技术｜水泥窑SCR烟气脱硝技术的可行性分析-第2页-北极星大气网

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2.2低温低尘SCR脱硝技术

SCR反应器布置在窑尾除尘器后，温度约为250℃，粉尘浓度50mg/m3。催化剂可在无尘烟气中工作，可以减少烟尘对催化剂的磨蚀性，但由于烟气温度低（＜250℃），难以达到催化剂的工作温度，需增加加热装置，增加能耗和运行费用。

2.3方案选择

目前燃煤电厂采用的布置方式是高温高尘式布置，综合考虑两种布置方式的技术特点，以及目前催化剂性能及应用业绩，高温高尘布置方式的脱硝效率可以达到90%以上，在电站锅炉烟气治理中占主导地位，工艺成熟，应用于水泥烟气脱硝技术上更加可行。

3水泥窑SCR脱硝技术主要潜在问题分析

3.1SO2/SO3的转化

水泥生料中的硫可能以CaSO4、MgSO4、黄铁矿和有机硫等形式存在，在煅烧过程中会释放出SO2随烟气排放。理论上，采用SCR脱硝技术，由于催化剂的作用，将导致烟气中的SO2转化为SO3，较高的SO3（10～20ppm）与水泥窑烟气粉尘中的Ca形成CaSO4覆盖在催化剂表面，导致催化剂失活。此外，剩余的SO3可能与过量氨反应，生成(NH4)2SO4或NH4HSO4，导致下游设备的腐蚀[5]。

实际上，对SO2/SO3转化生成CaSO4可能导致的催化剂的失活问题：1）燃煤锅炉SCR脱硝经验表明，通过系统优化设计可以做到抗高钙和高硫，可为水泥窑采用SCR脱硝技术提供可借鉴的经验；2）由于使用生料含硫量的不同，SO2的排放浓度也不尽相同，但是由于生料中CaO有固硫作用，大多数水泥厂SO2排放浓度较低，可以保证在20mg/m3以下。催化作用虽然提高了SO2/SO3转化率，但是由于SO2浓度低，因此SO3及CaSO4的生成量并不多，CaSO4将不成为主要问题；3）实际工程案例中，Solnhofen水泥厂SCR脱硝系统完成24000h的运行，没有任何堵塞问题和酸性气溶胶排放；4）即便有一定量的CaSO4沉积，可使用经过加热的压缩空气，合理设计吹灰器的形式，有效管理吹灰频次、压力和气量，使问题得到解决。

理论上，未与Ca反应的SO3可能与脱硝后的逃逸氨反应，生成(NH4)2SO4及NH4HSO4，当温度低于300~310℃时即有铵盐沉积，可能会导致催化剂失活或下游设备的腐蚀，此处，铵盐的形成会导致烟气中含尘量增加，致使烟尘超标排放。针对此问题，大部分水泥厂由于SCR反应器上游fCaO的固硫作用，进入SCR反应器的SO2浓度通常在20mg/m3以下，因此影响不大。分析(NH4)2SO4及NH4HSO4的形成机理，认为阻止铵盐沉积最好的办法是合理控制烟气温度，保证SCR反应器入口烟气温度高于310℃，使铵盐不在催化剂上沉积。

3.2碱污染导致催化剂中毒失活

当被处理烟气中的污染组分与催化剂反应时，会导致催化剂因活性中心中毒而失活。水泥厂关于催化剂碱金属中毒的相关经验较少。催化剂表面附着飞灰中Na和K化合物含量相对较高，其水溶性物质会使催化剂V2O5活性中心中毒。通常认为：Na、K、As、P、Cl和Pb等化合物会致使水泥厂SCR脱硝催化剂中毒，因此，通常希望上述组分在水泥厂烟气中含量低些。然而，某些燃煤电厂烟尘中Na2O含量是水泥厂平均水平的2倍，且燃煤电厂烟尘中Na2O的最大浓度亦明显高于水泥厂烟尘中Na2O最大浓度，As2O3亦是如此，燃煤电厂SCR脱硝尚能正常运行，所以，水泥窑潜在的金属导致催化剂失活不足为虑。此外，燃煤锅炉飞灰以微球状存在，以微小气泡形式随烟气排放，锅炉被设计成冷却这些熔融性颗粒物成固态，以便在烟道中顺利捕集下来。不同的温度和飞灰化学成分，使飞灰在锅炉的不同部位沉积下来，锅炉末端省煤器和空气预热器的飞灰沉积物被称为“低温沉积物”，其主要表征为低pH，含有许多水溶性盐。因此，燃煤锅炉确实存在省煤器水溶性飞灰沉积的问题，然而，并未发现催化剂失活现象。同理，可借鉴锅炉SCR脱硝设计经验，通过烟气调温手段使碱金属飞灰沉积区间落在SCR催化反应器以外，不在催化剂表面沉积。

3.3高尘负荷磨蚀和黏性物质沉积

通常认为，水泥厂预热器出来的烟气一般烟尘浓度较高，烟尘会冲蚀催化剂，损伤催化剂的机械寿命。通过高效吹灰、催化剂迎风面边缘硬化及SCR反应器床体平行布置均可减少催化剂的磨损。Solnhofen水泥厂在80g/m3的高尘负荷下运行表明，通过高水平的设计和运行维护，高尘负荷影响可以得到控制。

而水泥窑预热器排放出来烟气中的黏性物质被认为是导致催化剂结皮和堵塞的根源。特别地，某些水泥窑运行状况会刚好在SCR反应温度窗口时更易于产生黏性沉积物，造成催化剂的结皮和堵塞。黏性物质在引风机上沉积的问题也较为普遍，生料中碱金属是组成黏性沉积物的重要因素，在风机高速旋转时，高速烟尘的冲击模式作用下，风机叶轮上会堆积出坚硬的层状和砖头状的尘垢。为了避免堆积，在风机选型时，可以适当降低入口切向进气速度，或是采用双进气风机或大直径低转速叶轮[6]。黏性物质在水泥窑其他部位的沉积并不常见。与风机叶轮烟尘沉积相比较，SCR催化剂反应床因为气流速度相对更低，例如：SCR反应器内气流速度通常低于6.2m/s，而引风机蜗壳入口高达76m/s，因此催化剂受黏性物沉积的影响不大。

黏性沉积物的产生主要与水溶性碱盐有关（主要是KCl、NaCl、K2SO4和Na2SO4），通过配置碱旁路烟道可以大幅减少。另外，通过合理设置吹灰器的形式以及吹灰频次、压力和气量等可有效解决碱金属沉积问题[7]。

延伸阅读：

【技术】水泥工业脱硝技术及其影响因素分析

原标题：水泥窑SCR烟气脱硝技术的可行性分析

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