水泥窯SCR脫硝吹灰方式的選擇應用

廖玉云（合肥水泥研究設計院安徽合肥 230051）

水泥窯SCR脫硝吹灰方式的選擇應用

廖玉云
（合肥水泥研究設計院安徽合肥 230051）

SCR脫硝技術的核心是催化劑，水泥窯煙氣中粉塵含量高，易使催化劑堵塞和中毒失活。有效的吹灰系統(tǒng)是水泥窯SCR脫硝催化劑正常運行的關鍵之一。本文論述了水泥窯SCR脫硝吹灰裝置比較與選擇，為水泥窯SCR脫硝技術的進一步完善和推廣提供一定的積累。

水泥窯SCR脫硝；吹灰裝置

1 前言

現階段，SNCR技術是我國水泥行業(yè)煙氣脫硝的主流技術，其脫硝成本較低，工藝較簡單，脫硝效率一般為40～70%左右，難以實現最大限度的NOx減排。水泥工業(yè)作為主要的氮氧化物排放源，未來必將實行更為嚴格的排放標準。選擇性催化還原法（SCR）是一種高脫硝效率、低氨逃逸的脫硝技術，在已運行的電站鍋爐SCR裝置中，脫硝率達到80～90%，氨逃逸在3mg/Nm3以下，非常符合水泥廠進一步的高脫硝效率要求。

參照國外水泥窯SCR脫硝經驗，SCR反應器一般布置在窯尾懸浮預熱器出口之后，此時煙氣中存在大量的堿土金屬CaO，進入SCR反應器后易在催化劑表面形成積灰搭橋堵塞，同時加快催化劑的磨損和中毒。因此，設置有效的吹灰方式，及時清除催化劑表面的積灰、保證催化劑的活性和使用壽命是SCR脫硝系統(tǒng)高效穩(wěn)定運行的關鍵。

2 水泥窯SCR脫硝及煙氣特性

目前，水泥窯主流的SCR脫硝工藝布置是高溫高塵布置法（見圖1高塵法）：反應器布置在窯尾預熱器出口之后的位置。煙氣溫度在300～400℃范圍內，非常適合目前商用催化劑的反應溫度，脫硝效率很高。但煙氣中全部粉塵均會通過反應器，反應器的工作在“原始”的高塵煙氣中。

圖1 水泥窯高溫高塵法SCR布置工藝圖

3 吹灰器的類型及選擇

水泥窯的SCR脫硝改造普遍面臨著催化劑的吹灰方式選擇難題，在吹灰方式的選擇上，除了要考慮吹灰效果外，還要考慮對催化劑的磨損影響。目前SCR脫硝系統(tǒng)上普遍應用的催化劑吹灰方式包括聲波吹灰、蒸氣吹灰和壓縮空氣吹灰?guī)追N形式，一般根據煙氣成分、粉塵濃度、積灰部位、積灰程度、粉塵粘度等特性以及吹灰器的性能特點等因素，選擇清灰效率高、效果好的吹灰方式。

3.1 聲波吹灰技術

聲波吹灰技術主要是由聲波發(fā)生頭將壓縮空氣攜帶的能量轉化為高聲強聲波，通過聲波的作用力使灰粒子和空氣分子產生振動，破壞和阻止灰粒子在催化劑表面結合，使之處于懸浮流化狀態(tài)，以便煙氣或自身重力將其帶走。在聲波的高能量作用下，粉塵不能再熱交換表面積聚，可有效阻止積灰的生長。膜片式聲波吹灰器所用壓縮空氣壓力為0.5Mpa-0.7Mpa左右[1]。

在使用聲波吹灰器時，每層催化劑模塊的上方都需設置聲波吹灰器，以盡可能地將催化劑吹掃干凈，防止煙氣中的飛灰在催化劑上沉積、堵塞催化劑孔道而造成催化劑脫硝效率的下降。

聲波吹灰不存在清灰死角的問題，清灰非常徹底。同時，屬于非接觸式的清灰方式，不會對催化劑造成磨損，可延長催化劑的使用壽命，降低.SCR的維護成本。3.2 蒸汽吹灰技術

蒸汽吹灰系統(tǒng)是利用高壓蒸汽的射流沖擊力清除設備表面上的積灰。蒸汽吹灰系統(tǒng)的流體介質為蒸汽，其必須有一定的過熱度，以避免蒸汽含水流入催化劑而使催化劑失效。蒸汽吹灰系統(tǒng)的特性要求如下： 蒸汽壓力0.6Mpa～1.0Mpa，蒸汽至少要比其在相應壓力下的飽和溫度高出50～100℃。

SCR脫硝工程常用可伸縮的耙式蒸氣吹灰器來清除催化劑表面的積灰，其結構為在母管上每隔一定距離（一個行程）開一個支管，支管上開有一定直徑（80～150mm）左右的噴射孔；過熱蒸氣自噴射孔沿煙氣流動的方向吹掃催化劑表面的積灰，吹灰器移動一個行程后蒸氣吹掃就覆蓋了SCR反應器內的整個催化劑表面[2]。圖2為耙式蒸氣吹灰器安裝示意圖。

圖3 壓縮空氣吹灰系統(tǒng)催化劑層橫截面圖

圖2 耙式蒸汽吹灰器示意圖

一般每層催化劑模塊的上方都需設置蒸氣吹灰器，各層吹灰器的吹掃時間錯開，根據實際情況（如壓差變化）來增加或減少吹掃次數。耙式蒸氣吹灰器的清灰強度大，對于催化劑表面已形成的松散型積灰清除效果良好。但由于催化劑的特殊結構，蒸汽吹灰器存在吹灰死角，對催化劑內部積灰以及SCR反應器邊緣積灰的處理效果有所減弱，此外，由于SCR反應器中導流板很難完全糾正煙氣流垂直于催化劑表面，導致蒸汽吹灰器對催化劑的磨損不可避免[3]。

3.3 壓縮空氣吹灰技術

壓縮空氣吹灰技術工作原理與蒸汽吹灰技術基本相同，噴吹介質為經加熱的壓縮空氣。工作壓力一般在0.6Mpa以上。圖3所示為德國Mergelstetten水泥廠SCR脫硝系統(tǒng)的壓縮空氣吹灰系統(tǒng)的催化劑層截面圖。該廠的做法是：為了防止催化劑部件的粉塵堆積，在每層催化劑層的上方，安裝壓縮空氣噴吹噴嘴，如圖3所示，噴嘴設計成能夠在催化劑層整個頂面上反復啟動。由空壓機提供熱風( ＞ 140 °C)。壓縮空氣被設計成從頂層開始自上而下周期性清掃，每個周期持續(xù)大約20分鐘，即: 每個催化劑層每小時清掃3次。

4 水泥窯吹灰器選擇與使用

結合水泥窯爐煙塵特性，聲波吹灰器難以適應清除水泥窯煙氣粉塵量大而又粘性大的特點，蒸汽吹灰和壓縮空氣吹灰因其較強力清灰的特點，而更加適應水泥窯爐脫硝工程的吹灰需要。由于水泥廠內蒸汽產氣量少，采用壓縮空氣吹灰更為合適，但壓縮空氣吹灰需要瞬間壓縮空氣耗量較大，正常達到0.6～1Nm3/s，且吹灰壓力需要控制在0.6Mpa以上，現有窯爐的壓縮空氣量一般難以滿足供應吹灰器的需要，因此，一般需要增設空壓機，采用周期運行間歇補氣的工作方式進行吹灰。

5 結論

結合水泥窯煙塵特性，水泥窯尾煙塵中CaO等堿/堿土金屬含量高，易造成催化劑堵塞和中毒，分析得出聲波吹灰、蒸汽吹灰和壓縮空氣吹灰三種清灰方式中，壓縮空氣吹灰方式更加適合水泥窯SCR脫硝催化劑的清灰，可聯(lián)合聲波吹灰方式共同進行吹灰。目前，該技術應用尚未成熟，還處于探索和試驗階段。

[1]邵春宇等，不同吹灰器在SCR脫硝系統(tǒng)中的特性比較及實例應用[J]，能源與環(huán)境 2014年第5期。

[2]呂宏俊等，吹灰器在SCR脫硝系統(tǒng)中的選用[J]，中國環(huán)保產業(yè)，2015年第4期。

[3]顧彧等，SCR積灰特性及清灰技術的比較分析[J]，能源研究與利用，2008 年04期

TQ172

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1007-6344（2016）04-0001-01

廖玉云，女，出生于1984年，碩士研究生畢業(yè)，現就職于合肥水泥研究設計院，從事環(huán)境保護及大氣治理方面工作