SCR 脫硝技術在水泥窯煙氣治理中的應用

張國偉

（江蘇昆侖互聯科技有限公司，江蘇 鹽城 224051）

1 水泥窯煙氣特點

1.1 煙氣含塵濃度高

高溫高塵選擇性催化還原技術（SCR）脫硝工藝布置在新型干法水泥生產線懸浮預熱器C1 下降管與窯尾余熱鍋爐間，此處溫度為280℃—350℃[1]，窯尾煙氣C1 含塵濃度為80—100g/m3[2]，在高塵運行工況下存在催化劑堵塞、磨損，微細粉及堿金屬堵塞中毒等問題。具體窯尾煙氣超低排放改造工藝見圖1，堿金屬氧化物含量見表1。

圖1 煙氣污染治理措施工藝流程

表1 水泥C1 下降管堿金屬氧化物含量分析

1.2 粉塵粒徑小

窯尾煙氣中粉塵粒徑小于5μm 的占50%，小于10μm 的占90%—97%（見圖2）。粉塵粒徑小，物理黏性強，導致吸附在催化劑上的粉塵清灰困難，對脫硝催化劑選型及吹灰器設計要求較高。

圖2 典型水泥煙塵顆粒粒徑

1.3 煙氣溫度高

新型干法窯外分解窯窯尾C1 下降管煙氣溫度為280℃—350℃。煙氣含濕量低，露點溫度為40℃左右，粉塵比電阻高達1012—1013Ω·cm。

2 高溫高塵SCR 脫硝設計

2.1 吹灰方式選擇

吹灰器是水泥窯SCR 脫硝關鍵技術，保證催化劑孔道清潔，降低系統阻力，保證系統長期穩定運行。結合水泥窯煙氣特性，采用聲波加熱空氣吹灰方案，阻力波動周期較短，阻力相對穩定，為避免冷空氣影響SCR 脫硝系統煙氣溫降，該工程采用熱空氣吹灰。

2.2 煙氣均布

做好反應器內煙氣煙塵的均布設置是滿足系統穩定運行的先決條件，計算機CFB 流場模擬是項目設計的基礎，區別于常規流場模擬范圍的是此設計中必須要考慮粉塵的相對均布，從而為SCR 催化劑煙塵均布創造穩定運行的基礎條件[2]。為保證反應器煙氣流場的均布，通過CFB 流場模擬，布置導流板設計方案，實現系統煙氣粉塵均布，流速偏差減小至0.5m/s。

2.3 合適的氨氮摩爾比

氨氮摩爾比對脫硝效率的影響較大，按照化學反應方程，氨氮摩爾比值為0.94，但實際上取值略大于0.94 才能有較為理想的氮氧化物（NOx）還原率,根據已有的工程經驗，氨氮摩爾比一般控制在1.1 左右，最大不超過2。

2.4 SCR 催化劑

催化劑是SCR 脫硝技術的核心，煙氣脫硝系統的催化劑采用多孔結構擠塑模塊，使用TiO2及玻璃纖維作為載體，敷涂V2O5、WO3等活性物質，添加WO3增加催化劑的物理強度，并抑制SO2向SO3的轉化，針對水泥煙氣特性，水泥窯SCR 催化劑添加MoO3可以增強抗重金屬中毒的能力。

3 高溫高塵SCR 脫硝技術應用

為滿足煙氣排放NOx的標準要求，某水泥廠5000t/d 新型干法水泥窯新增SCR 脫硝系統，在余熱鍋爐之前，增加高溫電除塵器和SCR 反應器。

3.1 降低SCR 反應器入口粉塵濃度

采用低阻高效高溫電除塵技術（280℃—350℃），煙氣進入SCR 脫硝系統前對煙氣粉塵進行預處理，將粉塵濃度降低至30—40g/Nm3。在電除塵器進口內設置折板型分布板，煙氣粉塵撞擊分布板，失去動能后降落至分布板下部灰斗進行預除塵，其余粉塵隨煙氣進入高溫電除塵器再收塵，從而降低粉塵濃度。

3.2 反應器系統

該系統采用20%濃度氨水作為還原劑，由預熱器C1 下降管控制擋板門，緩慢將煙氣并入電除塵及SCR 脫硝系統，待SCR 反應器溫度上升穩定后，要求SCR 脫硝反應器催化劑在300℃—420℃運行，觀察并記錄反應器進出口的壓差，然后啟動氨區氨水輸送泵，通過氨水計量系統將氨水送至氨水蒸發器，對應調節氨水輸送泵的頻率及氨水背壓閥組，控制反應器出口NOx≤50mg/Nm3。在適合的溫度范圍內，催化劑具有較高的活性，才能保證有效去除煙氣中的NOx。本方案催化劑選用中溫催化劑，其適用溫度為300℃—420℃，當煙氣溫度高于催化劑最高溫度420℃時，系統自動報警并將電除塵器入口控制擋板門關閉，隔離除塵脫硝系統，避免陶瓷載體催化劑發生燒結和脆裂，同時防止除塵脫硝設備因高溫膨脹受損變形。SCR 反應器每層催化劑壓差的變化反映了各層催化劑積灰情況，從而決定系統是否吹灰。反應器進出口的壓力傳感器主要用于測量催化劑進出口壓降，該壓降不超過新裝催化劑設計值的120%。本項目高溫高塵方案SCR 脫硝裝置的中溫催化劑每層設計壓降為150Pa，4 層催化劑壓降共計600Pa,當催化劑壓降超過720Pa 時，系統發出高壓差報警提示，立即投用吹灰系統。

3.3 控制系統

SCR 脫硝系統采用DCS 控制。控制系統能夠完成整個SCR 脫硝系統所有裝置的測量、監視、控制、報警、連鎖、操作、記錄等功能。根據SCR 反應器入口的粉塵含量、NOx濃度及脫硝效率要求，實現智能氨水流量控制、自動清灰、SCR 系統安全運行保護控制，并對所有系統運行數據實時監測、記錄。

3.4 吹灰系統

吹灰系統設置2 臺空壓機，單臺空壓機出氣量為43m3/min，系統裝備兩臺8m3壓縮空氣儲罐并聯。為SCR 脫硝系統間歇性提供壓縮空氣，儲氣罐出來的壓縮空氣經反應器下部的空氣換熱器加熱，將壓縮空氣加熱至130℃，每層催化劑安裝4 套吹灰器，每2 臺吹灰器一起吹灰，一層催化劑清灰共需兩個吹灰周期。

3.5 運行

該水泥廠SCR 脫硝項目某日8 小時運行數據見表2。

表2 水泥廠SCR 脫硝項目8 小時運行數據

以上數據基于業主NOx出口排放控制在50mg/Nm3以下，本項目協議指標要求脫硝系統連續運行7d，每天運行24h 的氨水耗量平均值不大于399.07kg/h，該工藝通過對脫硝前使用電除塵進行預收塵，對SCR反應器進行CFB 流場模擬，使氨氮混合達到最佳流場混合分布狀態，采用適應水泥窯粉塵特性的蜂窩催化劑，提高抗中毒能力，使用熱空氣對催化劑進行吹灰，避免溫降，通過對各技術的優化，保證脫硝系統的物料消耗量控制在較優狀態。

4 結語

隨著水泥窯脫硝除塵工藝路徑不斷深入研究與優化，“高溫電除塵+SCR 脫硝”一體化技術在水泥行業應用越來越廣泛。通過對高溫高塵脫硝系統進行技術優化與改進，對脫硝系統煙道進行流場模擬與優化分布，選擇對水泥窯煙氣適應性強的中溫催化劑，采用電除塵器高效收塵，防止煙氣粉塵濃度高造成催化劑堵塞、中毒等，整個脫硝系統運行穩定、可靠、運行阻力低，適合在水泥窯項目環保改造中應用及推廣。