水泥窑炉SCR脱硝工艺路线及催化剂选型探讨

Alexandria2020

水泥窑炉SCR脱硝工艺路线及催化剂选型探讨

1前言

水泥行业烟气污染物排放总量大，特别是氮氧化物占全国工业排放总量的10%~12%。《水泥工业大气污染物排放标准》（GB 4915-2013）要求氮氧化物排放限值320mg/Nm3，远高于煤电行业超低排放限值50mg/Nm3。在国家环保新标准日趋严厉的现状下，水泥行业面临巨大Nox的减排压力，排放标准进一步收紧是未来发展的大趋势。

水泥窑已有的低氮燃烧器、分解炉分级燃烧技术以及SNCR脱硝技术，NOx减排水平30~60%，NOx排放≥300mg/Nm3，难以满足日趋严格的国家环保排放标准要求。SCR脱硝技术作为全世界应用最广泛高效的氮氧化物脱除技术，具有脱硝效率高、无二次污染、运行可靠稳定等优点，广泛的应用在各个工矿企业中，符合水泥行业日趋严格的氮氧化物排放要求，是一种理想的水泥窑脱硝技术。

2水泥窑炉SCR脱硝技术路线

2.1水泥窑尾烟气特点

（1）NOx含量高，为300~1300mg/Nm3。

（2）湿度大，水含量8~16%；水蒸气露点一般为45~55℃。

（3）粉尘含量高，烟尘浓度达60~120 g/Nm3，并含有碱土金属氧化物等腐蚀性成分。

（4）粉尘粒径小（小于10μm的颗粒约占75~90%）、比电阻高，除尘难度大。

（5）粉尘中碱金属氧化物含量高。

2.2水泥窑炉脱硝工艺路线

对于SCR脱硝技术来说要使反应效率高效稳定，保证反应器温度窗口尤为重要。根据水泥工艺特点，选择290~310℃温度区间脱硝，脱硝活性高，催化剂用量少，无需热再生设备或者额外的能耗投入，运行成本比低温脱硝低，可实现长期稳定可靠运行，是最佳SCR脱硝温度反应区。在该温度区的脱硝系统根据SCR反应塔的不同除尘方式，分为高尘、中尘、低尘三种脱硝布置工艺（见表1）。

表1 高尘、中尘、低尘布置脱硝工艺对比

通过以上表可知，中尘及低尘布置在SCR系统前端添加了除尘设备，为脱硝系统提供一个良好的工作环境，然而，高温静电除尘器的设备投资是SCR系统的80%，高温金属膜除尘器的设备投资更高达SCR系统的130%，除尘设备作为脱硝系统的前端辅助设备，其设备投资在整套脱硝系统中占比过高，甚至超过脱硝主系统，这是许多厂家无法接受的；高尘脱硝相对于中尘、低尘脱硝，在经济性上具有较大的优势，但同时对催化剂的要求更高，需要催化剂具备以下性能：

1.防止堵灰

水泥窑炉烟气中的粉尘，相对于燃煤电厂其粘性较大，会在催化剂的表面和孔道内堆积，造成脱硝效率降低，阻力不断上升，甚至造成催化剂堵塞风险。

2.防止催化剂碱中毒

水泥窑尾预热器出来的烟气中粉尘含量高达60~120 g/Nm3，且存在大量的碱土金属CaO，通过催化剂时，有堵塞催化剂的风险，易加快催化剂的磨损，同时催化剂在含高钙飞灰的烟气中长期运行会逐渐失活，这是水泥窑尾烟气SCR脱硝必须要解决的难点。

根据相关文献报到，瑞士ELEX公司2004年至2018年间，在欧美地区共建成8套水泥SCR脱硝装置，其中7套采用高尘布置，SCR系统布置在预热器C1 出口；1套采用中尘布置，SCR系统布置在电除尘器烟气出口后。8套SCR脱硝装置运行情况见表2。

表2 瑞士ELEX公司SCR脱硝试验装置运行情况

由表2可看出，高尘布置占有率为87.5%，所有装置实际运行脱硝效率均＞71.4%，这些数据及运行经验说明，只要能够针对性地解决催化剂堵灰、碱金属中毒的问题，高尘脱硝具有十分明显的经济性。

内容来源：华电光大