺化合物与氧化铝焙烧烟气进行sncr脱硝反应，得到第一净化烟气；
(2)氨气与第一净化烟气进行sncr脱硝反应，得到第二净化烟气；
(3)氨气与第二净化烟气进行scr脱硝反应，得到最终净化烟气。
本发明提供的氧化铝焙烧烟气的sncr和scr组合脱硝方法先依次利用有机胺化合物和氨气对氧化铝焙烧烟气进行两次sncr脱硝处理，再利用氨气对sncr脱硝处理后的烟气进行scr脱硝处理，从而得到最终净化烟气。该脱硝方法总脱硝效率能够达到90％以上，且氨逃逸量小于1ppm，能够满足日渐严格的氧化铝焙烧烟气nox排放标准。
步骤(1)所述气体有机胺化合物选自甲胺和/或乙胺。
优选地，步骤(1)所述气体有机胺化合物与氧化铝焙烧初始烟气中nox的摩尔比为(0.05-0.20):1，如0.06:1、0.07:1、0.08:1、0.09:1、0.10:1、0.12:1、0.15:1、0.18:1或0.19:1等。气体有机胺化合物与氧化铝焙烧烟气中nox的摩尔比在此范围内有如下优点：可以实现一级sncr脱硝，同时不产生有机物排放。
优选地，步骤(1)所述sncr脱硝反应在900-1100℃条件下进行，如920℃、950℃、980℃、1000℃、1050℃、1080℃或1090℃等。
步骤(2)所述氨气来源于氨水、尿素或液氨中的任一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合如氨水与尿素，尿素与液氨，氨水、尿素与液氨。
优选地，步骤(2)所述sncr脱硝反应在900-1100℃条件下进行，如920℃、950℃、980℃、1000℃、1050℃、1080℃或1090℃等。
优选地，步骤(2)所述氨气与步骤(3)所述氨气的总量与步骤(1)中氧化铝焙烧烟气中的nox的摩尔比为(0.4-0.7):1，如0.5:1或0.6:1等。步骤(2)或步骤(3)中具体使用的氨气量可根据实际情况进行调整，但总量优选为与氧化铝焙烧烟气中nox的摩尔比为(0.4-0.7):1。
步骤(3)所述氨气来源于氨水、尿素或液氨中的任一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合如氨水与尿素，尿素与液氨，氨水、尿素与液氨。
优选地，步骤(3)所述scr脱硝反应在300-350℃条件下进行，如305℃、310℃、315℃、320℃、330℃或340℃等。
优选地，步骤(3)所述scr脱硝反应使用的催化剂为钒钨钛蜂窝催化剂和/或板式催化剂。
优选地，步骤(3)所述氨气为步骤(2)反应后剩余的氨气。
作为优选的技术方案，所述氧化铝焙烧烟气的sncr和scr组合脱硝方法包括如下步骤：
(1)气体有机胺化合物与氧化铝焙烧烟气在900-1100℃条件下进行sncr脱硝反应，气体有机胺化合物与氧化铝焙烧烟气中nox的摩尔比为0.05-0.2:1，得到第一净化烟气；
(2)氨气与第一净化烟气在900-1100℃条件下进行sncr脱硝反应，氨气与氧化铝焙烧烟气中nox的摩尔比为0.4-0.7:1，得到含有氨气的第二净化烟气；
(3)含有氨气的第二净化烟气在300-350℃条件下进行scr脱硝反应，scr脱硝反应使用钒钨钛蜂窝催化剂和/或板式催化剂，得到最终净化烟气。
本发明所述的数值范围不仅包括上述例举的点值，还包括没有例举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的氧化铝焙烧烟气的sncr和scr组合脱硝系统及脱硝方法脱硝效率达到90％以上，出口烟气中nox浓度低于50mg/m3，氨逃逸量小于1ppm，能够满足日渐严格的氧化铝焙烧烟气nox排放标准；
本发明提供的氧化铝焙烧烟气的sncr和scr组合脱硝系统及脱硝方法无需对scr脱硝单独设置氨水蒸发或尿素热解设备，使得系统结构紧凑，节省成本。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的氧化铝焙烧烟气的sncr和scr组合脱硝系统的示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
一种氧化铝焙烧烟气的sncr和scr组合脱硝系统，如图1所示，包括依次连接的焙烧炉、三级旋风分离器、二级旋风分离器、一级旋风分离器和除尘器；所述焙烧炉设置有氧化铝物料进口，所述三级旋风分离器与二级旋风分离器之间设置干氢氧化铝进口，所述二级旋风分离器与一级旋风分离器之间设置湿氢氧化铝进口，所述焙烧炉与三级旋风分离器之间沿氧化铝焙烧烟气的流动方向依次设置一级sncr装置和二级sncr装置，所述一级sncr装置与有机胺化合物供给装置相连；所述二级sncr装置与氨供给装置相连；所述二级旋风分离器与湿氢氧化铝进口之间设置scr装置；
所述系统还包括用于控制还原剂用量的还原剂控制装置，所述还原剂控制装置分别与有机胺化合物供给装置和氨供给装置相连；
所述有机胺化合物供给装置包括储存罐、输送泵、加注泵、缓冲罐、喷嘴以及电气控制单元等。
所述氨供给装置包括储氨罐、稀释罐、缓冲罐、喷嘴、喷氨格栅以及电气控制单元等。
利用上述氧化铝焙烧烟气的sncr和scr组合脱硝系统的脱硝方法，包括如下步骤：
(1)有机胺化合物气体与焙烧炉产生的氧化铝焙烧烟气在900-1100℃条件下进行sncr脱硝反应，有机胺化合物气体与氧化铝焙烧烟气中nox的摩尔比为(0.05-0.20):1，得到第一净化烟气；
(2)氨气与第一净化烟气在900-1100℃条件下进行sncr脱硝反应，氨气与氧化铝焙烧烟气中nox的摩尔比为(0.4-0.7):1，得到含有氨气的第二净化烟气；
(3)含有氨气的第二净化烟气经过三级旋风分离器和二级旋风分离器后在300-350℃条件下进行scr脱硝反应，scr脱硝反应使用钒钨钛蜂窝催化剂和/或板式催化剂，得到净化后的烟气，净化后的烟气再经一级旋风分离器和除尘器后排放。
实施例2
一种氧化铝焙烧烟气的sncr和scr组合脱硝系统，包括依次连接的焙烧炉、三级旋风分离器、二级旋风分离器、一级旋风分离器和除尘器；所述焙烧炉设置有氧化铝物料进口，所述三级旋风分离器与二级旋风分离器之间设置干氢氧化铝进口，所述二级旋风分离器与一级旋风分离器之间设置湿氢氧化铝进口，所述焙烧炉与三级旋风分离器之间沿氧化铝焙烧烟气的流动方向依次设置一级sncr装置和二级sncr装置，所述一级sncr装置与有机胺化合物供给装置相连；所述二级sncr装置与第一氨供给装置相连；所述二级旋风分离器与湿氢氧化铝进口之间设置scr装置，所述scr装置与第二氨供给装置相连；
所述系统还包括用于控制还原剂用量的还原剂控制装置，所述还原剂控制装置分别与有机胺化合物供给装置和氨供给装置相连；
所述有机胺化合物供给装置包括储存罐、输送泵、加注泵、缓冲罐、喷嘴以及电气控制单元等。
所述第一氨供给装置和第二氨供给装置包括储氨罐、稀释罐、缓冲罐、喷嘴、喷氨格栅以及电气控制单元等。
利用上述氧化铝焙烧烟气的sncr和scr组合脱硝系统的脱硝方法，包括如下步骤：
(1)有机胺化合物气体与焙烧炉产生的氧化铝焙烧烟气在900-1100℃条件下进行sncr脱硝反应，有机胺化合物气体与氧化铝焙烧烟气中nox的摩尔比为(0.05-0.20):1，得到第一净化烟气；
(2)氨气与第一净化烟气在900-1100℃条件下进行sncr脱硝反应，得到第二净化烟气；
(3)第二净化烟气经过三级旋风分离器和二级旋风分离器后与氨气在300-350℃条件下进行scr脱硝反应，scr脱硝反应使用钒钨钛蜂窝催化剂和/或板式催化剂，得到净化后的烟气，净化后的烟气再经一级旋风分离器和除尘器后排放；
其中，步骤(2)所述氨气与步骤(3)所述氨气的总量与氧化铝焙烧烟气中nox的摩尔比为(0.4-0.7):1。
作为优选，实施例2所述第一氨供给装置与第二氨供给装置可为同一装置，即所述第一氨供给装置分别与二级sncr装置和scr装置相连；或，所述第二氨供给装置分别与二级氨供给装置和scr装置相连。
实施例3
利用实施例1所述的sncr和scr组合脱硝系统和脱硝方法，对50万吨/年的氧化铝焙烧炉进行脱硝。烟气中，nox的浓度为500mg/m3，在焙烧炉的出口喷入甲胺，甲胺与烟气中初始nox摩尔比为0.05:1，在三级旋风分离器入口喷入氨水，气化后氨与烟气初始nox摩尔比为0.7:1，一级sncr和二级sncr反应温度均为990℃，scr反应温度为350℃，在氧化铝焙烧烟气出口nox浓度低于50mg/m3，尾气中逃逸氨浓度低于1ppm。
实施例4
利用实施例1所述的sncr和scr组合脱硝系统和脱硝方法，对50万吨/年的氧化铝焙烧炉进行脱硝。烟气中，nox的浓度为500mg/m3，在焙烧炉的出口喷入甲胺，甲胺与烟气中初始nox摩尔比为0.1:1，在三级旋风分离器入口喷入尿素，气化后氨与烟气初始nox摩尔比为0.6:1，一级sncr和二级sncr反应温度均为1020℃，scr反应温度为340℃，在氧化铝焙烧烟气出口nox浓度低于50mg/m3，尾气中逃逸氨浓度低于1ppm。
实施例5
利用实施例1所述的sncr和scr组合脱硝系统和脱硝方法，对50万吨/年的氧化铝焙烧炉进行脱硝。烟气中，nox的浓度为500mg/m3，在焙烧炉的出口喷入乙胺，乙胺与烟气中初始nox摩尔比为0.15:1，在三级旋风分离器入口喷入氨水，气化后氨与烟气初始nox摩尔比为0.5:1，一级sncr和二级sncr反应温度均为1050℃，scr反应温度为330℃，在氧化铝焙烧烟气出口nox浓度低于50mg/m3，尾气中逃逸氨浓度低于1ppm。
实施例6
利用实施例1所述的sncr和scr组合脱硝系统和脱硝方法，对50万吨/年的氧化铝焙烧炉进行脱硝。烟气中，nox的浓度为500mg/m3，在焙烧主炉的出口喷入乙胺，乙胺与烟气中初始nox摩尔比为0.2:1，在三级旋风分离器入口喷入尿素，气化后氨与烟气初始nox摩尔比为0.4:1，一级sncr和二级sncr反应温度均为1080℃，scr反应温度为320℃，在氧化铝焙烧烟气出口nox浓度低于50mg/m3，尾气中逃逸氨浓度低于1ppm。
实施例7
利用实施例1所述的sncr和scr组合脱硝系统和脱硝方法，对50万吨/年的氧化铝焙烧炉进行脱硝。烟气中，nox的浓度为500mg/m3，在焙烧主炉的出口喷入甲胺和乙胺的混合气(体积比为2:1)，混合气与烟气中初始nox摩尔比为0.1:1，在三级旋风分离器入口喷入尿素，气化后氨与烟气初始nox摩尔比为0.4:1，一级sncr和二级sncr反应温度均为1100℃，scr反应温度为310℃，在氧化铝焙烧烟气出口nox浓度低于50mg/m3，尾气中逃逸氨浓度低于1ppm。
实施例8
利用实施例1所述的sncr和scr组合脱硝系统和脱硝方法，对50万吨/年的氧化铝焙烧炉进行脱硝。烟气中，nox的浓度为500mg/m3，在焙烧主炉的出口喷入甲胺和乙胺的混合气(体积比为2:1)，混合气与烟气中初始nox摩尔比为0.15:1，在三级旋风分离器入口喷入尿素，气化后氨与烟气初始nox摩尔比为0.6:1，一级sncr和二级sncr反应温度均为900℃，scr反应温度为300℃，在氧化铝焙烧烟气出口nox浓度低于50mg/m3，尾气中逃逸氨浓度低于1ppm。
对比例1
除sncr和scr组合脱硝系统中不供给乙胺外，其余与实施例4相同。经检测，在氧化铝焙烧烟气出口nox浓度为180mg/m3，尾气中逃逸氨浓度为1ppm。
对比例2
除将乙胺替换为相同量的氨气外，其余与实施例4相同。经检测，在氧化铝焙烧烟气出口nox浓度为120mg/m3，尾气中逃逸氨浓度为10ppm。
对比例3
除sncr和scr组合脱硝系统不设置scr装置外，其余与实施例4相同。经检测，在氧化铝焙烧烟气出口nox浓度为270mg/m3，尾气中逃逸氨浓度为15ppm。
对比例4
除将乙胺替换为氨水与醇类有机物的混合气体外，其余与实施例4相同。经检测，在氧化铝焙烧烟气出口nox浓度为80mg/m3，尾气中逃逸氨浓度为5ppm。
对比例5
除将氨气替换为氨水与醇类有机物的混合气体外，其余与实施例4相同。经检测，在氧化铝焙烧烟气出口nox浓度为100mg/m3，尾气中逃逸氨浓度为1ppm。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。