水泥窑SCR烟气脱硝催化剂的选型与应用

2.3催化剂壁厚的选择

催化剂内壁厚度为0.6～0.7mm范围称为薄壁，0.9～2.0mm范围内称为厚壁。催化剂壁厚的选择与飞灰的浓度及飞灰的硬度有关。研究表明[1]，当飞灰中SiO2与Al2O3的含量比在2∶1左右时，此时飞灰硬度较大，飞灰对催化剂的冲击磨损较严重。水泥窑烟尘浓度大，硬度不低，易对催化剂造成冲击磨损。

为了保证催化剂的抗磨损能力，可对催化剂进行前端硬化处理和表面特殊涂层处理来提高耐磨和防堵灰措施，同时，为了SCR运行的经济性，在催化剂选型时宜考虑选择壁厚不小于0.8mm的催化剂，以便将来采用再生技术，延长催化剂的使用寿命。一般而言，内壁厚度越小，机械破损风险越高，此类风险并不因顶端硬化而缓解。图3a是烟气流经催化剂蜂窝孔的情况。

飞灰颗粒在整个元件长度内倾向于弹性碰撞催化剂内壁，造成从顶端到底部的均匀磨损。顶端硬化处理后见图3b-c-d，随着颗粒碰撞，在顶端硬化部分之下的催化剂壁开始变薄，最终由于壁变薄，催化剂在顶端硬化部分之下开始破裂见图3d。

鉴于此，薄壁催化剂更易导致机械性能丧失，而机械破损将导致堵塞率增加，压降上升。因此，顶端硬化并不能增加催化剂的机械寿命[1]。某催化剂公司的催化剂选择不同的壁厚，对催化剂用量、系统压降及氧化率的影响见表6[3]。

由表4可看出，内部厚度为0.7mm的催化剂较内壁厚度为0.9mm的催化剂可以节约成本20%左右，但带来的就是较少的机械寿命。

厚壁催化剂的机械寿命至少增加1倍，可以最大程度地增加催化剂管理机会，包括增加催化剂清洗和再生机会;降低催化剂替换费用;降低催化剂在反应器内装卸的人力成本;降低废弃催化剂处理费用等。催化剂结构的改变和壁厚的增加，都会引起初始投资的增加和系统的压降增加，所以在实际工程中需要综合考虑。

2.4催化剂合理布置

受烟气及水泥炉窑的高浓度飞灰的影响，催化剂活性随运行时间逐渐降低：运行初期，惰化速率最快;超过2000小时后，惰化速率趋缓。为了充分发挥每层催化剂的残余活性，最大限度利用现有催化剂，应采用“X+1”或“X+2”模式布置催化剂，初装X层，内用1～2层，同时，如前面所述，水泥窑最好选择13孔以上的催化剂，催化剂的孔数越少，则比表面积也越小，所需的体积越大，同时由于水泥窑烟尘CaO含量高，为避免催化剂失活，要留有较多的富余设计量，因此，水泥窑SCR催化剂的用量要比相应燃煤电厂锅炉SCR催化剂的用量要高得多，催化剂的层数也较多。受制于布置场地大小时，可将催化剂较多层布置，如采用4+1等多层布置方案。

2.5设置水泥窑特有的吹灰系统

有效的吹灰系统是决定水泥催化还原脱硝的关键之一。目前主要的清灰方法主要包括蒸汽吹灰、声波吹灰和压缩空气吹灰[4]三种。三种吹灰方式的对比见表5。图4所示为德国Mergelstetten水泥厂的压缩空气吹灰系统的催化剂层截面图。

该厂的做法是：为了防止催化剂部件的粉尘堆积，在每层催化剂层的上方，安装压缩空气喷吹喷嘴见图4，喷嘴设计成能够在催化剂层整个顶面上反复启动。

由空压机提供热风(>140℃)。根据水泥窑烟气粉尘的特性以及各吹灰方式的特点，结合国外水泥窑烟气脱硝成熟的工程应用案例，水泥窑SCR催化剂宜采用压缩空气/蒸汽吹灰方式，同时可联合声波吹灰方式进行吹灰，以保持催化剂清洁，避免因灰尘堆积减弱催化剂的活性。

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