蜂窝式SCR催化剂在水泥工业烟气脱硝超低排放应用现状探讨.docx

水泥工业是国民经济发展的重要基础产业，产量已连续多年位居世界第一，然而水泥行业生产过程氮氧化物（NOx）排放量巨大，是当前我国工业烟气需要深入治理的重要领域。近年来，随着各地水泥行业烟气NOx排放标准日益收严，原有的低氮燃烧、选择性非催化还原（SNCR）脱硝等工艺已经不能满足新的排放标准的要求，选择性催化还原（SCR）作为一种成熟、高效的脱硝技术已成为水泥行业烟气NOx进一步减排的主流工艺。

自2018年国内首台套水泥行业SCR技术脱硝超低排放项目实施以来，多个省份陆续发布了水泥行业烟气NOx超低排放标准，越来越多的水泥行业企业开始进行超低排放改造。水泥烟气与燃煤锅炉烟气相比，烟气条件更为复杂，因此，SCR脱硝技术在水泥行业应用存在一定的挑战。从广泛调研情况来看，目前部分已改造的水泥企业SCR脱硝系统运行存在着一些共性问题。在水泥行业日益加大SCR脱硝技术改造的大背景下，通过对SCR技术特别是蜂窝式催化剂在水泥烟气脱硝应用中常见问题进行分析和对策研究，对于国内当前的水泥烟气脱硝超低排放改造具有重要意义。

1、SCR脱硝技术在水泥烟气脱硝中的应用挑战

SCR脱硝技术以其高效的脱硝效率和优异的氨逃逸控制能力，于20世纪70年代开始，在燃煤锅炉行业进行了商业化应用，并在本世纪初被引进至国内，在较短时间内顺利完成了大规模的燃煤锅炉脱硝改造。在水泥行业中，SCR脱硝技术应用相对较晚，在进入本世纪后有部分水泥厂开展了SCR脱硝技术的应用，但数量相对较少，相关项目运行时间相对较短，而且NOx控制排放的指标也普遍较为宽松。综合来看，与燃煤锅炉相比，水泥窑尾烟气具有如下特征：

（1）水泥烟气中粉尘浓度显著高于燃煤锅炉。一般来讲，燃煤锅炉出来的烟气中粉尘含量较低，通常情况低于40g/Nm3；水泥烟尘在预热器C1出口处，烟气含尘量达到80~100g/Nm3，远高于燃煤锅炉烟尘含量。

（2）水泥烟尘黏性大，流动性较差。燃煤锅炉飞灰烧结程度高，在物体表面呈现干燥松散状，不易黏附在物体表面，表现出较好的流动性[2-4]，在流场较为均匀情况下，声波吹灰所带来的震动能够很好地防止飞灰的聚积，避免粉尘堆积而造成堵塞；水泥飞灰颗粒小，飞灰烧结程度低，流动性较差，较易黏附在催化剂表面，单纯使用声波对于粉尘清灰效果有限。

（3）烟尘中碱土金属及重金属等氧化物含量高。燃煤锅炉烟尘中对催化剂化学寿命影响较大的氧化钙和碱金属含量相对较低，而水泥烟尘中含有大量的氧化钙，同时碱金属含量也显著高于锅炉烟尘，见表1。此外，部分水泥项目由于矿料来源、掺烧垃圾、固废等原因，烟尘中还含有一定量的特殊有害物质，例如重金属氧化铊（Tl2O3）等，其会引起催化剂的化学中毒。

综上所述，由于水泥烟尘特点，加之国内各地目前新上的SCR脱硝系统项目均为超低排放改造（基准氧为10%，NOx出口浓度限值普遍定为50mg/Nm3），因此对于SCR系统设计、工艺参数以及SCR催化剂来讲都形成了较大挑战。

表1典型燃煤锅炉烟尘及水泥烟尘成分对比

2、水泥烟气SCR脱硝技术路线

鉴于水泥烟气高尘特征，同时考虑SCR脱硝系统运行温度，当前国内在开展SCR脱硝改造时，一般可进行多种布置方式。综合市场上使用的技术来看，目前普遍使用的工艺布置方式为高温中尘和中温中尘。另外，高温高尘与高温低尘两种方式也有使用。

当前水泥生产线已普遍使用的是SNCR脱硝技术，同时考虑投资问题，因此在进行超低排放改造时，工程设计单位普遍采用“SNCR+SCR”协同的脱硝处理方式。在反应器设计方面，对于5?000t/d规模及以下的熟料窑，一般仅采用一个SCR反应器。但对于较大规模的熟料窑，也有采用两个SCR反应器的设计方式。在吹灰方面，采用单独耙式吹灰、耙式和声波协同吹灰的方式都有较多应用。在还原剂使用方面，普遍采用20%浓度的氨水。

3蜂窝式SCR脱硝催化剂在应用中的常见问题及建议

3.1催化剂堵塞问题

由于水泥烟气烟尘含量大，催化剂积灰甚至孔道堵塞问题较为常见。造成催化剂堵塞的原因主要有以下几点：

（1）反应器流场不均。项目设计时，因未开展流场模拟和物理模型实验，反应器内流场不均，进而造成反应器内催化剂出现部分区域积灰、堵塞的情况。

（2）耙式吹灰器设计不合理。由于水泥烟气烟尘含量大，工程设计时通常选择声波吹灰与耙式吹灰协同的方式（部分企业采用单独的耙式吹灰），以确保吹灰效果。但由于耙式吹灰器喷嘴喷吹角度设计过小、喷嘴到催化剂迎风面之间的距离过大以及喷吹压力过小等方面的问题，易造成孔道堵塞和积灰。

（3）催化剂孔型选择和设计不合理。高尘条件下，催化剂孔径过小，容易造成积灰和堵塞，由于烟气流场均匀性的问题，第一层催化剂更容易形成积灰，出现堵塞。

针对上述问题，提出如下改进建议：

（1）流场均匀性方面，建议工程单位在