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摘要：介绍了研究水泥窑低温脱硝的必要性,阐述了水泥窑低温SCR脱硝工艺技术路线和工艺布置.通过对低温SCR脱硝技术与中温SCR脱硝技术对比,表明低温SCR脱硝技术具有安装条件可选择性强、成本费用小、催化剂用量少、维护方便等优点.并且通过对几种低温SCR脱硝催化剂的性能研究,结果表明需要在提高其活性、选择性、抗SO2、K、Na等中毒能力、机械强度及稳定性、再生性能等方面对其进行改进。
0前言
作为世界水泥的主要生产国，中国在2016年的水泥产量接近24亿t，全国上规模的水泥生产线超过2300条，占世界产量的一半以上。在水泥生产过程中每年排放氮氧化物约200万t，约占全国氮氧化物工业排放量的15％左右，是继电力、汽车尾气之后第三大氮氧化物排放源。同时，“十二五”期间，氮氧化物的排放首次被列入约束性指标体系。随着国家对于大气污染治理的力度进一步加大，对于水泥行业的排放标准也面临进一步收紧。《水泥工业大气污染物排放标准》规定重点地区NO排放标准(标况下，以下同)为320mg／m，而北京作为全国空气污染治理的重点城市，2016年1月1日起执行水泥制造企业氮氧化物排放不得高于200mg／m的地方标准。
目前水泥窑使用的选择性非催化还原(SNCR)氮氧化物脱除效率在60％左右，难以满足更严格的排放标准。因此对水泥制造企业来说，意味着脱硝工艺路线将全新升级，由选择性非催化还原(SNCR)全面转向选择性催化还原技术(SCR)。我国2500t／d以上的生产线普遍加装余热锅炉，其排烟温度在150oC左右，目前电力行业使用的中温SCR脱硝催化剂的工作温度为300～400oC，在水泥行业难以直接使用中温SCR催化脱硝技术对NO排放进行控制，故低温脱硝将成为首选工艺。
1低温SCR脱硝技术及对比
1．1低温SCR脱硝技术
1．1．1低温SCR脱硝机理
低温SCR技术是O2和催化剂存在的条件下，在120～300oC温度窗口内，用还原剂NH3将烟气中的NOx还原为N2和H2O。主要反应：
4NH3+4NO+O2—N2+6H2O(1)
8NH3+6NO2—7N+l2H2O(2)
副反应：
SO2+1／2O2—SO3
SO3+H2O—H2SO4
NH3+SO3+H2O—NH4HSO4
2NH3+SO3+HO—'(NH4)2SO4
低温SCR反应器一般布置在脱硫装置和除灰装置之后，烟气不需加热，通过反应器的烟气具有低温、低硫和低尘的特性。系统由氨储罐、氨蒸发器、氨缓冲罐、稀释风机、氨／空气混合器、喷氨格栅、混合单元和催化剂组成，工艺流程见图1。氨水或液氨经蒸发器转化为NH，，经氨缓冲罐，在氨／空气混合器内稀释，经喷氨格栅喷人烟道，与烟气均匀混合，在低温SCR反应器内发生还原反应将NO去除。
1．1．2低温SCR脱硝技术的优点
(1)低温脱硝催化剂的反应温度在120—300℃，可以应用在工业锅炉、水泥玻璃窑炉、冶金钢铁烧结炉、石化催化裂解炉和化工与酸洗设备等领域，可处理高浓度氮氧化物烟气(1500mg／m以上)，有广泛的应用前景。
(2)布置在窑炉的尾部烟道，无需对窑炉本体做改动，低温脱硝的吸收塔体积小，安装简便，占地面积小。因此，脱硝装置总体成本可大幅度下降。
(3)由于其位于除尘装置之后，因此烟气具有低温、低尘的特性，解决了催化剂的堵塞、磨损等问题，维护成本降低，使用寿命提高。
(4)减轻飞灰中的K、Na、Ca、As等微量元素对催化剂的污染或中毒，若在脱硫装置之后还可缓解SO引起的催化剂失活等问题。
1．1．3低温SCR脱硝技术需解决的技术难题
(1)受SO的影响较为明显，在低温下SO2与H2O、NH3容易形成粘稠的铵盐，附着在催化剂上，造成催化剂的中毒失活，影响催化剂性能。
(2)低温脱硝的催化剂对灰尘和含硫量有较严格的要求，针对水泥窑炉，由于部分水泥窑炉SO2排放浓度高，脱硝装置若布置在已经配备湿法脱硫装置后，需要对烟气进行再加热，增加了能量消耗和设备投资。
(3)目前应用工程案例较少，在国内水泥行业还没进行工业化应用，应用工艺需继续开发和完善。
1．2低温SCR脱硝技术与中温SCR脱硝技术对比
低温SCR脱硝技术和中温SCR脱硝技术对比见表1。
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