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脫硝系統高效穩定運行的關鍵。

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幾種形式，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，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脫硝系統的壓縮空氣吹灰系統的催化劑層截面圖。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脫硝系統中的特性比較及實例應用[J]，能源與環境 2014年第5期。

[2]呂宏俊等，吹灰器在SCR脫硝系統中的選用[J]，中國環保產業，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，現就職于合肥水泥研究設計院，從事環境保護及大氣治理方面工作