SCR技术在欧洲水泥工业的应用及脱硝催化剂介绍-北极星大气网

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欧洲作为环境治理以及环境保护的先进地区，在很多方面走在世界的前头。十多年前，在奥地利及德国，SNCR被用于水泥废气处理，目标是将NOx排放浓度控制在500mg/Nm3(干基，10%O2)以下，德国率先制订了排放标准NEC(NationalEmissionCeiling)Directive。在欧洲，作为进一步降低NOx排放的技术，SCR(SelectiveCatalyticReduction，选择性催化还原)被指定为降低高尘、中尘及低尘NOx排放的最佳可用技术(BAT:BestAvailableTechnology)及可行性技术。欧洲水泥厂安装的第一套SCR于2000年在德国的Solnhofen水泥厂使用，至2005年停用。除此以外，欧洲相继安装了数套水泥SCR脱硝系统，取得了应有的效果。

自从SCR在日本工业化后，CERAM（奥地利)作为日本之外的第一家SCR催化剂生产厂家，对SCR在欧洲及美洲的普及做出了贡献，也积累了不少经验，在水泥行业的SCR脱硝应用方面也与有关工程公司进行合作，成为欧洲主要的催化剂供应商。在此，介绍一下欧洲水泥SCR脱硝的一些经验。

1中国及欧洲水泥行业的NOx控制

中国现行的水泥行业烟气排放标准见表1。

由表1可见，NOx的排放限值为400mg/Nm3，此外还有一些重点地区对水泥烟气排放有更为严格的要求，另外与发电行业的超净排放一样，水泥行业也提出了超净排放目标值，对于NOx排放的限制更为严格。欧洲水泥NOx排放的下一轮标准是：不使用二次燃料(塑料、废包装材料、轮胎和动物油等)时为450mg/Nm3，使用二次燃料时为200mg/Nm3。对于这些更为严格的排放标准，只靠SNCR技术是无法达到的。从以往的经验来看，就目前的技术，要达到NOx排放值在200mg/Nm3以下的水平，SCR技术是经济实用的技术。

2CERAM产品及其应用

商用SCR脱硝催化剂的主要成分为钒钨钛氧化物。其中二氧化钛(TiO2)为载体、三氧化钨(WO3)为助催化剂、五氧化二钒(V2O5)为催化剂活性成分，通常使用尿素或氨水作为还原剂，以氨水为还原剂的主要脱硝化学反应为:

4NO＋4NH3＋O2→4N2＋6H2O(1)

2NO2＋4NH3＋O2→3N2＋6H2O(2)

NO2＋NO＋2NH3→2N2＋3H2O(3)

SCR脱硝技术是20世纪50年代由美国人最先提出来的，而该技术的实用化则是在日本完成的，日本在1978年实现了SCR的工业化应用。1985年第一次在日本以外的国家由CERAM在奥地利生产SCR催化剂，并于1986年正式贩卖。现在CERAM除了拥有蜂窝式系列产品外，还拥有平板式系列产品。另外还有蓄热体材料产品系列等(见图1)。脱硝催化剂的主要应用领域有火力发电厂、垃圾焚烧、燃气轮机、水泥厂、生物质锅炉及各类发动机等。水泥SCR脱硝的布置方式通常有高尘、半尘及低尘等3种。由于现行常用催化剂的反应温度在300～400℃之间，低温配置则需要额外的加热，增加了这一方面的成本。

图1CERAM的产品系列

图2水泥厂SCR脱硝的布置方式

图2为水泥厂SCR脱硝的3种布置方式的示意图，其中高尘(HighDust)布置是将SCR布置在预热器C1废气出口处，此处的温度较高，足以满足SCR催化剂反应需要的温度。但是该处的粉尘浓度也较高，对催化剂的冲刷磨损大，催化剂堵塞的风险也比较大，同时各种有害成分引起的催化剂中毒也会严重些，所以高尘布置时合理的清灰(吹灰)系统也是保证系统正常运行的重要因素；半尘(Semi-Dust)布置或中尘(MiddleDust)布置则需要在SCR反应器之前安装高温电除尘器，会增加设备成本，烟气温度也会有所降低，同时高温电除尘器的负担也会大些；低尘(LowDust)布置通常需要在SCR反应器之前安装电除尘器以及布袋除尘器，这样粉尘对SCR催化剂的影响小，但是，为了接近最佳反应温度需要对烟气进行加热，即使如此还是难以将烟气加热到最佳反应温度。为了保证脱硝效率必须加大催化剂用量和体积。当然，如果有有效的低温催化剂，则是一个理想的选择。但到目前为止，还没有有效的实用低温脱硝催化剂，世界上众多的研究者正在致力于低温SCR催化剂的开发。

各种配置条件下催化剂活性的劣化趋势示意如图3所示。

图3各种使用条件下催化剂活性的劣化示意

图3显示，烟气中飞尘越多，催化剂的劣化就会越快。但是，催化剂更换得越频繁，催化剂的成本也会越高。实际上各种工艺的取舍不是根据单项成本来考虑，而是根据整个生产线的综合效率来进行比较及选择的。烟气中飞灰的含量不同，对实用催化剂的开口密度要求也不同。根据CERAM的经验，我们总结了常用催化剂开口密度与烟尘含量的基本关系(见表2)。这些可以用来作为参考，但在实用中还需要根据具体情形来考虑，包括有关配套部分的设计、功效等都会对系统有影响。一般来说，含尘量越大，催化剂的劣化就越快。同时，SCR脱硝应用也在很大程度上受到烟气中SO2含量的制约(见图4)。SO2含量越高，操作时的烟气温度要求也就越高，要不然就会因为硫酸氢铵的沉积过多而堵塞蜂窝催化剂的开口部。

表2各种使用条件下催化剂开口实用范围

图4烟气中SO2含量与可操作温度的关系示意

原标题：SCR技术在欧洲水泥工业的应用及脱硝催化剂介绍

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