水泥窑烟气SCR脱硝催化剂的选型及应用.docx

水泥窑烟气SCR脱硝催化剂的选型及应用摘要为了进一步降低水泥行业NOx排放选择SCR脱硝技术是大势所趋。本文就水泥行业采用SCR脱硝技术的核心装置脱硝催化剂进行论述主要包括脱硝工艺布置、催化剂的种类选择、设计选型及实际应用案例为水泥行业中脱硝催化剂的选用提供技术参考。水泥行业污染物排放标准进一步收紧是未来行业发展的必然趋势。2022年国内部分省份已要求水泥窑烟气NOx排放浓度不高于100mg/Nm3若考虑氨逃逸不超标的情况现行的“低氮燃烧+SNCR”技术已难以满足新标准要求新型高效脱硝技术的开发和应用将是水泥窑烟气脱硝市场的新方向。SCR脱硝技术在燃煤锅炉及其他工业窑炉已经广泛应用且可以将NOx长期控制在50mg/Nm3以下水泥窑NOx要实现超低排放SCR脱硝技术是现阶段的理想选择。然而水泥工业烟气中粉尘浓度高、碱性成分大、粒径小且黏性高对普通钒钛类脱硝催化剂会造成严重影响。本文结合水泥窑烟气工况特性论述水泥窑应用SCR脱硝技术中催化剂的设计选型及应用为水泥行业中脱硝催化剂的选用提供技术参考。1水泥窑烟气SCR布置方式SCR脱硝技术是将还原剂（氨水/尿素）喷入烟气在催化剂的作用下选择性地将烟气中的NOx还原成N2和H2O钒钛类催化剂最佳反应温度区间为300~420℃。水泥窑SCR脱硝工艺一般有高温高尘、高温中尘、中低温中尘和低温低尘四种布置方案。1.1高温高尘布置该布置方案是将SCR脱硝系统放置于预热器C1出口与余热锅炉之间C1出口烟气温度约为280~350℃烟气中粉尘浓度80~100g/Nm3此处烟气温度满足催化剂的最佳反应窗口但烟气中粉尘浓度高催化剂堵塞风险大且粉尘中的碱性物质容易造成催化剂中毒降低催化剂使用期限。若选择大节距的催化剂再配备高频次的声波+耙式组合吹灰方式该方案也是可行的国外有部分水泥企业有采取该布置方式的案例。该方案的缺点是：耙式吹灰间隔短、吹灰频繁运转能耗大催化剂会受到一定程度的机械损伤。高温高尘SCR脱硝工艺流程见图1。1.2高温中尘布置该布置方案是将SCR脱硝系统放置于预热器C1出口与余热锅炉之间反应器前端增加预除尘设备进入SCR反应器内烟气温度约为280~350℃粉尘浓度降低至20g/Nm3以下仍选用较大节距的催化剂为了避免催化剂堵灰建议采用声波+耙式组合吹灰方式。该布置方式于2022年10月在国内登封宏昌水泥已成功应用且运转效果优异。高温中尘SCR脱硝工艺流程见图2。1.3中低温中尘该布置方案是将SCR脱硝系统放置于余热锅炉出口与高温风机或增湿塔之间进入SCR反应器内烟气温度约为180~220℃粉尘浓度为20~50g/Nm3该布置方式所选催化剂为低温催化剂。目前高效的低温催化剂市场价格很高且能耐碱金属中毒的低温催化剂还处于研究阶段。在研究中低温方案过程当中若烟气中SO2含量较高时需充分认识和控制催化剂对SO2氧化生成SO3与脱硝还原剂NH3反应生成的硫酸氢氨对催化剂及下游设备造成的严重影响。目前国内外水泥企业尚未有采用该方案的SCR脱硝案例。1.4低温低尘该布置方案是将SCR脱硝系统放置于窑尾收尘器之后脱硝烟气中的粉尘浓度可控制在20mg/Nm3以下粉尘对催化剂的磨损和堵塞可忽略。催化剂可选用小孔薄壁高比表面积的蜂窝式催化剂或波纹式催化剂。该脱硝工况烟气温度仅80~130℃催化剂活性非常低国外相关案例是利用蓄热体和补充热源将烟气再加热至催化剂反应温度区间但工艺结构复杂运转能耗大建设费用高在国内水泥企业应用存在较大难度。综上所述结合水泥窑烟气工况及催化剂研究现状综合考虑现阶段最适合水泥行业的SCR脱硝技术应优先选用“高温中尘”其次是“高温高尘”的布置方式。2催化剂类型目前市场上广泛应用的钒钛钨/钼系催化剂按结构可分为蜂窝式、平板式、波纹式如图3所示。同等节距情况下蜂窝式催化剂单位比表面积大于平板式而波纹式比表面积要比蜂窝式稍高一些。同等设计条件下波纹式催化剂体积用量最少蜂窝式次之平板式催化剂最多。蜂窝式催化剂属均质整体挤压成型催化剂内部仍是活性物质。平板式是在金属网的表面涂上一定厚度的活性物质。波纹式采用负压浸渍工艺在玻璃纤维表面附着一层活性物质其内部的玻璃纤维不具备催化活性。平板式催化剂开孔率较高压降小不易堵灰可适用于灰含量较高的工况。大节距的蜂窝催化剂也能在高灰工况下使用。波纹式耐磨性弱适用灰含量较低的工况如燃气机组。从催化剂抗中毒性上来看烟气中的飞灰颗粒、铵盐、碱金属、碱土金属等在催化剂表面沉积富集会堵塞催化剂孔道及内部微孔。催化剂孔道堵塞不仅直接减少了催化剂反应面而且会造成烟气流通阻力增大。催化剂微孔堵塞则抑制了NOx、NH3等气体反应物向活性位点的扩散造成脱硝性能的下降。波纹式催化剂具备独特的三态孔结构可以延缓催化剂的中毒。根据水泥窑烟气特性、改造工程施工、投资成本综