水泥炉窑选择性(非)催化还原脱硝技术

SCR脱销反应温度一般为300～450℃，在没有预热器的情况下，该温度一般高于水泥炉窑的烟道气温度，尤其在余热锅炉和布袋除尘器之后，此时，需要对烟道气进行加热。在NH3/NOx比值为1.05～1.11的情况下，SCR技术的NOx净化率可以达到80%～90%，NH3的逃逸率小于10ppm。水泥炉窑SCR技术的脱硝效率主要取决于反应温度、反应空速、NH3/NOx比值和烟气、催化剂床层的停留时间以及气流分布。

在水泥行业，可以考虑两种基本的SCR工艺系统：低尘工艺和高尘工艺，前者安装在除尘器之后，需要对烟气重新加热，该工艺投资较大。高尘工艺投资较少，但是需要解决比较复杂的技术问题。

SCR脱硝技术适合用于带有预热器的干式水泥回转窑，但是，必须慎重设计SCR系统以防止催化剂中毒和堵塞。对于一个带有预热系统的干法水泥窑的典型设计是将SCR系统安装在预热旋风器的下游的滚筒磨之前(图2)，在预热旋风器出口温度大约为320℃，可以满足SCR系统的需要。

SCR脱硝系统用于水泥窑的尾气排放控制具有很多的优势，首先像在电站锅炉上应用一样，可以提供90%以上的NOx净化效率，实践证明SCR系统也可以用于具有很高灰份量的烟道气处理。其次，SCR是end-of-pipe技术，对于干法水泥窑来说，SCR系统可以安装到水泥回转窑，预热器和旋风器之后，因此，它不干扰水泥生产的制造过程，而SNCR则需要在水泥烧制过程中进行。最后，SCR技术可以使用尿素作为还原剂，而不是使用运输和储存都不方便的NH3。

2006年，在意大利的CementeriadiMonselice成功安装并运行了高尘SCR设备，表2给出了最初六周的运行结果。从表1中，我们可以知道该SCR系统具有高达95%的NOx去除率，烟道排放气中的NOx浓度可以低至75mg/Nm3，每吨水泥的NOx产率低于0.2lb，系统的压力降小于5毫巴，NH3的逃逸小于1mg/Nm3。在该催化剂系统中，催化剂床层采用5备一用设计，催化剂为V2O5/TiO2整体蜂窝，蜂窝孔道直径为11.9mm，催化剂体积为105.3立米，NOx催化净化反应空速约为1000h-1。

一般来讲，SCR脱硝技术可保证水泥窑NOx排放浓度降到100～200mg/Nm3，NOx减排效果高达85%～95%，而且其减排性能不会像SNCR那样受到水泥窑规格大型化的影响。但是，SCR需要使用价格较贵的催化剂，而且由于水泥企业废气的粉尘浓度很高，碱金属含量较高，易使催化剂中毒和堵塞，因此，我国迫切需要开展相关的工程性研究，取得SCR技术在水泥窑脱硝工程上的经验，提高我国水泥窑NOx排放控制水平。

最近几年，我国加强了对SCR催化剂制造技术和工程应用技术的研究，针对我国NOx排放源(工业窑炉、工业锅炉、冶金烧结炉和石化裂解炉等)的复杂情况以及烟气温度的不同，低温SCR催化剂及其工程技术的研发受到广泛的重视，亦取得了令人瞩目的研究成果。例如，北京工业大学经过几年的深入研究，开发出了工作温度区间为160～400℃SCR催化剂，一般的SCR催化剂工作温度为300～400℃，而北京工业大学的SCR催化剂给了在脱硝工艺和设备上更多选择的可能性。当然，尽管该催化剂具有优异的低温催化活性(见图3)，可以在不同的温度区安排催化剂床层，在设备选型和能量利用等方面具有明显的优势，但是，要将该SCR催化剂应用于水泥窑NOx排放控制，还需要深入的研究，尤其需要对水泥窑SCR控制工艺进行工程应用的开发。

4结论

水泥窑的尾气排放对大气NOx污染的贡献仅次于电力行业和机动车尾气排放，要完成“十二五”期间国家的NOx减排指标，需要严格控制水泥窑的NOx排放，随着新型干法水泥技术的发展和环保标准的提高，SNCR和SCR脱硝将会成为主流技术。SNCR技术具有投资少、环境效益高的特点，而SCR技术具有更高的NOx排放净化效率，是满足更严格环保标准的唯一的技术选择。低温SCR催化剂的开发成功为水泥炉窑脱硝提供了更多的工艺上的选择和可能。在“十二五”期间，我国应加强水泥行业NOx减排适用技术的推广和应用，根据水泥窑的现状和特性，推进烟气脱硝示范工程建设。

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