淺談水泥窯SCR煙氣脫硝技術

我國非電力行業（鋼鐵、建材、有色等）產能占世界的50%以上，大氣污染物排放總量位居各排放源之首，而水泥工業是繼電力、鋼鐵之后的NOx第三大排放源。同時，中國建筑材料聯合會發布《2019年水泥行業大氣污染防治攻堅戰實施方案》，實施方案要求污染物在達標排放的基礎上，2+26個城市2019年底主要污染物排放達到：顆粒物≤10mg/Nm3；氮氧化物≤100 mg/Nm3；二氧化硫：≤50 mg/Nm3；各地方政府紛紛響應出臺更加嚴苛的政策和地方標準，同時要求氨逃逸≤8mg/Nm3，因此水泥窯NOx深度減排工作勢在必行。
1、水泥行業脫硝現狀
隨著科學技術的不斷發展以及水泥窯煙氣NOx排放標準的不斷收嚴，水泥窯煙氣脫硝歷經SNCR技術、低氮燃燒器技術、分解爐分級燃燒技術等，它們建設費用低，性能良好，因此受到廣泛應用，目前大部分水泥生產線已同時安裝上述脫硝設備，NOx得到有效控制。但從實際情況來看，這些技術自身雖然具備不同的優勢，但也受到技術本身的限制，在排放標準進一步收嚴后難以保證NOx超低排放的同時滿足氨逃逸≤8mg/Nm3的標準。
2、水泥窯SCR技術
SCR脫硝技術是指在催化劑的作用下，利用還原劑（氨水、尿素等）來有選擇性的與煙氣中的NOx反應生成N2和H2O，理論上，SCR與SNCR技術原理相同，SCR技術由于催化劑的作用，反應溫度降低至280℃-350℃，同時反應器內煙氣流場及溫度場均勻，脫硝效率高達90%以上，氨逃逸也得到有效控制。
因此，在水泥窯現有SNCR+分級燃燒的基礎上加裝SCR是NOx實現超低排放的穩定保障。
目前水泥窯SCR技術分為三種不同的溫度區間，高溫SCR（280℃-350℃）、中溫SCR（180℃-260℃）、低溫SCR（80℃-150℃），高溫SCR布置在預熱器C1出口和余熱鍋爐之間，中溫SCR布置在余熱鍋爐和高溫風機之間或者高溫風機和生料磨之間，低溫SCR布置在窯尾布袋除塵后。
3、水泥窯SCR應用的難點
水泥窯煙氣中粉塵含量高、粉塵粒徑細、成分中大部分為CaO、CaCO3、SiO2，催化劑易磨損、易堵塞；
粉塵中含CaO、Na2O、K2O等、部分摻燒垃圾或固廢的水泥窯煙氣成分更為復雜，催化劑易堿金屬中毒；
采用中溫SCR和低溫SCR時，煙氣中的SO2、SO3會使催化劑中毒，造成催化劑低溫失活；
現有水泥窯設備布置緊湊，SCR脫硝改造占地面積較大，布置困難；
4水泥窯SCR各技術對比
目前水泥窯SCR技術主要分為高溫高塵、高溫中塵、高溫低塵、中溫中塵、中溫低塵、低溫低塵這六種工藝路徑。
5、國內外水泥窯SCR業績
根據相關資料調研，國外早在2006年意大利Moncelice水泥廠采用SCR工藝進行脫硝，粉塵在100g/Nm³左右，煙氣溫度330℃，屬于高溫高塵SCR工藝，NOx從初始1200mg/Nm³降至400mg/Nm³，氨逃逸小于5mg/Nm³；2010年德國Mergelstetten水泥廠、2013年美國Joppa水泥廠、2017年德國WOTAN-Zement先后采用高溫高塵SCR工藝進行脫硝治理；2012年奧地利Mannersdorf水泥廠采用高溫中塵SCR工藝，入口粉塵約20g/Nm³左右；國外水泥窯相關SCR業績均采用了高溫催化劑，已經過長期運行的考驗。
國內NOx排放標準遠高于國外標準，目前國內高溫高塵SCR、高溫中塵SCR已有工程應用，脫硝效果良好，能穩定運行，部分工藝細節仍在改進優化；高溫低塵SCR目前沒有運行案例，仍在推廣中；中溫中塵SCR中試運行穩定性不足，催化劑磨損、堵塞情況嚴重；中溫低塵SCR中試效果良好，但需對入口SO2、SO3進行控制，防止催化劑中毒失活，暫無工程應用；
6、總結
SCR技術在電力、鋼鐵、化工等行業已成功運行多年，是實現脫硝超低排放的主要技術，在國內外均有成功應用案例，6種SCR工藝各有其優缺點，從技術成熟性及運行穩定性上優先考慮高溫中塵或高溫低塵工藝，該2種工藝均可穩定實現NOx超低排放；從經濟性分析最佳工藝為高溫中塵SCR，建設費用和運行費用低于高溫低塵工藝，且經過工程實踐，適應國內水泥窯工況環境；當然，面對不同的水泥窯工況需因地制宜，選擇不同的SCR工藝，如部分摻燒固廢的水泥窯粉塵中堿金屬含量很高則應采用高溫低塵工藝，降低催化劑失活風險。隨著排放標準和政策進一步嚴格，SCR技術必將成為水泥窯脫硝主流技術。
更多內容請訪問泰州潤達環?？萍加邢薰竟俜骄W站http://www.tyf9070.cn