1前言

水泥行業(yè)煙氣污染物排放總量大，特別是氮氧化物占全國工業(yè)排放總量的10%~12%�！端喙I(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 4915-2013）要求氮氧化物排放限值320mg/Nm3，遠(yuǎn)高于煤電行業(yè)超低排放限值50mg/Nm3。在國家環(huán)保新標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)厲的現(xiàn)狀下，水泥行業(yè)面臨巨大NOx的減排壓力，排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步收緊是未來發(fā)展的大趨勢。

水泥窯已有的低氮燃燒器、分解爐分級燃燒技術(shù)以及SNCR脫硝技術(shù)，NOx減排水平30~60%，NOx排放≥300mg/Nm3，難以滿足日趨嚴(yán)格的國家環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)要求。SCR脫硝技術(shù)作為全世界應(yīng)用最廣泛高效的氮氧化物脫除技術(shù)，具有脫硝效率高、無二次污染、運(yùn)行可靠穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，廣泛的應(yīng)用在各個(gè)工礦企業(yè)中，符合水泥行業(yè)日趨嚴(yán)格的氮氧化物排放要求，是一種理想的水泥窯脫硝技術(shù)。

2水泥窯爐SCR脫硝技術(shù)路線

2.1水泥窯尾煙氣特點(diǎn)

（1）NOx含量高，為300~1300mg/Nm3。

（2）濕度大，水含量8~16%；水蒸氣露點(diǎn)一般為45~55℃。

（3）粉塵含量高，煙塵濃度達(dá)60~120 g/Nm3，并含有堿土金屬氧化物等腐蝕性成分。

（4）粉塵粒徑小（小于10μm的顆粒約占75~90%）、比電阻高，除塵難度大。

（5）粉塵中堿金屬氧化物含量高。

2.2水泥窯爐脫硝工藝路線

對于SCR脫硝技術(shù)來說要使反應(yīng)效率高效穩(wěn)定，保證反應(yīng)器溫度窗口尤為重要。根據(jù)水泥工藝特點(diǎn)，選擇290~310℃溫度區(qū)間脫硝，脫硝活性高，催化劑用量少，無需熱再生設(shè)備或者額外的能耗投入，運(yùn)行成本比低溫脫硝低，可實(shí)現(xiàn)長期穩(wěn)定可靠運(yùn)行，是最佳SCR脫硝溫度反應(yīng)區(qū)。在該溫度區(qū)的脫硝系統(tǒng)根據(jù)SCR反應(yīng)塔的不同除塵方式，分為高塵、中塵、低塵三種脫硝布置工藝（見表1）。

表1 高塵、中塵、低塵布置脫硝工藝對比

通過以上表可知，中塵及低塵布置在SCR系統(tǒng)前端添加了除塵設(shè)備，為脫硝系統(tǒng)提供一個(gè)良好的工作環(huán)境，然而，高溫靜電除塵器的設(shè)備投資是SCR系統(tǒng)的80%，高溫金屬膜除塵器的設(shè)備投資更高達(dá)SCR系統(tǒng)的130%，除塵設(shè)備作為脫硝系統(tǒng)的前端輔助設(shè)備，其設(shè)備投資在整套脫硝系統(tǒng)中占比過高，甚至超過脫硝主系統(tǒng)，這是許多廠家無法接受的；高塵脫硝相對于中塵、低塵脫硝，在經(jīng)濟(jì)性上具有較大的優(yōu)勢，但同時(shí)對催化劑的要求更高，需要催化劑具備以下性能：

1.防止堵灰

水泥窯爐煙氣中的粉塵，相對于燃煤電廠其粘性較大，會(huì)在催化劑的表面和孔道內(nèi)堆積，造成脫硝效率降低，阻力不斷上升，甚至造成催化劑堵塞風(fēng)險(xiǎn)。

2.防止催化劑堿中毒

水泥窯尾預(yù)熱器出來的煙氣中粉塵含量高達(dá)60~120 g/Nm3，且存在大量的堿土金屬CaO，通過催化劑時(shí)，有堵塞催化劑的風(fēng)險(xiǎn)，易加快催化劑的磨損，同時(shí)催化劑在含高鈣飛灰的煙氣中長期運(yùn)行會(huì)逐漸失活，這是水泥窯尾煙氣SCR脫硝必須要解決的難點(diǎn)。

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)到，瑞士ELEX公司2004年至2018年間，在歐美地區(qū)共建成8套水泥SCR脫硝裝置，其中7套采用高塵布置，SCR系統(tǒng)布置在預(yù)熱器C1 出口；1套采用中塵布置，SCR系統(tǒng)布置在電除塵器煙氣出口后。8套SCR脫硝裝置運(yùn)行情況見表2。

表2 瑞士ELEX公司SCR脫硝試驗(yàn)裝置運(yùn)行情況

由表2可看出，高塵布置占有率為87.5%，所有裝置實(shí)際運(yùn)行脫硝效率均＞71.4%，這些數(shù)據(jù)及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)說明，只要能夠針對性地解決催化劑堵灰、堿金屬中毒的問題，高塵脫硝具有十分明顯的經(jīng)濟(jì)性。

3 華電光大在水泥行業(yè)SCR技術(shù)優(yōu)勢

3.1催化劑技術(shù)優(yōu)勢

北京華電光大環(huán)境股份有限公司依托華北電力大學(xué)，組建了自己的研發(fā)生產(chǎn)團(tuán)隊(duì)，脫硝催化劑具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)。在對水泥窯尾煙氣脫硝技術(shù)充分論證、廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上，結(jié)合自身技術(shù)優(yōu)勢，華電光大研發(fā)出適用于水泥窯尾煙氣的脫硝催化劑。該催化劑主要有以下特點(diǎn)：

1.抗堵灰能力強(qiáng)

華電光大水泥煙氣脫硝用催化劑為板式催化劑。板式催化劑的源初設(shè)計(jì)就是為了滿足高灰的煙氣的脫硝而誕生和發(fā)展起來的。板式催化劑相對于蜂窩催化劑具有節(jié)距大，孔道角落少，不易形成低流速區(qū)等特點(diǎn)，能有效避免飛灰的堆積、堵塞催化劑孔道。同時(shí)，板式脫硝催化劑以金屬鋼網(wǎng)為基材，具有柔性結(jié)構(gòu)，煙氣流過板式催化劑時(shí)，催化劑單板在煙氣中不停振動(dòng)，使飛灰難以附著于催化劑表面。此外，華電光大充分發(fā)揮自主產(chǎn)權(quán)優(yōu)勢，通過以下方式優(yōu)化提高了脫硝催化劑的抗堵灰能力。

另外，板式催化劑與常見的蜂窩催化劑相比，比表面積偏小，所用體積量偏大10%-20%。但在水泥行業(yè)卻不存在這樣的問題。目前，水泥行業(yè)普遍采用幾何比表面積303m2/m3的13×13孔蜂窩催化劑（開孔率87.5%），而華電光大水泥煙氣脫硝用催化劑的幾何比表面積有283m2/m3（開孔率89.9%）、300m2/m3（開孔率89.0%）、333m2/m3（開孔率88.0%）三種規(guī)格，與蜂窩催化劑相近；蜂窩催化劑不再有體積量方面的優(yōu)勢。

2.抗堿金屬中毒能力強(qiáng)

針對水泥窯尾煙氣特點(diǎn)，華電光大在常規(guī)催化劑的基礎(chǔ)上做了性能改進(jìn)：開發(fā)了具有高效抗堿金屬的脫硝催化劑，在高堿金屬含量飛灰煙氣中具有優(yōu)異的活性以及長的使用壽命。通過對催化劑進(jìn)行理論分析、性能評價(jià)和表征，分析催化劑中各元素賦存形態(tài)與催化劑性能之間的關(guān)系，深入了解催化劑中毒原理，并從減緩催化劑化學(xué)中毒和物理中毒方面切入，成功開發(fā)了抗堿金屬中毒SCR脫硝催化劑。

3.2高效清灰措施

采用聲波吹灰器和耙式吹灰器組合吹灰方式。聲波吹灰器是將壓縮空氣蓄能轉(zhuǎn)化為高強(qiáng)度聲波，使沉積的粉塵產(chǎn)生震蕩并處于懸浮流化狀態(tài)，部分粉塵隨煙氣帶走。耙式吹灰器是將壓縮空氣經(jīng)過專用換熱器加熱后，通過可伸縮耙管的噴嘴噴出，對沉積的粉塵進(jìn)行移動(dòng)吹掃，保持催化劑孔道暢通，熱態(tài)壓縮空氣可避免低溫對催化劑的冷脆損壞。通過這兩種吹灰方式的組合，大大提升清灰效果，有效降低粉塵對催化劑堵塞的幾率。

4結(jié)論

北京華電光大聯(lián)合華北電力大學(xué)國家生物質(zhì)實(shí)驗(yàn)室一直致力于抗堿中毒和抗堵塞SCR脫硝催化劑的研發(fā)與應(yīng)用，并擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)和專利群。華電光大研發(fā)的平板式抗堿脫硝催化劑具有抗堿中毒性能，可以保證長期運(yùn)行不中毒；平板式催化劑具有優(yōu)良的抗堵性能，在煙塵總量高達(dá)300g/Nm3的工程項(xiàng)目中運(yùn)行穩(wěn)定，不堵灰；可滿足較為寬泛的溫區(qū)脫硝（煙氣在150~450℃），全覆蓋了中低溫脫硝段，同時(shí)在工藝上配備高效的清灰措施，全方位地解決了水泥行業(yè)煙氣脫硝中出現(xiàn)的堵灰、堿金屬中毒等問題。

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