专家在线：攻破水泥窑尾烟气SCR脱硝系统运行难题

摘要：国内上几百家水泥行业响应国家生态环保的战略号召，积极完成SCR脱硝改造，由于水泥窑尾预热器C1出口烟气特性决定，使项目运行不尽理想。如何攻破高浓度粉尘难题；如何攻破高特性粉尘堵塞SCR反应器内催化剂难题，如何攻破氨逃逸超标难题，如何攻破脱硝催化剂最佳脱硝温度控制难题；如何攻破水泥窑烟气碱金属CaO含量高对SCR催化剂影响因素的难题，等等！

关键词：创新研发合适的高温高效低阻除尘器滤料，实现净烟气脱硝，实现“国家对硫、尘、硝污染物排放标准”治理达标排放。高温微尘—陶瓷纤维波形滤筒触媒（SCR）除尘脱硝一体化技术将迎刃而解，攻破烟气特性的脱硝催化剂运行工艺是水泥窑脱硝成败的关键。

前言

我国水泥行业窑尾烟气NOx排放量很大，约占全国NOx排放量的10~12%，随着NOx排放标准逐渐提高，水泥行业NOx深度减排势在必行。水泥窑尾预热器出口的烟气具有以下特性：

（1）烟气温度在280-420℃，此温度范围也是SCR脱硫催化剂的最佳窗口温度；

（2）粉尘含量高，烟尘浓度达到80-120g/Nm³，并含有碱金属氧化物等腐蚀成分；

（3）NOx含量高为300-1000㎎/Nm³；

（4）湿度大，水含量子啊8~16%范围内；

（5）粉尘粒径小，＜10μm的颗粒物约占75~90%，比电阻高，除尘难度大；

（6）碱金属氧化物CaO约占粉尘量的40%，容易造成SCR催化剂的堵塞。

根据烟气特性分析，解决治理高浓度，高碱金属氧化物粉尘，SCR脱硝催化治理，堵塞难题迎刃而解，利用和保护原始280-420℃最佳脱硝催化活性窗口温度是基础。这样，就需要有良好可靠的高温高效低阻的除尘器和滤料，解决预热器C1出口高浓度粉尘的难点问题，高温微尘---静电+陶瓷纤维波形滤筒触媒（SCR）除尘脱硝一体反应器是最佳选择。

国内水泥SCR脱硝技术工艺路线分析

（1）高温高尘工艺布置：

该布置是将SCR脱硝系统放置于预热器C1出口与余热锅炉之间，C1出口烟气温度约为280-420℃，烟气中的粉尘浓度80-120g/Nm³，此处烟气温度是脱硝催化剂最佳反应窗口，但烟气中粉尘浓度高，催化剂堵塞的风险大，且粉尘中虽然后声波+耙式吹灰，起动频次高，运行能耗大，催化剂会受到肯定程度的机械磨损。

（2）高温中尘工艺布置：

该布置工艺是将SCR脱硝系统放置于预热器C1出口与余热锅炉之间，反应器前端增加电除尘器除尘设备，进入SCR反应器内温度约为280-350℃，粉尘浓度降低至20-40g/Nm³，比高温高尘工艺要好一些，但也有催化剂堵塞的危险性，对催化剂的功能要求高，采用声纳波+耙式组合吹灰装置。

高温中尘脱硝工艺要注意SCR反应器内烟气流速度问题，过快烟气中的粉尘颗粒长期冲刷催化剂的迎风面，催化剂的机械强度会下降，气流速度过慢，高浓度的粉尘会沉降挂在催化剂表面，催化剂孔道堵塞的机率增大，造成SCR催化剂活性失效。

高温中尘工艺脱硝特别要关注：水泥窑烟灰中的碱金属CaO会使SCR催化剂中毒，导致催化剂活性下降，脱硝效率降低难题。CaO和SO₃反应生成CaSO₄沉积在催化剂表面，之后在高温及长期积累下发生颗粒团聚并不断长大，导致CaSO₄体积膨胀，堵塞催化剂孔道，导致催化剂活性不能参加反应，SCR催化剂中CaO含量越高，对催化剂的毒化作用越大。

（3）中低温低尘工艺布置：

布置是将余热锅炉的烟气引入SCR反应器，烟气温度会低于180-220℃，含尘浓度约为50g/Nm³。选择中低温低尘布置工艺，入口烟气条件比较不佳，将SCR装置布置在余热锅炉后端，存在烟气温度过低，催化剂不在最佳活性窗口温度，脱硝效率达不到最佳，同时硫酸氢铵容易生成，长期运行实比会堵塞催化剂，若将烟气温度提高，又会增加投资成本。

由于中低温低尘工艺催化剂所处温度低，需特别注意SO₂的转化生成硫酸氢铵，催化剂会将烟气中的SO₂氧化为SO₃，SO₃与烟气中形成硫酸氢铵，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。反应式如下：

硫酸氢铵是一种极其粘稠的物质，粘附在设备表面极难去除，如果粘附在催化剂表面，又会继续粘附飞灰颗粒粉尘，导致SCR催化剂积灰堵塞失效。根据上述情况，中低温低尘脱硝工艺没有优势，不赞成使用此工艺脱硝。

（4）高温微尘工艺布置：

布置是在现有水泥窑预热器C1出口与余热锅炉之间位置新建或改建一套高温电除尘---电场+陶瓷纤维滤筒触媒（SCR）除尘脱硝一体化设备同时实现NOx和粉尘治理，排出高温洁净烟气直接进入余热锅炉发电，彻底攻破水泥窑烟气高浓度粉尘，高浓度碱金属粉尘毒害SCR催化剂中毒和堵塞难题。

陶瓷纤维滤筒触媒（SCR）是一种陶瓷高温滤料。经一千多度高温烧制而成，正常运行温度500℃，使用寿命可达5-8年以上。外表面烧结有陶瓷过滤膜涂层，据有粉尘不粘性，表面光滑，属表面过滤材料，过滤精度高，排放达到国家污染物排放校准。陶瓷纤维滤筒内表面涂敷（SCR催化剂），高温净化烟气经过滤层后到达陶瓷滤筒内表面与SCR催化剂反应进行脱硝。高温陶瓷膜过滤在外表面，隔离粉尘毒害物对催化剂的毒害，所以，SCR催化剂没有中毒堵塞事件发生。

高温微尘工艺、水泥窑预热器C1出口，上进风进入-电场除尘口，三层分离板装置进行物理沉降方式为一次除尘，进入-电场除尘为二次除尘，可降低后续陶瓷滤筒区含尘浓度。粉尘经电离后，可有效降低陶瓷滤筒的运行阻力，进入陶瓷纤维滤筒触媒（SCR）除尘脱硝一体化反应器，经陶瓷膜过滤的洁净烟气进入陶瓷滤筒内表面，与SCR催化剂反应脱硝，SCR催化剂在300-420℃最佳活性温度窗口条件下脱硝比较彻底，并且不用担心SCR催化剂中毒堵塞的难题时间发生。

陶瓷纤维滤筒触媒（SCR）

（一）除尘脱硝一体化复合滤筒

图1.除尘脱硝一体化复合滤筒

●适用多种技术配套应用

●高温微尘触媒SCR脱硝一体化技术

●陶瓷纤维波形滤筒触媒SCR治理硫、尘、硝一体化技术

●水泥高温静电+陶瓷纤维滤筒触媒SCR治理硫、尘、硝一体化改造技术

●高温微尘热能回收发电硫、尘、硝治理一体化技术

●高温陶瓷纤维滤管应用于钢铁烧结烟气硫、尘、硝一体化技术

●高温陶瓷纤维滤筒应用于转炉一次烟气回收热能利用技术

●垃圾焚烧发电硫、尘、硝一体化技术

●发电厂锅炉硫、尘、硝一体化治理技术

●水泥陶瓷纤维滤筒替换布袋改造脱硝一体化应用技术

●焦化行业干熄焦热能回收利用应用技术

●焦化行业煤气硫、尘、硝一体化应用技术

●煤化工行业硫、尘、硝治理改造一体化应用技术

●钢铁轧钢炉烟气硫、尘、硝一体化应用技术

●玻璃窑炉烟气硫、尘、硝治理改造一体化应用技术

（二）除尘脱硝一体化复合滤筒如下几点优势：

1.除尘脱硝一体化复合滤筒是天皓公司研发的新产品，已向国家知识产权局申请专利。

2.除尘脱硝一体化复合滤筒过滤面积大（4㎡/根），是普通陶瓷纤维滤管（1.4㎡/根）的3倍。

3.除尘脱硝一体化复合滤筒使用温度在200-420℃，最高耐温可达800℃，使用寿命在5-8年，优于布袋除尘。

4.结合了成熟干法+高温除尘+触媒SCR催化脱硝工艺，实现设备一体化，节约大量投资资金。

5.除尘脱硝一体化复合滤筒，是采用最先进的宽温耐金属、碱腐蚀的脱硝催化剂，并将脱硝催化剂置于滤筒的内表层，更进一步防止催化剂中毒现象，充分提高催化剂使用年限、效率，安全性能也更有保障。

6.除尘脱硝一体化复合滤筒表面陶瓷滤膜，工作机理是表面过滤，可实现脱硫除尘脱硝一体化技术，脱硫效率可达95%，除尘效率可达99.99%，脱硝效率可达95%。

7.整套系统采用高温干法烟气净化工艺，相比较湿法脱硫工艺，无需加湿设施、无烟羽、无需再脱白、无脱硫废水的二次污染，设备使用寿命更长。

选择陶瓷纤维滤筒触媒（SCR）除尘脱硝一体化工艺设备

选择陶瓷波形滤管除尘器高温微尘＋触媒SCR催化脱硝工艺尤为重要。对于SCR脱硝技术来说要使反应效率高效稳定，保证反应器稳定窗口也尤为重要。根据水泥工艺特点，选择300-420℃区间脱硝，活性高、催化剂用量少，无需热再生设备或者额外的能源投入，运行成本比低温脱硝低，可实现长期稳定可靠运行，是最佳的SCR催化脱硝温度反应区。

（一）选择陶瓷波形滤管除尘器高温低尘＋SCR催化脱硝工艺能解决必要的难点问题：

1.水泥窑炉高温烟气中的粉尘，相对于燃煤电厂其粘性较大，会在SCR催化剂的表面和孔道内堆积，造成脱硝效率降低，阻力不断上升，甚至造成催化剂堵塞的风险。

2.防止催化剂碱中毒：水泥窑尾预热器出来的高温烟气中粉尘含量高达80-120g/Nm³，且存在大量的碱土金属CaO，通过催化剂时，有堵塞催化剂的风险，易加快催化剂的磨损，同时催化剂在含高钙飞灰的烟气中长期运行会逐渐失活，这是水泥窑尾烟气SCR脱硝必须要解决的难点。因此，采用选择陶瓷波形滤管除尘高温低尘＋SCR催化剂脱硝工艺很有必要。