SCR技術(shù)在水泥行業(yè)的應(yīng)用探討

　　選擇性催化還原反應(yīng)（SCR）是通過向含有NOx的合適溫度的煙氣中噴入氨基還原劑，在催化劑的作用下，將其中的NOx還原成N₂和H₂O，以達(dá)到減排NOx的目的。在單獨(dú)依靠SNCR已不能穩(wěn)定、可靠地實(shí)現(xiàn)減排目標(biāo)時(shí)，降低NOx濃度。可同SNCR及其它技術(shù)聯(lián)合使用。SCR脫硝技術(shù)的原理如下：

　　4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O

　　4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2O

　　NO2+NO+2NH3→2N2+3H2O

　　SCR技術(shù)在火電鍋爐上得到了廣泛應(yīng)用，并已經(jīng)在玻璃窯爐等其它窯爐上得到使用，在德國、意大利等國家水泥窯也有應(yīng)用案例。

　　現(xiàn)在用于SCR催化劑的有效溫度為280~400℃，最近國內(nèi)正加大對水泥窯低溫催化劑的研發(fā)，根據(jù)近期研發(fā)成果表明：低溫催化劑效果較好的有錳鈰鈦體系和傳統(tǒng)的釩鎢鈦體系；工作溫度在150℃~270℃間具有較好的脫硝效率（＞90%）；堿性氧化物對催化劑性能的影響K₂O＞Na₂O＞CaO；運(yùn)行溫度在120℃及以下的催化劑仍處于研發(fā)階段。

　　國內(nèi)可用于水泥窯SCR脫硝的中溫催化劑（280~400℃）和低溫催化劑（150℃~270℃）進(jìn)入中試階段，根據(jù)掌握的情況來看，中溫催化劑在水泥行業(yè)的試驗(yàn)及應(yīng)用將略早于低溫催化劑。

　　SCR的工藝方案

　　根據(jù)現(xiàn)有掌握的資料來看，水泥窯SCR工藝方案主要有中溫高塵布置、低溫高塵布置和低溫低塵布置等三種形式。

　　1.中溫高塵布置方案

　　該方案布置在窯尾預(yù)熱器C1出口后余熱鍋爐（增濕塔）前，利用窯尾預(yù)熱器C1出口溫度滿足中溫催化劑300℃的溫度條件，實(shí)現(xiàn)SCR脫硝?？筛鶕?jù)工藝情況，選擇采用在脫硝反應(yīng)器進(jìn)口前設(shè)置預(yù)除塵電除塵器，去除大顆粒粉塵，將粉塵濃度控制在20g/Nm³以下（未上余熱鍋爐生產(chǎn)線）；或僅設(shè)置簡易除塵后進(jìn)入反應(yīng)器。可采用立式或臥式（管道式）反應(yīng)器（見圖）。

　　面臨的問題與解決措施

　　1）高粉塵濃度對系統(tǒng)的影響

　　水泥爐窯尾部的粉塵含量高達(dá)80～100g/Nm³，易造成催化劑孔隙堵塞，催化劑磨損加劇，致使系統(tǒng)壓降增加，給引風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行造成嚴(yán)重威脅，從而影響水泥爐窯生產(chǎn)線長期穩(wěn)定運(yùn)行。

　　解決措施：采用結(jié)構(gòu)預(yù)除塵設(shè)計(jì)，適當(dāng)降低粉塵濃度，特別是大顆粒粉塵；根據(jù)生產(chǎn)線粉塵實(shí)際情況，合理選擇催化劑節(jié)距及孔形狀；采用催化劑前端硬化；采用專用水泥SCR脫硝吹灰系統(tǒng)。

　　2）催化劑中毒問題

　　水泥爐窯煙氣中鈉、鉀等水溶性堿金屬化合物易與催化劑中的V2O5反應(yīng)導(dǎo)致催化劑中毒，從而降低催化劑的活性。CaO含量較高，附著于催化劑表面及內(nèi)層空隙，致使催化劑性能下降。

　　解決措施：進(jìn)行催化劑適應(yīng)性試驗(yàn)，并做配方調(diào)整；強(qiáng)化吹灰系統(tǒng)。

　　3）施工改造難度大

　　面臨空間不足和高空改造問題。對現(xiàn)有高溫風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓富裕量要求高。

　　解決措施：合理選擇立式或臥式反應(yīng)器；采用SNCR+SCR聯(lián)合工藝降低催化劑用量，降低壓損。

　　2.低溫高塵布置方案

　　該方案布置在窯尾余熱鍋爐同高溫風(fēng)機(jī)間或是增濕塔間出口后，利用余熱鍋爐出口溫度滿足低溫催化劑160℃的溫度條件，實(shí)現(xiàn)SCR脫硝。根據(jù)實(shí)際空間，可選擇設(shè)置預(yù)除塵電除塵器?？紤]施工改造難度，可優(yōu)先選擇臥式反應(yīng)器的布置形式。改造時(shí)，可采用先建造后煙道連接的方式，減少對水泥生產(chǎn)線的影響時(shí)間。

　　面臨的問題與解決措施：

　　1）高濃度粉塵，對系統(tǒng)及催化劑的影響。

　　同中溫高塵布置方案中內(nèi)容。

　　2）余熱鍋爐、增濕塔運(yùn)行的影響

　　反應(yīng)器位于余熱鍋爐或增濕塔后端，受其運(yùn)行情況影響。當(dāng)鍋爐換熱管破損及增濕塔運(yùn)行不正常時(shí)，由于煙氣含水量的升高，增加催化劑運(yùn)行水中毒風(fēng)險(xiǎn)。

　　解決措施：穩(wěn)定前端設(shè)備運(yùn)行；采取應(yīng)急切換保護(hù)措施。

　　3.低溫低塵布置方案

　　該方案布置在窯尾除塵同尾排風(fēng)機(jī)間，通過調(diào)整余熱鍋爐出口溫度或是取部分預(yù)熱器出口煙氣同余熱鍋爐出口煙氣混合滿足低溫催化劑160℃的溫度條件，實(shí)現(xiàn)SCR脫硝。鑒于除塵器后端空間相對寬松，綜合考慮可選擇立式反應(yīng)器。

　　面臨的問題與解決措施

　　1）反應(yīng)器進(jìn)口煙氣溫度的控制

　　反應(yīng)器進(jìn)口溫度穩(wěn)定在160℃以上，及溫度分布的均勻性。

　　2）反應(yīng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　反應(yīng)器內(nèi)部溫度的分布需更均勻，以保證反應(yīng)效率，減少反應(yīng)器內(nèi)局部冷凝水對催化劑的影響。

　　解決措施：采用CFD流場模擬設(shè)計(jì)和實(shí)體模擬驗(yàn)證，采用前置多點(diǎn)溫度檢測實(shí)時(shí)反饋溫度分布。

　　水泥窯NOx減排最佳工藝路線

　　隨著環(huán)保要求的提高，NOx減排上的工藝思路越發(fā)清晰。采用燃燒工藝優(yōu)化、分級燃燒等技術(shù)初步降低NOx濃度，采用SNCR技術(shù)進(jìn)一步降低NOx滿足階段環(huán)保要求，再根據(jù)環(huán)保要求采用SCR技術(shù)滿足最終最嚴(yán)格的環(huán)保要求。從成本控制考慮，穩(wěn)定低氮燃燒應(yīng)用效果，降低后續(xù)還原劑的投入成本；當(dāng)使用SNCR+SCR技術(shù)方案時(shí)，通過理論計(jì)算和實(shí)際調(diào)整，合理分配還原劑（氨/氨水）使用量，達(dá)到最低運(yùn)行成本的目的。

　　結(jié)論

　　鑒于近期國內(nèi)嚴(yán)峻的環(huán)保形勢，水泥企業(yè)均選擇先改造新上SNCR裝置，以快速達(dá)到環(huán)保要求的目的。在后期正常運(yùn)行中，由于脫硝運(yùn)行成本的壓力，各企業(yè)也必將加大低氮燃燒的應(yīng)用，加強(qiáng)生產(chǎn)精細(xì)管理和操作。

　　環(huán)保要求持續(xù)嚴(yán)格，必然帶來水泥行業(yè)SCR脫硝技術(shù)的應(yīng)用。國外已有至少6條水泥生產(chǎn)線安裝SCR裝置，主要集中在德國和意大利。國內(nèi)對水泥SCR脫硝催化劑的研發(fā)與試驗(yàn)，必然為水泥行業(yè)NOx減排提供新的選擇。