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水泥窯尾煙氣SCR脫硝技術(shù)分析

水泥窯尾煙氣特點(diǎn)：

（1）NOx含量高，為300~1300mg/Nm3。

（2）濕度大，水含量8~16%；水蒸氣露點(diǎn)一般為45~55℃。

（3）粉塵含量高，煙塵濃度達(dá)60~120 g/Nm3，并含有堿土金屬氧化物等腐蝕性成分。

（4）粉塵粒徑小（小于10μm的顆粒約占75~90%）、比電阻高，除塵難度大。

（5）粉塵中堿金屬氧化物含量高。

以上這些煙氣特點(diǎn)均增加了脫硝的難度和投資成本。

水泥窯尾煙氣SCR脫硝難點(diǎn)：

目前，國外有一些水泥生產(chǎn)線 SCR運(yùn)行案例，但未見其長期穩(wěn)定運(yùn)行且各項(xiàng)指標(biāo)滿意、完全可推廣的技術(shù)案例報(bào)導(dǎo)，其主要原因是，水泥生產(chǎn)工藝的高效脫硝技術(shù)路線尚達(dá)不到電廠燃煤鍋爐脫硝技術(shù)的成熟度和可靠度。自2018年起，國內(nèi)有幾個(gè)水泥窯SCR脫硝工程陸續(xù)開始建設(shè)，但到目前為止還沒有長期穩(wěn)定運(yùn)行的報(bào)導(dǎo)，幾個(gè)項(xiàng)目中投運(yùn)時(shí)間較長的已經(jīng)暴露出催化劑堵塞問題。水泥窯尾預(yù)熱器出來的煙氣中粉塵含量高達(dá)60~120 g/Nm3，且存在大量的堿土金屬CaO，通過催化劑時(shí)，有堵塞催化劑的風(fēng)險(xiǎn)，易加快催化劑的磨損，同時(shí)催化劑在含高鈣飛灰的煙氣中長期運(yùn)行會(huì)逐漸失活，這是水泥窯尾煙氣SCR脫硝必須要解決的難點(diǎn)。造成催化劑失活的幾種可能原因是：

（1）氧化鈣造成微孔的堵塞

水泥窯尾飛灰中CaO含量高，粘性大；且飛灰粒徑小，大部分在10μm以下。飛灰與催化劑接觸時(shí)極易吸附在催化劑表面堵塞催化劑微孔，造成催化劑活性下降。但是CaO在飛灰中相對其他成分與催化劑組分的親和性不是特別突出，并不是特別容易擴(kuò)散進(jìn)入催化劑中的組分。此外，相對化學(xué)作用，物理作用一般是可逆的。通過周期性的吹灰可以將沉積在催化劑表面的飛灰及時(shí)去除，故CaO對催化劑微孔的堵塞一般不是活性下降的主要原因。

（2）氧化鈣的堿性造成催化劑酸性下降

由于CaO自身是含有堿性的物質(zhì)，而目前使用的V2O5基催化劑中的活性位是酸性的，沉積在催化劑表面的 CaO會(huì)中和催化劑表面的酸位，阻斷催化反應(yīng)的發(fā)生。水泥窯尾飛灰濃度高、飛灰中含鈣量高， CaO的堿性對催化劑的影響應(yīng)引起重視。

（3）生成的CaSO4引起活性下降

由于沉積在催化劑表面的CaO與煙氣中的SO3反應(yīng)生成的 CaSO4，而造成催化劑微孔的堵塞是催化劑性能下降的主要原因。CaO中毒機(jī)理包括四個(gè)步驟。

步驟 1 – CaO附著到催化劑表面上的宏觀孔中。

步驟 2 – SO3滲漏CaO顆粒周圍的氣膜。

步驟 3 – SO3擴(kuò)散到CaO顆粒中。

步驟 4 – 隨著SO3向CaO顆粒中擴(kuò)散到，它與CaO反應(yīng)，生成CaSO4。

在CaO中毒過程中，CaO首先在催化劑表面沉積，沉積速度相對較慢。沉積在催化劑表面的CaO與煙氣中SO3的反應(yīng)屬于氣固反應(yīng)，由于在催化劑表面有活性物質(zhì)催化氧化SO2生成SO3，SO3濃度相對較高，反應(yīng)速度為快速反應(yīng)。快速反應(yīng)生成的CaSO4的體積會(huì)膨脹14%左右，會(huì)遮蔽反應(yīng)活性位，堵塞催化劑表面，影響反應(yīng)物在催化劑微孔結(jié)構(gòu)內(nèi)的擴(kuò)散。在 CaO 中毒機(jī)理中，其中CaO的沉積速度相對較慢，是控制關(guān)鍵，降低CaO在催化劑表面的沉積量是減緩催化劑中毒的有效手段。

水泥窯尾煙氣SCR脫硝技術(shù)路線

4.1中溫脫硝技術(shù)路線

310~450℃溫度區(qū)間脫硝，脫硝活性高，催化劑用量少，無需加熱再生設(shè)備，運(yùn)行成本低，可實(shí)現(xiàn)長期穩(wěn)定可靠運(yùn)行。水泥窯爐的窯尾出口煙氣溫度約310~450℃，是最佳SCR脫硝溫度反應(yīng)區(qū)，但是該處粉塵含量高、堿金屬含量高，會(huì)導(dǎo)致催化劑堿中毒和堵塞，影響中高溫SCR脫硝劑的使用壽命，因此需要將煙氣除塵后再送入SCR反應(yīng)器。“高溫除塵+中溫SCR 脫硝”的工藝路線無需額外補(bǔ)能就可以實(shí)現(xiàn)長期穩(wěn)定運(yùn)行，使水泥生產(chǎn)中的除塵脫硝工藝具備高效減排、節(jié)能節(jié)材的明顯優(yōu)勢。

4.2中低溫脫硝技術(shù)路線

200~210℃溫度段脫硝，催化劑活性較低，用量較大，且這個(gè)溫度段是硫銨生成的最佳溫度段。煙氣中SO3與NH3反應(yīng)生成硫銨副產(chǎn)物，易糊堵催化劑，引起催化劑失活，且硫銨粘性大，難以使用吹灰器吹掉。因此，需要采用增設(shè)加熱再生裝置的方式，不定期將煙氣加熱到350℃來緩解硫銨對催化劑的影響。但是這樣增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，且對后續(xù)風(fēng)機(jī)及設(shè)備提出了新的要求。

4.3低溫脫硝技術(shù)路線

70~120℃的脫硝催化劑國內(nèi)外報(bào)道的應(yīng)用很少，成功應(yīng)用案例也很少，目前國內(nèi)的低溫催化劑起活溫度一般≥150℃。在70~120℃溫度區(qū)間，催化劑活性很低，催化劑使用量大，價(jià)格昂貴，工程造價(jià)高。在此溫度下煙氣成分對活性有很大影響，需要煙氣幾乎無塵，SO2含量小于10mg/Nm3，水含量也很少。目前水泥行業(yè)煙氣中的水含量較高，達(dá)到8~16%，低溫下水對催化劑活性影響非常大，H2O會(huì)和反應(yīng)物NH3搶奪催化劑表面的活性位，導(dǎo)致催化劑迅速失活，尤其當(dāng)水含量>10%，尤為明顯。同時(shí)煙氣中也有少量硫和堿金屬，運(yùn)行中長期累積在催化劑表面，極易導(dǎo)致催化劑失活。

在70~120℃溫度段和200~210℃溫度段進(jìn)行脫硝，如果采用“熱風(fēng)爐+GGH”的工藝，將煙氣加熱到250~280℃，再進(jìn)行SCR脫硝，雖然脫硝效率可以得到保證，但是水泥窯煙氣量大，不僅設(shè)備的投資費(fèi)用很高，而且加熱煙氣所消耗的燃料量也相當(dāng)巨大，運(yùn)行成本也非常高。

——文章來源（完全管理網(wǎng)）

綜上所述，高溫除塵+中溫SCR 脫硝的路線是最理想的一種方式。

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