陶瓷窑炉氮氧化物排放控制技术可行性探讨

从SNCR系统溢出的NH3可能来自两种情况：一是由于喷入的温度低影响了氨与NOx的反应；另一种可能是喷入的还原剂过量，从而导致还原剂不均匀分布。

还原剂喷入系统必须能将还原剂喷入到窑炉内最有效的部位，因为NOx的分布在炉膛对流断面上是经常变化的，如果喷入控制点太少或喷到窑炉中整个断面上的NH3不均匀，则一定会出现分布率较差和较高的NH3逸出量。为保证脱硝反应能充分地进行，以最少的喷入NH3量达到最好的还原效果，必须设法使喷入的NH3与烟气良好地混合。若喷入的NH3不充分反应，则泄漏的NH3不仅会使烟气中的飞灰容易沉积在窑炉尾部的受热面上，烟气中的NH3遇到SO3会生成(NH4)2SO4。

陶瓷窑炉不同于其它锅炉，它对炉内的温度、气氛、压力均有要求，陶瓷烧成温度一般在1100-1300℃。如果采用SNCR法，氨要在烧成带喷入，这样必然破坏烧成气氛，影响产品的质量。因此，该方法在陶瓷窑炉上是不太适宜的。

2.2选择性催化还原法(SCR法)对陶瓷窑炉废气脱NOx工艺探讨

陶瓷窑炉由于采用的燃料不同，燃烧产生的废气量与成分也不相同，烧成温度的变化和废气中NOx的含量也会不同。这就要求采用不同工艺和氨量来处理。NOx清除的程度取决于所加的氨量(表示为NH3/NOx)，通常取NH3/NOx(摩尔比)为0.81-0.82。

当今陶瓷窑炉基本上都是较先进的燃气窑炉，燃料采用的是煤气或天然气，也有采用石油液化气的。废气中NOx主要是烧成带高温燃烧产生的热力NOx，烟气中较少烟尘。因而脱硝工艺流程较燃煤、燃油陶瓷窑炉简单、成熟可靠。陶瓷窑炉烟气脱硫除尘脱硝装置的工艺流程如图1所示。

2.2.1影响SCR脱硝性能的关键因素

影响SCR脱硝性能的几个关键因素是：反应温度、空塔速度、催化剂的类型、结构和表面积以及烟气/氨的混合效果。

(1)催化剂

催化剂是SCR系统中的主要部分，其成分组成、结构、寿命及相关参数直接影响SCR系统的脱硝效率及运行状况。目前，应用于烟气脱硝中的SCR催化剂有很多，不同的催化剂，其适宜的反应温度也差别各异。如果反应温度太低，催化剂的活性降低，脱硝效率下降，则达不到脱硝的效果，催化剂在低温下持续运行，将导致催化剂的永久性损坏；如果反应温度太高，则NH3容易被氧化，生成NOx量增加，甚至会引起催化剂材料的相变，导致催化剂的活性退化。

在相同条件下，反应器中催化剂体积越大，NOx的脱除率越高，同时氨的逸出量也越少，然而SCR工艺的费用也会显著增加。催化剂的体积也取决于催化剂的可靠寿命，因为催化剂的寿命受很多不利因素的影响，如中毒和固体物的沉积等。催化剂的初投资成本约占项目投资的50%，催化剂的寿命决定着SCR系统的运行成本，因此催化剂的性能在SCR脱硝技术中是很关键的因素。一般要求催化剂满足以下几个条件：

①在较低的温度下和较宽的温度范围内，具有较高的活性。

②具有较高的选择性。

③具有较高的抗化学性能(SO2、HCl、Na2O、K2O、As)。④在较大的温度波动下，有较好的热稳定性。

⑤机械稳定性好，耐冲刷磨损。

⑥压力损失低，使用寿命长。

采用何种催化剂与SCR反应器的布置方式是密切相关的。一般可以把催化剂的种类分为二类：

高温催化剂(345-590℃)、中温催化剂(260-380℃)和低温催化剂(80-300℃)。目前，国内外SCR系统大多采用中高温催化剂，反应温度在280-420℃之间。

(2)反应温度

不同的催化剂，其适宜的反应温度不同。反应温度不仅决定反应物的反应速度，而且决定催化剂的反应活性。烟气温度低于催化剂的反应温度时，氨分子与SO3和H2O反应生成(NH4)2SO4或(NH4)HSO4，减少了与NOx的反应；而且生成物附着在催化剂表面，易引起污染积灰进而堵塞催化剂的通道和微孔，降低催化剂的活性和脱硝效率。

烟气温度高于其反应温度时，催化剂通道与微孔发生变形，导致有效通道和面积减少，加速催化剂的老化；另外，温度过高还会使NH3直接转化为NOx。目前的SCR系统大多设定在300-400℃之间。

①最低温度。氨分子与SO3和H2O反应生成(NH4)2SO4或(NH4)HSO4，减少SCR系统运行对下游设备运行带来不利影响，应控制其最低运行温度。

NH3喷嘴管表面温度应在SO3结露点以上，即：

②最高温度。工程实践表明，为避免温度过高使NH3直接转化为NOx，SCR系统的烟气温度应控制在500℃以下。各工程具体运行的温度范围，需要根据催化剂的选择，由供应商综合考虑确定。

(3)适当的氨气输入量及与烟气的均匀混合NH3输入量必须既保证SCR系统NOx的脱除效率，又保证较低的氨逸出率。只有气流在反应器中速度分布均匀及流动方向调整得当，NOx转化率、氨逃逸率和催化剂的寿命才能得以保证。采用合理的喷嘴格栅，并为氨和烟气提供足够长的混合烟道，是使氨和烟气均匀混合的有效措施，可以避免由于氨和烟气的混合不均所引起的一系列问题。

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