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水泥窯尾煙氣SCR脫硝技術分析

水泥窯尾煙氣特點：

（1）NOx含量高，為300~1300mg/Nm3。

（2）濕度大，水含(han)量8~16%；水蒸氣露點一般為45~55℃。

（3）粉塵含量高，煙(yan)塵濃(nong)度達(da)60~120 g/Nm3，并(bing)含有堿土金屬(shu)氧化物等腐蝕性成分(fen)。

（4）粉塵粒徑小（小于10μm的顆(ke)粒約占75~90%）、比(bi)電阻(zu)高，除塵難(nan)度大。

（5）粉塵中堿(jian)金(jin)屬(shu)氧(yang)化物含量高。

以上(shang)這些煙氣特點均(jun)增加(jia)了(le)脫硝(xiao)的難度和投(tou)資成(cheng)本。

水泥窯尾煙氣SCR脫硝難點：

目前，國外(wai)有一些(xie)水泥生產線(xian) SCR運行案例(li)，但未(wei)見其長期穩定(ding)運行且各(ge)項指標滿意(yi)、完(wan)全可(ke)推(tui)廣的(de)技(ji)術(shu)案例(li)報導，其主要原因是，水泥生產工藝(yi)的(de)高(gao)效脫(tuo)硝(xiao)(xiao)技(ji)術(shu)路(lu)線(xian)尚達不到電廠(chang)燃煤(mei)鍋爐脫(tuo)硝(xiao)(xiao)技(ji)術(shu)的(de)成熟度和可(ke)靠度。自(zi)2018年起，國內有幾個水泥窯SCR脫硝工程陸續開始(shi)建設，但到目前為止還沒有長(chang)期穩定運(yun)行的報導，幾個項目中投運(yun)時間(jian)較長(chang)的已經暴露出催化劑堵塞問題。水泥窯(yao)尾預(yu)熱(re)器出來的(de)煙氣中(zhong)粉(fen)塵含(han)量高達60~120 g/Nm3，且存在(zai)大量的(de)堿土金屬CaO，通過催(cui)化劑時，有堵塞催(cui)化劑的(de)風(feng)險，易加快催(cui)化劑的(de)磨損，同時催(cui)化劑在(zai)含(han)高鈣飛灰(hui)的(de)煙氣中(zhong)長(chang)期運(yun)行會逐漸失活，這是水泥窯(yao)尾煙氣SCR脫硝必(bi)須要解決的(de)難點。造成催(cui)化劑(ji)失活(huo)的幾種可能原因(yin)是：

（1）氧(yang)化(hua)鈣(gai)造成微孔的堵(du)塞

水(shui)泥窯(yao)尾飛灰中CaO含量(liang)高，粘性大；且飛灰粒徑(jing)小(xiao)，大部分在(zai)10μm以下。飛灰與(yu)催(cui)化(hua)劑(ji)(ji)接觸時極易吸附在(zai)催(cui)化(hua)劑(ji)(ji)表面(mian)堵塞催(cui)化(hua)劑(ji)(ji)微孔(kong)，造成催(cui)化(hua)劑(ji)(ji)活性下降。但是(shi)(shi)CaO在飛(fei)灰(hui)中相對其他成分(fen)(fen)與(yu)催化劑組分(fen)(fen)的親和性(xing)不是(shi)(shi)特別突出，并不是(shi)(shi)特別容易(yi)擴(kuo)散(san)進入催化劑中的組分(fen)(fen)。此外，相對化學作(zuo)用，物理作(zuo)用一(yi)般是可逆的。通(tong)過周期(qi)性的吹灰(hui)(hui)可以將(jiang)沉(chen)積在催化劑(ji)表面的飛灰(hui)(hui)及時去除(chu)，故(gu)CaO對催化劑(ji)微孔的堵塞一(yi)般不是(shi)活(huo)性下降的主(zhu)要原(yuan)因。

（2）氧化鈣的(de)堿(jian)性造成(cheng)催化劑酸性下降

由于(yu)CaO自身是含有(you)堿性(xing)的(de)(de)(de)(de)物質，而目前使用(yong)的(de)(de)(de)(de)V2O5基催化劑中的(de)(de)(de)(de)活性(xing)位是酸性(xing)的(de)(de)(de)(de)，沉積(ji)在催化劑表面的(de)(de)(de)(de) CaO會(hui)中和(he)催化劑表面的(de)(de)(de)(de)酸位，阻斷催化反應的(de)(de)(de)(de)發生。水泥窯尾(wei)飛(fei)灰濃(nong)度(du)高(gao)、飛(fei)灰中含鈣(gai)量高(gao)， CaO的堿(jian)性對催化(hua)劑的影(ying)響應引起重視。

（3）生成的CaSO4引起(qi)活(huo)性下降

由于沉(chen)積在催(cui)(cui)(cui)化劑(ji)(ji)表面的(de)CaO與煙(yan)氣中的(de)SO3反應生(sheng)成的(de) CaSO4，而造(zao)成催(cui)(cui)(cui)化劑(ji)(ji)微孔的(de)堵塞是催(cui)(cui)(cui)化劑(ji)(ji)性能下降的(de)主要(yao)原因(yin)。CaO中(zhong)毒機(ji)理包括四個步(bu)驟。

步驟 1 – CaO附著到催化劑表面(mian)上的(de)宏觀(guan)孔(kong)中。

步(bu)驟 2 – SO3滲漏CaO顆(ke)粒周圍(wei)的(de)氣膜。

步驟 3 – SO3擴散(san)到(dao)CaO顆粒中。

步(bu)驟 4 – 隨(sui)著SO3向CaO顆粒中擴(kuo)散到(dao)，它與CaO反應(ying)，生成CaSO4。

在CaO中(zhong)毒(du)過程中(zhong)，CaO首(shou)先在催(cui)化劑表(biao)面沉積，沉積速度(du)相對(dui)較慢(man)。沉積在催(cui)化劑表(biao)(biao)面的CaO與煙氣(qi)(qi)中SO3的反(fan)應屬于氣(qi)(qi)固反(fan)應，由于在催(cui)化劑表(biao)(biao)面有活性(xing)物質催(cui)化氧(yang)化SO2生成SO3，SO3濃度(du)相對較(jiao)高(gao)，反(fan)應速度(du)為(wei)快速反(fan)應。快速反應生成的(de)CaSO4的(de)體積會(hui)膨脹14%左右(you)，會(hui)遮蔽(bi)反應活性位，堵塞催(cui)化(hua)劑表面，影響反應物在催(cui)化(hua)劑微孔結構內的(de)擴散(san)。在 CaO 中(zhong)(zhong)毒機理中(zhong)(zhong)，其中(zhong)(zhong)CaO的沉(chen)積(ji)速度相對較慢，是(shi)控(kong)制(zhi)關鍵，降低CaO在催化(hua)劑表面的沉(chen)積(ji)量是(shi)減緩催化(hua)劑中(zhong)(zhong)毒的有效(xiao)手段。

水泥窯尾煙氣SCR脫硝技術路線

4.1中溫脫硝技(ji)術(shu)路線

310~450℃溫度區間脫硝，脫硝活性高(gao)，催(cui)化劑(ji)用(yong)量少，無需(xu)加熱再(zai)生設備，運行成本低，可實(shi)現長(chang)期穩定可靠運行。水泥窯爐的窯尾出口煙(yan)氣(qi)溫度約310~450℃，是最佳SCR脫硝溫度反應(ying)(ying)區，但是該處粉塵含(han)量高、堿金屬含(han)量高，會導致催(cui)化劑堿中(zhong)毒和(he)堵塞(sai)，影響中(zhong)高溫SCR脫硝劑的使(shi)用壽命，因(yin)此需要將(jiang)煙(yan)氣(qi)除塵后再送(song)入SCR反應(ying)(ying)器。“高溫除塵+中溫SCR 脫硝”的工藝路線無需額外補能就可以實現長期穩定運行，使水泥生產中的除塵脫硝工藝具備高效減排、節能節材的明顯優勢。

4.2中低溫脫(tuo)硝技術路線

200~210℃溫(wen)度(du)段脫硝(xiao)，催(cui)化劑(ji)活(huo)性較低，用量較大，且(qie)這個溫(wen)度(du)段是硫(liu)銨生成的最佳溫(wen)度(du)段。煙氣(qi)中(zhong)SO3與NH3反應生成硫銨副(fu)產物(wu)，易糊堵催化劑，引起催化劑失活(huo)，且硫銨粘性大，難以(yi)使用吹灰器吹掉。因此，需要采用增設加熱(re)再生裝置的方式，不(bu)定期將煙氣加熱(re)到350℃來緩(huan)解(jie)硫銨對催化劑的影響。但是這(zhe)樣增(zeng)加了系統的復(fu)雜性，且對后續風機及設(she)備(bei)提出了新(xin)的要求。

4.3低溫(wen)脫硝技術路線

70~120℃的(de)脫硝催化劑國內外報道的(de)應(ying)用很少，成功(gong)應(ying)用案例也很少，目前國內的(de)低溫(wen)(wen)催化劑起活溫(wen)(wen)度一(yi)般≥150℃。在70~120℃溫度區(qu)間，催化(hua)劑(ji)活性很低，催化(hua)劑(ji)使用(yong)量大，價格昂貴，工程造(zao)價高。在此(ci)溫度下(xia)煙(yan)氣成分對(dui)活性有很大(da)影響，需要煙(yan)氣幾(ji)乎無(wu)塵，SO2含量小(xiao)于10mg/Nm3，水(shui)含量也很少。目前水(shui)泥行(xing)業煙氣中的(de)水(shui)含(han)量較高，達到(dao)8~16%，低溫下水(shui)對(dui)催(cui)化劑活性影(ying)響非常大，H2O會和反(fan)應物NH3搶奪(duo)催(cui)化劑表面(mian)的(de)活性位，導致(zhi)催(cui)化劑迅速失(shi)活，尤(you)其當水(shui)含(han)量>10%，尤(you)為明顯(xian)。同時煙氣中(zhong)也有少量硫(liu)和堿金屬，運行中(zhong)長(chang)期累積在催化(hua)(hua)劑(ji)表面，極易導致催化(hua)(hua)劑(ji)失活(huo)。

在(zai)70~120℃溫度(du)段和(he)200~210℃溫度(du)段進行(xing)(xing)脫(tuo)硝(xiao)，如果采用(yong)“熱風爐(lu)+GGH”的(de)(de)工藝，將煙(yan)氣加熱到250~280℃，再進行(xing)(xing)SCR脫(tuo)硝(xiao)，雖然脫(tuo)硝(xiao)效率(lv)可(ke)以得到保證，但是(shi)水泥(ni)窯煙(yan)氣量大(da)，不(bu)僅設備的(de)(de)投資費(fei)用(yong)很高(gao)，而且加熱煙(yan)氣所消耗的(de)(de)燃(ran)料量也(ye)相(xiang)當巨大(da)，運行(xing)(xing)成本也(ye)非常高(gao)。

——文章來源（完全管理網）

綜上所述，高溫除塵+中溫SCR 脫硝的路線是最(zui)理想的一種方式。

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