水泥煙氣SCR 脫硝技術經濟性分析

管肖肖

（武漢龍凈環保工程有限公司，武漢 430000）

目前，國內水泥行業的脫硝技術基本都采用分級燃燒、低氮燃燒聯合SNCR 技術，NOx脫除效率低，很難滿足愈發嚴格的排放標準[1]。國內外有一些水泥生產線SCR 運行案例，但未見其長期穩定運行且各項指標滿意、完全可推廣的技術案例報道，其主要原因是水泥SCR 脫硝技術路線尚達不到電廠燃煤鍋爐脫硝技術的成熟度和可靠度。本文針對水泥SCR 脫硝工藝路線進行了技術與經濟分析，以期為水泥行業脫硝路線的選擇提供參考。

1 水泥煙氣特點

（1）粉塵含量高，為60—120g/Nm3，高濃度的粉塵直接覆蓋催化劑表面，極易堵塞催化劑孔；粉塵中含有的Na、K、As、Ti 等金屬元素會使催化劑失活；粉塵粒徑小（小于10μm 的顆粒占75%—90%）、比電阻高，除塵難度大；粉塵堿金屬氧化物含量高易磨損催化劑。

（2）濕度大，水含量為8%—16%。

（3）高硫工況下，催化劑在促進脫硝反應的同時，會將SO2氧化為SO3，進而形成NH3HSO4和CaSO4等黏性物質覆蓋催化劑表面，造成催化劑效果降低甚至失效。

以上這些煙氣特點均增加了水泥行業SCR 脫硝的難度和投資成本。

2 水泥SCR 脫硝工藝路線

水泥SCR 脫硝基本原理是在催化劑作用下，用氨基還原劑將煙氣中的NOx還原為N2和H2O[2]。按照SCR 反應器在水泥煙氣治理工藝中的布置方式，水泥SCR 脫硝技術主要分為高溫高塵、高溫中塵、高溫低塵、中溫中塵、低溫低塵脫硝技術，工藝路線多樣。

（1）高溫高塵：該工藝將SCR 布置在預熱器廢氣出口處，水泥窯爐煙氣直接引入SCR 脫硝反應器。此處溫度為280℃—450℃，催化劑最成熟，脫硝活性高，初投資費用較低，但是塵濃度高、反應器除塵負擔大。

（2）高溫中塵：預熱器出口煙氣先通過電除塵處理，然后進行高溫脫硝。但是該工藝只能降低一部分粉塵，粉塵量并未降至毫克級別，而且電除塵器維護和運行成本高，其除塵效率受粉塵比電阻、高壓電源及其控制系統等多種因素的影響很大。對于高溫高濃度粉塵的情況，經常無法高效、穩定地運行。

（3）中溫中塵：SCR 反應器布置在余熱鍋爐后高溫風機前，在溫度為200℃—250℃的條件下脫硝，建設運行成本有所降低，粉塵的問題仍無法回避；催化劑活性較低、用量較大，而且這個溫度段易生成硫酸氫銨，黏性大易糊堵催化劑。因此，需要增設加熱再生裝置，系統復雜也增加了成本，而且對后續風機及設備提出了新的要求。

（4）低溫低塵：SCR 反應器布置在除塵器后，煙塵濃度低于20mg/Nm3，溫度低于150℃，煙氣量降低，建設成本低，但目前低溫催化劑不成熟難以實現穩定運行。

（5）高溫低塵：采用金屬濾料除塵，設備布置在預熱器廢氣出口處，放置于SCR 脫硝工藝前段進行高溫除塵，該工藝可減緩煙氣顆粒對后續脫硝催化劑的磨損、堵塞問題，將粉塵降至10mg/Nm3以內，大大降低了高溫催化劑用量，工程造價降低30%以上。高溫煙氣經除塵脫硝后進入余熱鍋爐，大幅減少了余熱鍋爐的磨損和管壁積灰，減少了設備維護工作和成本，可提高換熱效率，使得設備長期高效運轉。

3 工藝路線技術路線選擇原則

水泥窯爐煙氣治理路線應根據不同工況進行選擇。技術路線的選擇原則如下：

（1）改造項目。若原有項目能達標排放，可應用現有除塵設備，不增加投資，直接采用高溫脫硝方式，成本較低；廢催化劑如果沒有燒結，可以考慮再生，再生成本為新鮮催化劑的70%。沒有利用價值的廢催化劑已經被國家認定為危險廢物，需要按照危廢處置，處理價格為500—1000 元/m3催化劑。

（2）改造項目。若原有項目不能達標排放，則考慮采用金屬濾料+SCR 脫硝。該工藝除塵效果好,阻力小，所耗功率小，耗電量低；高溫除塵后，溫降小，可以有效降低粉塵對催化劑的影響，催化劑可選擇25 孔及更高孔數的催化劑，大大降低催化劑耗量，催化劑成本降低50%以上；金屬濾料維護無須停機，只需關閉獨立倉門，直接更換，簡單易操作。如果選擇金屬濾料+脫硝塵硝一體化設備，系統協同效果好，更有優勢。

（3）新建項目。可以考慮采用塵硝一體化技術方案，協同脫除煙氣污染物，達到超低排放，在整體布局、投資、工藝上比較有優勢。

（4）新建項目也可以考慮采用中溫中塵脫硝路線，但需要考慮副產物硫酸氫銨對于催化劑糊堵的影響。

經過綜合分析，“高溫高塵SCR 脫硝+余熱鍋爐+布袋除塵”與“高溫金屬濾袋除塵+SCR 脫硝+余熱鍋爐”的工藝路線是目前比較有競爭力的方案，為此，對這兩種方案的投資與運行進行比較。

4 高溫高塵與高溫低塵技術路線經濟性對比

高溫高塵脫硝技術路線為：先高溫脫硝再進入余熱鍋爐，最后進入布袋除塵，投資費用較低，結構單元簡單，改造項目可利舊原有除塵器，但催化劑性能要求高，壽命短，工況粉塵大，催化劑清灰系統壓力大，運行能耗高。高溫低塵脫硝一體化技術路線為：先通過高溫濾袋除塵再高溫脫硝，最后進入余熱鍋爐，除塵效果好且除塵放置在脫硝前端，可降低催化劑成本，大幅減少余熱鍋爐磨損和管壁積灰，提升換熱效率，減少設備運行維護工作和能耗，但該工藝投資成本較高。技術路線經濟性對比見上表（以某水泥廠2500t/d 熟料生產線為基準）。

高溫高塵與高溫低塵技術路線經濟性對比

從上表可以看出，高溫高塵路線的初投資為2383.9 萬元，高溫低塵路線的初投資為2904.5 萬元，高溫高塵比高溫低塵技術路線初投資低520.6 萬元。但是，高溫高塵的6 年運行投資總費用為4327.58 萬元，高溫低塵的6 年運行投資總費用為4206.59 萬元，高溫低塵路線比高溫高塵路線6 年總投資低120.99 萬元，主要是由于高溫高塵路線催化劑耗量大以及除塵器濾袋壽命較短。

5 結語

水泥脫硝治理需要承擔窯爐脫硫脫硝設施改造和運行帶來的熟料成本增加。在超低排放背景下，選擇脫硝技術路線需要具有高效率、低成本的特點。水泥SCR 脫硝技術工藝路線多樣，經過綜合分析，“高溫高塵SCR 脫硝+余熱鍋爐+布袋除塵”與“高溫金屬濾袋除塵+SCR 脫硝+余熱鍋爐”工藝路線是目前比較有競爭力的方案。其中，高溫高塵路線的初投資比高溫低塵技術路線低，但是6 年運行投資總費用較高一些。水泥廠家可根據自身項目實際狀況，選擇最合適的脫硝技術路線。