SCR 脫硝技術(shù)在水泥窯煙氣治理中的應(yīng)用

張國偉

（江蘇昆侖互聯(lián)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(shù)（SCR）脫硝工藝布置在新型干法水泥生產(chǎn)線懸浮預(yù)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(dǎo)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(shè)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(shè)計

2.1 吹灰方式選擇

吹灰器是水泥窯SCR 脫硝關(guān)鍵技術(shù)，保證催化劑孔道清潔，降低系統(tǒng)阻力，保證系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行。結(jié)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(wěn)定，為避免冷空氣影響SCR 脫硝系統(tǒng)煙氣溫降，該工程采用熱空氣吹灰。

2.2 煙氣均布

做好反應(yīng)器內(nèi)煙氣煙塵的均布設(shè)置是滿足系統(tǒng)穩(wěn)定運行的先決條件，計算機CFB 流場模擬是項目設(shè)計的基礎(chǔ)，區(qū)別于常規(guī)流場模擬范圍的是此設(shè)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(chuàng)造穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)條件[2]。為保證反應(yīng)器煙氣流場的均布，通過CFB 流場模擬，布置導(dǎo)流板設(shè)計方案，實現(xiàn)系統(tǒng)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(xué)反應(yīng)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(jù)已有的工程經(jīng)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(shù)的核心，煙氣脫硝系統(tǒng)的催化劑采用多孔結(jié)構(gòu)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(zhì)，添加WO3增加催化劑的物理強度，并抑制SO2向SO3的轉(zhuǎn)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(shù)應(yīng)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(tǒng)，在余熱鍋爐之前，增加高溫電除塵器和SCR 反應(yīng)器。

3.1 降低SCR 反應(yīng)器入口粉塵濃度

采用低阻高效高溫電除塵技術(shù)（280℃—350℃），煙氣進入SCR 脫硝系統(tǒng)前對煙氣粉塵進行預(yù)處理，將粉塵濃度降低至30—40g/Nm3。在電除塵器進口內(nèi)設(shè)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(yù)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(yīng)器系統(tǒng)

該系統(tǒng)采用20%濃度氨水作為還原劑，由預(yù)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(tǒng)，待SCR 反應(yīng)器溫度上升穩(wěn)定后，要求SCR 脫硝反應(yīng)器催化劑在300℃—420℃運行，觀察并記錄反應(yīng)器進出口的壓差，然后啟動氨區(qū)氨水輸送泵，通過氨水計量系統(tǒng)將氨水送至氨水蒸發(fā)器，對應(yīng)調(diào)節(jié)氨水輸送泵的頻率及氨水背壓閥組，控制反應(yīng)器出口NOx≤50mg/Nm3。在適合的溫度范圍內(nèi)，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(tǒng)自動報警并將電除塵器入口控制擋板門關(guān)閉，隔離除塵脫硝系統(tǒng)，避免陶瓷載體催化劑發(fā)生燒結(jié)和脆裂，同時防止除塵脫硝設(shè)備因高溫膨脹受損變形。SCR 反應(yīng)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(tǒng)是否吹灰。反應(yīng)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(shè)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(shè)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(tǒng)發(fā)出高壓差報警提示，立即投用吹灰系統(tǒng)。

3.3 控制系統(tǒng)

SCR 脫硝系統(tǒng)采用DCS 控制?？刂葡到y(tǒng)能夠完成整個SCR 脫硝系統(tǒng)所有裝置的測量、監(jiān)視、控制、報警、連鎖、操作、記錄等功能。根據(jù)SCR 反應(yīng)器入口的粉塵含量、NOx濃度及脫硝效率要求，實現(xiàn)智能氨水流量控制、自動清灰、SCR 系統(tǒng)安全運行保護控制，并對所有系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)實時監(jiān)測、記錄。

3.4 吹灰系統(tǒng)

吹灰系統(tǒng)設(shè)置2 臺空壓機，單臺空壓機出氣量為43m3/min，系統(tǒng)裝備兩臺8m3壓縮空氣儲罐并聯(lián)。為SCR 脫硝系統(tǒng)間歇性提供壓縮空氣，儲氣罐出來的壓縮空氣經(jīng)反應(yīng)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(shù)據(jù)見表2。

表2 水泥廠SCR 脫硝項目8 小時運行數(shù)據(jù)

以上數(shù)據(jù)基于業(yè)主NOx出口排放控制在50mg/Nm3以下，本項目協(xié)議指標要求脫硝系統(tǒng)連續(xù)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(yù)收塵，對SCR反應(yīng)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(tài)，采用適應(yīng)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(shù)的優(yōu)化，保證脫硝系統(tǒng)的物料消耗量控制在較優(yōu)狀態(tài)。

4 結(jié)語

隨著水泥窯脫硝除塵工藝路徑不斷深入研究與優(yōu)化，“高溫電除塵+SCR 脫硝”一體化技術(shù)在水泥行業(yè)應(yīng)用越來越廣泛。通過對高溫高塵脫硝系統(tǒng)進行技術(shù)優(yōu)化與改進，對脫硝系統(tǒng)煙道進行流場模擬與優(yōu)化分布，選擇對水泥窯煙氣適應(yīng)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(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠、運行阻力低，適合在水泥窯項目環(huán)保改造中應(yīng)用及推廣。