水泥窑SCR烟气脱硝催化剂的选型与应用

3水泥窑SCR脱硝半尘/低尘布置的催化剂选型

水泥窑SCR反应器半尘布置时，是在预热器后SCR反应器前安装1台高温除尘器，降低烟气中粉尘浓度，减轻了催化剂堵塞的风险，此处催化剂所处温度为220℃～300℃左右，烟气中粉尘浓度为1～20g/m3左右。

采用低尘布置时，SCR反应器布置在窑尾除尘器之后，这时催化剂所处温度100℃～220℃左右，烟气中粉尘浓度低至1～250mg/Nm3左右，烟尘浓度低，烟气温度也低见图1。

采用半尘/低尘布置时：

(1)由于催化剂所处温度低，需注意SO2的转化生成硫酸氢铵，选择低SO2氧化率配方设计的催化剂。

催化剂会将烟气中SO2氧化为SO3，SO3与烟气中的NH3反应形成硫酸氢铵(新型干法水泥窑一般SO2含量不高，但也存在因原燃料的带入而较高的情况)，反应式如下：

NH3+SO3+H2O→NH4HSO4

此反应多发生于200℃～290℃温度范围内，反应速率的大小，与温度、烟气中的NH3，SO3及H2O浓度有关。硫酸氢铵是一种极其粘稠的物质，粘附在设备表面极难清除。如果粘附在催化剂表面，又会继续粘附飞灰颗粒，导致SCR催化剂积灰堵塞。

因此，在脱硝系统设计时，应注意：

①限制通过SCR催化剂的烟气SO2/SO3的转换率：烟气中的SO2在通过SCR催化剂时，少部分将反应成SO3，限制SO2/SO3的转换率在一定比例下，可降低SCR出口的SO3浓度，以减少其与NH3反应量，亦可降低硫酸氢铵的产生，根据经验，SCR的SO2/SO3的转换率应限制在1%～1.5%以下。

②控制SCR反应器出口的NH3逃逸量：一般将SCR出口的NH3逃逸量控制在3mg/Nm3以下，可减轻下游设备发生硫酸氢铵堵塞的机会。

③控制喷氨温度点：为了消除或减少(NH4)HSO4对设备的粘附和腐蚀，只能在(NH4)HSO4的露点温度以上喷入NH3，以使生成的(NH4)HSO4呈气态，随烟气流出SCR系统。

烟气中(NH4)HSO4的露点温度和气相中SO3、NH3的平衡分压有关，烟气中SO3浓度越高，平衡分压越大，则(NH4)HSO4的露点温度越高，要求的喷氨温度越高见图5，当实际烟气温度不高或者稍高于要求的最低喷氨温度时，易导致硫酸氢铵的沉积过多而堵塞蜂窝催化剂的开口部。

此种情况下进行催化剂设计时，如果烟气中SO2含量很高，要求最低喷氨温度较高，致使SCR反应器的布置难度增加，或者需要加装热交换器对烟气进行二次加热，以提高SCR进口烟气温度。在进行催化剂选型时，应选取具有低SO2氧化率配方设计的催化剂。

(2)催化剂活性问题。

由于半尘/低尘法布置时，烟气温度低于常规催化剂的活性温度300℃～400℃，此时若仍使用常规催化剂则其反应活性降低，难以达到要求的脱硝效率，此时可通过

①采用热交换器对烟气进行二次加热，提高烟气温度来满足反应活性，但投资较大，工艺系统复杂。

②使用中低温烟气催化剂。近年来，低温SCR催化剂研究已取得了初步成果，我国自主研发的催化剂MnOx/TiO2、CeO2/TiO2、CuO/TiO2、Fe2O3/TiO2、MnOx/ZSM及V2O5/AC等[4]，其低温活性都较好，大部分在实验室试验阶段均取得良好的脱硝效果，目前部分也在进行相应的工业化应用，如果在中低温烟气催化剂上取得突破，那么制约水泥窑SCR脱硝技术发展的难题将迎刃而解。采用适合于水泥窑烟气特性的脱硝催化剂是水泥窑脱硝成败的关键。

4结论

(1)水泥窑SCR脱硝催化剂应从催化剂种类、孔数及节距、厚度等几个方面进行选型，结合水泥窑烟气特性，合理的布置催化剂的层数以及吹灰方法。

(2)在SCR催化剂布置温度较低时，应注意控制硫酸氢铵生成和造成的堵塞;

(3)为保证在中低温时的脱硝效率，中低温催化剂是一个很好的选择，但目前处于研究和试验阶段。

 参考文献略

《中国水泥》作者：廖玉云，王梦瑜，曹宗平，甘昊，毛志伟，程群

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