水泥窯爐煙氣SCR脫硝技術(shù)的現(xiàn)狀分析

吳杰 邢俊冬

摘? 要：煙氣SCR脫硫技術(shù)作為我國電力行業(yè)生產(chǎn)中進(jìn)行污染控制應(yīng)用的一項(xiàng)重要技術(shù)，其在電力行業(yè)生產(chǎn)中技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展相對(duì)成熟，能夠?qū)Φ趸锏呐欧趴刂圃?0mg/Nm3水平以下，以有效避免電力生產(chǎn)的氮氧化物排放污染影響。該文在對(duì)水泥窯爐煙氣SCR脫硝技術(shù)原理分析基礎(chǔ)上，結(jié)合其技術(shù)應(yīng)用的影響因素，對(duì)水泥窯爐煙氣SCR脫硝技術(shù)的現(xiàn)狀進(jìn)行研究，以促進(jìn)其技術(shù)優(yōu)化改進(jìn)與在實(shí)踐中推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：水泥窯爐? 煙氣? SCR脫硝? 技術(shù)? 現(xiàn)狀? 分析

中圖分類號(hào)：TQ17 ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1672-3791（2019）04（c）-0069-02

值得注意的是，水泥工業(yè)作為氮氧化物的主要排放源之一，有研究顯示，水泥工業(yè)生產(chǎn)中煙氣污染物排放總量中，對(duì)氮氧化物的排放量在全國工業(yè)總排放量中占到10%～12%的比例，由此可見，水泥工業(yè)生產(chǎn)煙氣污染排放控制形勢(shì)十分嚴(yán)重，尤其是隨著國家對(duì)污染排放控制要求的不斷提高，水泥行業(yè)所面臨的氮氧化物污染排放控制壓力也更大。

1? 煙氣SCR脫硝技術(shù)及其工作原理分析

煙氣SCR脫硝技術(shù)，即選擇性催化還原法（SCR），它是一種具有高脫硝效率與低氨逃逸效果的脫硝技術(shù)。其中，高效催化劑是煙氣SCR脫硝技術(shù)的核心，根據(jù)煙氣SCR脫硝技術(shù)在電力行業(yè)發(fā)電鍋爐SCR裝置中的應(yīng)用情況，其進(jìn)行脫硝處理的工藝效率能夠達(dá)到80%～90%之間，并且脫硝處理中氨逃逸情況控制在3mg/Nm3水平以下，完全能夠滿足水泥工業(yè)煙氣排放的高脫硝效率要求，是水泥工業(yè)煙氣排放氮氧化物深度治理的有效技術(shù)。

煙氣SCR脫硝技術(shù)的工作原理是通過霧化噴射系統(tǒng)將氨或尿素在具有催化劑的情況下噴入到反應(yīng)器內(nèi)，以在合適的溫度區(qū)間內(nèi)對(duì)煙氣中的NOx進(jìn)行選擇性的還原，使之生成N2和H2O，從而達(dá)到煙氣SCR脫硝的目的，該技術(shù)進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)中煙氣排放控制運(yùn)用的脫硝率能夠達(dá)到85%～95%之間，其脫硝工藝系統(tǒng)中以二氧化鈦、沸石基材料以及五氧化二釩作為催化劑，包含蜂窩式與板式等多種不同樣式。如式（1）和（2）所示，為煙氣SCR脫硝技術(shù)的催化反應(yīng)公式。其中，式（1）為煙氣SCR脫硝技術(shù)的主反應(yīng)公式。

在上述催化還原反應(yīng)過程中，通過催化劑反應(yīng)與NO通過反應(yīng)生成不穩(wěn)定的中間化合物，同時(shí)對(duì)NO和還原劑之間的反應(yīng)提供支持，實(shí)現(xiàn)脫硝反應(yīng)活化能降低，以促進(jìn)脫硝反應(yīng)的效率提升，達(dá)到相應(yīng)的煙氣脫硝處理目的。值得注意的是，煙氣SCR脫硝技術(shù)在電力行業(yè)的應(yīng)用較為廣泛，火電廠發(fā)電生產(chǎn)中其鍋爐燃燒能源以煤炭為主，其煙氣排放受煤燃燒排放氣體成分的影響較大，而工業(yè)生產(chǎn)中鍋爐燃燒的高溫氣體成分則相對(duì)復(fù)雜，且含塵量較大，是以燃煤及相關(guān)物料的各種成分為主，因此，其煙氣SCR脫硝技術(shù)運(yùn)用的具體工藝也更加復(fù)雜，成本投入相對(duì)較大。

2? 煙氣SCR脫硝技術(shù)應(yīng)用的影響因素分析

煙氣SCR脫硝技術(shù)的核心是催化劑，因此，該技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的運(yùn)用實(shí)現(xiàn)，對(duì)其技術(shù)效能具有重要影響作用因素還是催化劑與還原劑的選擇。其中，催化劑對(duì)SCR脫硝技術(shù)的效能影響上，對(duì)其所對(duì)應(yīng)的工藝系統(tǒng)脫硝效果及投入成本有著直接的關(guān)系，同時(shí)對(duì)整個(gè)工藝系統(tǒng)設(shè)備的采購以及更換、維護(hù)等也存在著一定的影響。一般情況下，煙氣SCR脫硝技術(shù)運(yùn)用中對(duì)催化劑的選擇，多以活性高且壽命較長、經(jīng)濟(jì)性較好、無二次污染的催化劑類型為主，并且要求其具有合適的活性溫度窗口，不容易出現(xiàn)中毒失效等情況，具有再生效果。以煙氣SCR脫硝技術(shù)工藝中常用的二氧化鈦催化劑為例，它屬于一種堿金屬催化劑，該催化劑的最佳反應(yīng)溫度一般在300℃～400℃之間。此外，針對(duì)煙氣SCR脫硝技術(shù)原理，國內(nèi)在針對(duì)該技術(shù)工藝的研究中所開發(fā)實(shí)現(xiàn)的新型催化劑以中溫?zé)煔饷撓跆幚砗偷蜏責(zé)煔饷撓跆幚韮煞N類型為主，其最佳反應(yīng)溫度分別為220℃～410℃和130℃～170℃之間，其中，適用于中溫?zé)煔饷撓跆幚淼拇呋瘎┰谒喔G爐的窯尾高溫風(fēng)機(jī)入口廢氣脫硝處理中應(yīng)用較多，而低溫?zé)煔獯呋瘎┰谒喔G煅燒煙氣經(jīng)廢氣處理后的煙氣脫硝中具有較好的適用性。

此外，煙氣SCR脫硝技術(shù)中另一重要因素為還原劑的選擇和應(yīng)用。結(jié)合當(dāng)前SCR脫硝技術(shù)應(yīng)用的還原劑類型情況，主要為尿素、氨水以及純氨。值得注意的是，上述三種SCR技術(shù)常用還原劑中，一般情況下，對(duì)高溫煅燒系統(tǒng)的脫硝處理，采用氮系還原劑會(huì)對(duì)其工藝系統(tǒng)產(chǎn)生額外干擾，從而對(duì)其系統(tǒng)脫硝效率產(chǎn)生不利影響。根據(jù)這一情況可以看出，對(duì)還原劑的選擇應(yīng)用需要結(jié)合煙氣SCR技術(shù)工藝的實(shí)際情況進(jìn)行合理對(duì)比選擇，以確保其工藝系統(tǒng)的運(yùn)行效率，從而提高其技術(shù)效能。

3? 水泥窯爐煙氣SCR脫硝技術(shù)現(xiàn)狀研究

結(jié)合上述對(duì)SCR技術(shù)原理及其技術(shù)效能的影響因素分析，水泥窯爐煙氣SCR脫硝技術(shù)應(yīng)用中，根據(jù)水泥工業(yè)的大氣污染排放控制標(biāo)準(zhǔn)，要求對(duì)水泥生產(chǎn)煙氣排放的氮氧化物（NO2）濃度控制在400mg/Nm3以下，其中，重點(diǎn)地區(qū)水泥生產(chǎn)煙氣排放中氮氧化物（NO2）濃度需要控制在320mg/Nm3以下。根據(jù)這一標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合當(dāng)前國內(nèi)水泥生產(chǎn)中所采用的水泥窯爐煙氣SCR脫硝系統(tǒng)情況，由于水泥窯爐煅燒的高溫廢氣與其他熱工系統(tǒng)相比較為復(fù)雜，導(dǎo)致其技術(shù)運(yùn)用的具體效能分析仍然需要從催化劑和還原劑選擇、高溫?zé)煔庹{(diào)質(zhì)方面進(jìn)行分析。

結(jié)合水泥窯爐煙氣SCR脫硝系統(tǒng)常用催化劑、還原劑類型及其高溫?zé)煔庹{(diào)質(zhì)情況，為避免水泥窯爐煅燒煙氣有害成本對(duì)催化劑使用安全及使用壽命的影響，在具體工藝系統(tǒng)改進(jìn)及技術(shù)優(yōu)化應(yīng)用中，首先針對(duì)水泥窯爐煅燒的高鈣運(yùn)行工況，由于煙氣中CaO濃度較高，導(dǎo)致SCR脫硝工藝系統(tǒng)運(yùn)行中容易和煙氣中的SO3形成粘連，產(chǎn)生CaSO4覆蓋，在其煅燒反應(yīng)溫度達(dá)到300℃以上時(shí)發(fā)生燒結(jié)情況，對(duì)催化劑的活性形成影響，因此，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)注意加強(qiáng)水泥窯爐煅燒的高溫?zé)煔釩aO濃度控制，并注意選擇含有WO3的催化劑進(jìn)行煙氣脫硫處理應(yīng)用，以確保其技術(shù)效能。

其次，水泥窯爐煙氣SCR脫硫技術(shù)運(yùn)用中，針對(duì)水泥窯爐煅燒的高飛灰運(yùn)行工況，由于這一工況條件下，煙氣SCR脫硫處理中會(huì)產(chǎn)生催化劑堵塞情況，從而對(duì)其技術(shù)運(yùn)用的效能產(chǎn)生影響，造成相應(yīng)的工藝系統(tǒng)脫硝效率降低，嚴(yán)重情況下甚至?xí)?dǎo)致重大事故問題發(fā)生，需要在催化劑選擇中以表面積較大且不容易發(fā)生堵塞的催化劑類型為為主，以對(duì)其工藝運(yùn)行效率進(jìn)行保障。根據(jù)這一情況，結(jié)合當(dāng)前水泥窯爐煙氣SCR脫硝技術(shù)應(yīng)用實(shí)際，有研究顯示采用具有一定間距的方孔催化劑能夠起到較好的防堵塞效果，并且這一類型的催化劑在煙氣含塵為10～20g/Nm3的工況條件下均具有較好的適用性。

此外，針對(duì)水泥窯爐煅燒的高溫工況條件，根據(jù)其SCR脫硝催化劑的活性溫度窗口條件，并且即使處于催化劑的活性溫度窗口也會(huì)存在溫度升高造成其活性降低特征，因此，為避免高溫工況條件下的催化劑活性降低，應(yīng)適當(dāng)增加催化劑的使用量，以滿足工藝系統(tǒng)的脫硝效能。

4? 結(jié)語

總之，對(duì)水泥窯爐煙氣SCR脫硝技術(shù)的現(xiàn)狀進(jìn)行分析，有利于促進(jìn)其水泥窯爐煙氣排放污染控制中推廣應(yīng)用，進(jìn)而促進(jìn)水泥窯爐煙氣SCR脫硝技術(shù)水平，具有十分積極的作用和意義。

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