水泥窯尾煙氣SCR脫硝技術分析
發布時間：04/03/2020 10:14:53水泥窯尾煙氣特點：
（1）NOx含量高，為300~1300mg/Nm3。
（2）濕度大，水含量8~16%；水蒸氣露點一般為45~55℃。
（3）粉塵含量高，煙塵濃度達60~120 g/Nm3，并含有堿土金屬氧化物等腐蝕性成分。
（4）粉塵粒徑小（小于10μm的顆粒約占75~90%）、比電阻高，除塵難度大。
（5）粉塵中堿金屬氧化物含量高。
以上這些煙氣特點均增加了脫硝的難度和投資成本。
水泥窯尾煙氣SCR脫硝難點：
目前，國外有一些水泥生產線 SCR運行案例，但未見其長期穩定運行且各項指標滿意、完全可推廣的技術案例報導，其主要原因是，水泥生產工藝的高效脫硝技術路線尚達不到電廠燃煤鍋爐脫硝技術的成熟度和可靠度。自2018年起，國內有幾個水泥窯SCR脫硝工程陸續開始建設，但到目前為止還沒有長期穩定運行的報導，幾個項目中投運時間較長的已經暴露出催化劑堵塞問題。水泥窯尾預熱器出來的煙氣中粉塵含量高達60~120 g/Nm3，且存在大量的堿土金屬CaO，通過催化劑時，有堵塞催化劑的風險，易加快催化劑的磨損，同時催化劑在含高鈣飛灰的煙氣中長期運行會逐漸失活，這是水泥窯尾煙氣SCR脫硝必須要解決的難點。造成催化劑失活的幾種可能原因是：
（1）氧化鈣造成微孔的堵塞
水泥窯尾飛灰中CaO含量高，粘性大；且飛灰粒徑小，大部分在10μm以下。飛灰與催化劑接觸時極易吸附在催化劑表面堵塞催化劑微孔，造成催化劑活性下降。但是CaO在飛灰中相對其他成分與催化劑組分的親和性不是特別突出，并不是特別容易擴散進入催化劑中的組分。此外，相對化學作用，物理作用一般是可逆的。通過周期性的吹灰可以將沉積在催化劑表面的飛灰及時去除，故CaO對催化劑微孔的堵塞一般不是活性下降的主要原因。
（2）氧化鈣的堿性造成催化劑酸性下降
由于CaO自身是含有堿性的物質，而目前使用的V2O5基催化劑中的活性位是酸性的，沉積在催化劑表面的 CaO會中和催化劑表面的酸位，阻斷催化反應的發生。水泥窯尾飛灰濃度高、飛灰中含鈣量高， CaO的堿性對催化劑的影響應引起重視。
（3）生成的CaSO4引起活性下降
由于沉積在催化劑表面的CaO與煙氣中的SO3反應生成的 CaSO4，而造成催化劑微孔的堵塞是催化劑性能下降的主要原因。CaO中毒機理包括四個步驟。
步驟 1 – CaO附著到催化劑表面上的宏觀孔中。
步驟 2 – SO3滲漏CaO顆粒周圍的氣膜。
步驟 3 – SO3擴散到CaO顆粒中。
步驟 4 – 隨著SO3向CaO顆粒中擴散到，它與CaO反應，生成CaSO4。
在CaO中毒過程中，CaO首先在催化劑表面沉積，沉積速度相對較慢。沉積在催化劑表面的CaO與煙氣中SO3的反應屬于氣固反應，由于在催化劑表面有活性物質催化氧化SO2生成SO3，SO3濃度相對較高，反應速度為快速反應。快速反應生成的CaSO4的體積會膨脹14%左右，會遮蔽反應活性位，堵塞催化劑表面，影響反應物在催化劑微孔結構內的擴散。在 CaO 中毒機理中，其中CaO的沉積速度相對較慢，是控制關鍵，降低CaO在催化劑表面的沉積量是減緩催化劑中毒的有效手段。
水泥窯尾煙氣SCR脫硝技術路線
4.1中溫脫硝技術路線
310~450℃溫度區間脫硝，脫硝活性高，催化劑用量少，無需加熱再生設備，運行成本低，可實現長期穩定可靠運行。水泥窯爐的窯尾出口煙氣溫度約310~450℃，是最佳SCR脫硝溫度反應區，但是該處粉塵含量高、堿金屬含量高，會導致催化劑堿中毒和堵塞，影響中高溫SCR脫硝劑的使用壽命，因此需要將煙氣除塵后再送入SCR反應器。“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中低溫脫硝技術路線
200~210℃溫度段脫硝，催化劑活性較低，用量較大，且這個溫度段是硫銨生成的最佳溫度段。煙氣中SO3與NH3反應生成硫銨副產物，易糊堵催化劑，引起催化劑失活，且硫銨粘性大，難以使用吹灰器吹掉。因此，需要采用增設加熱再生裝置的方式，不定期將煙氣加熱到350℃來緩解硫銨對催化劑的影響。但是這樣增加了系統的復雜性，且對后續風機及設備提出了新的要求。
4.3低溫脫硝技術路線
70~120℃的脫硝催化劑國內外報道的應用很少，成功應用案例也很少，目前國內的低溫催化劑起活溫度一般≥150℃。在70~120℃溫度區間，催化劑活性很低，催化劑使用量大，價格昂貴，工程造價高。在此溫度下煙氣成分對活性有很大影響，需要煙氣幾乎無塵，SO2含量小于10mg/Nm3，水含量也很少。目前水泥行業煙氣中的水含量較高，達到8~16%，低溫下水對催化劑活性影響非常大，H2O會和反應物NH3搶奪催化劑表面的活性位，導致催化劑迅速失活，尤其當水含量>10%，尤為明顯。同時煙氣中也有少量硫和堿金屬，運行中長期累積在催化劑表面，極易導致催化劑失活。
在70~120℃溫度段和200~210℃溫度段進行脫硝，如果采用“熱風爐+GGH”的工藝，將煙氣加熱到250~280℃，再進行SCR脫硝，雖然脫硝效率可以得到保證，但是水泥窯煙氣量大，不僅設備的投資費用很高，而且加熱煙氣所消耗的燃料量也相當巨大，運行成本也非常高。
——文章來源（完全管理網）
綜上所述，高溫除塵+中溫SCR 脫硝的路線是最理想的一種方式。
廣州市新力金屬有限公司專業生產金屬纖維氈多年，研發出各種金屬濾芯，柴油車尾氣凈化器，繼而針對工業爐窯方面的高溫煙氣研發生產了耐高溫的金屬纖維氈濾袋，耐高溫可達600℃，過濾精度達到12μm，出口濃度低于5mg/立方米，目前在廣泛用于氧化鋁焙燒爐，水泥，玻璃，垃圾焚燒，生物質發電等工業除塵領域，或者有需要在增加的SCR脫銷系統前除塵的窯爐，或有色貴金屬冶煉貴金屬粉塵過濾回收等等。
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