水泥窯爐煙氣SCR脫硝技術的現狀分析

吳杰 邢俊冬

摘? 要：煙氣SCR脫硫技術作為我國電力行業生產中進行污染控制應用的一項重要技術，其在電力行業生產中技術應用與發展相對成熟，能夠對氮氧化物的排放控制在50mg/Nm3水平以下，以有效避免電力生產的氮氧化物排放污染影響。該文在對水泥窯爐煙氣SCR脫硝技術原理分析基礎上，結合其技術應用的影響因素，對水泥窯爐煙氣SCR脫硝技術的現狀進行研究，以促進其技術優化改進與在實踐中推廣應用。

關鍵詞：水泥窯爐? 煙氣? SCR脫硝? 技術? 現狀? 分析

中圖分類號：TQ17 ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ?文章編號：1672-3791（2019）04（c）-0069-02

值得注意的是，水泥工業作為氮氧化物的主要排放源之一，有研究顯示，水泥工業生產中煙氣污染物排放總量中，對氮氧化物的排放量在全國工業總排放量中占到10%～12%的比例，由此可見，水泥工業生產煙氣污染排放控制形勢十分嚴重，尤其是隨著國家對污染排放控制要求的不斷提高，水泥行業所面臨的氮氧化物污染排放控制壓力也更大。

1? 煙氣SCR脫硝技術及其工作原理分析

煙氣SCR脫硝技術，即選擇性催化還原法（SCR），它是一種具有高脫硝效率與低氨逃逸效果的脫硝技術。其中，高效催化劑是煙氣SCR脫硝技術的核心，根據煙氣SCR脫硝技術在電力行業發電鍋爐SCR裝置中的應用情況，其進行脫硝處理的工藝效率能夠達到80%～90%之間，并且脫硝處理中氨逃逸情況控制在3mg/Nm3水平以下，完全能夠滿足水泥工業煙氣排放的高脫硝效率要求，是水泥工業煙氣排放氮氧化物深度治理的有效技術。

煙氣SCR脫硝技術的工作原理是通過霧化噴射系統將氨或尿素在具有催化劑的情況下噴入到反應器內，以在合適的溫度區間內對煙氣中的NOx進行選擇性的還原，使之生成N2和H2O，從而達到煙氣SCR脫硝的目的，該技術進行工業生產中煙氣排放控制運用的脫硝率能夠達到85%～95%之間，其脫硝工藝系統中以二氧化鈦、沸石基材料以及五氧化二釩作為催化劑，包含蜂窩式與板式等多種不同樣式。如式（1）和（2）所示，為煙氣SCR脫硝技術的催化反應公式。其中，式（1）為煙氣SCR脫硝技術的主反應公式。

在上述催化還原反應過程中，通過催化劑反應與NO通過反應生成不穩定的中間化合物，同時對NO和還原劑之間的反應提供支持，實現脫硝反應活化能降低，以促進脫硝反應的效率提升，達到相應的煙氣脫硝處理目的。值得注意的是，煙氣SCR脫硝技術在電力行業的應用較為廣泛，火電廠發電生產中其鍋爐燃燒能源以煤炭為主，其煙氣排放受煤燃燒排放氣體成分的影響較大，而工業生產中鍋爐燃燒的高溫氣體成分則相對復雜，且含塵量較大，是以燃煤及相關物料的各種成分為主，因此，其煙氣SCR脫硝技術運用的具體工藝也更加復雜，成本投入相對較大。

2? 煙氣SCR脫硝技術應用的影響因素分析

煙氣SCR脫硝技術的核心是催化劑，因此，該技術在工業生產中的運用實現，對其技術效能具有重要影響作用因素還是催化劑與還原劑的選擇。其中，催化劑對SCR脫硝技術的效能影響上，對其所對應的工藝系統脫硝效果及投入成本有著直接的關系，同時對整個工藝系統設備的采購以及更換、維護等也存在著一定的影響。一般情況下，煙氣SCR脫硝技術運用中對催化劑的選擇，多以活性高且壽命較長、經濟性較好、無二次污染的催化劑類型為主，并且要求其具有合適的活性溫度窗口，不容易出現中毒失效等情況，具有再生效果。以煙氣SCR脫硝技術工藝中常用的二氧化鈦催化劑為例，它屬于一種堿金屬催化劑，該催化劑的最佳反應溫度一般在300℃～400℃之間。此外，針對煙氣SCR脫硝技術原理，國內在針對該技術工藝的研究中所開發實現的新型催化劑以中溫煙氣脫硝處理和低溫煙氣脫硝處理兩種類型為主，其最佳反應溫度分別為220℃～410℃和130℃～170℃之間，其中，適用于中溫煙氣脫硝處理的催化劑在水泥窯爐的窯尾高溫風機入口廢氣脫硝處理中應用較多，而低溫煙氣催化劑在水泥窯煅燒煙氣經廢氣處理后的煙氣脫硝中具有較好的適用性。

此外，煙氣SCR脫硝技術中另一重要因素為還原劑的選擇和應用。結合當前SCR脫硝技術應用的還原劑類型情況，主要為尿素、氨水以及純氨。值得注意的是，上述三種SCR技術常用還原劑中，一般情況下，對高溫煅燒系統的脫硝處理，采用氮系還原劑會對其工藝系統產生額外干擾，從而對其系統脫硝效率產生不利影響。根據這一情況可以看出，對還原劑的選擇應用需要結合煙氣SCR技術工藝的實際情況進行合理對比選擇，以確保其工藝系統的運行效率，從而提高其技術效能。

3? 水泥窯爐煙氣SCR脫硝技術現狀研究

結合上述對SCR技術原理及其技術效能的影響因素分析，水泥窯爐煙氣SCR脫硝技術應用中，根據水泥工業的大氣污染排放控制標準，要求對水泥生產煙氣排放的氮氧化物（NO2）濃度控制在400mg/Nm3以下，其中，重點地區水泥生產煙氣排放中氮氧化物（NO2）濃度需要控制在320mg/Nm3以下。根據這一標準，結合當前國內水泥生產中所采用的水泥窯爐煙氣SCR脫硝系統情況，由于水泥窯爐煅燒的高溫廢氣與其他熱工系統相比較為復雜，導致其技術運用的具體效能分析仍然需要從催化劑和還原劑選擇、高溫煙氣調質方面進行分析。

結合水泥窯爐煙氣SCR脫硝系統常用催化劑、還原劑類型及其高溫煙氣調質情況，為避免水泥窯爐煅燒煙氣有害成本對催化劑使用安全及使用壽命的影響，在具體工藝系統改進及技術優化應用中，首先針對水泥窯爐煅燒的高鈣運行工況，由于煙氣中CaO濃度較高，導致SCR脫硝工藝系統運行中容易和煙氣中的SO3形成粘連，產生CaSO4覆蓋，在其煅燒反應溫度達到300℃以上時發生燒結情況，對催化劑的活性形成影響，因此，在實際應用中應注意加強水泥窯爐煅燒的高溫煙氣CaO濃度控制，并注意選擇含有WO3的催化劑進行煙氣脫硫處理應用，以確保其技術效能。

其次，水泥窯爐煙氣SCR脫硫技術運用中，針對水泥窯爐煅燒的高飛灰運行工況，由于這一工況條件下，煙氣SCR脫硫處理中會產生催化劑堵塞情況，從而對其技術運用的效能產生影響，造成相應的工藝系統脫硝效率降低，嚴重情況下甚至會導致重大事故問題發生，需要在催化劑選擇中以表面積較大且不容易發生堵塞的催化劑類型為為主，以對其工藝運行效率進行保障。根據這一情況，結合當前水泥窯爐煙氣SCR脫硝技術應用實際，有研究顯示采用具有一定間距的方孔催化劑能夠起到較好的防堵塞效果，并且這一類型的催化劑在煙氣含塵為10～20g/Nm3的工況條件下均具有較好的適用性。

此外，針對水泥窯爐煅燒的高溫工況條件，根據其SCR脫硝催化劑的活性溫度窗口條件，并且即使處于催化劑的活性溫度窗口也會存在溫度升高造成其活性降低特征，因此，為避免高溫工況條件下的催化劑活性降低，應適當增加催化劑的使用量，以滿足工藝系統的脫硝效能。

4? 結語

總之，對水泥窯爐煙氣SCR脫硝技術的現狀進行分析，有利于促進其水泥窯爐煙氣排放污染控制中推廣應用，進而促進水泥窯爐煙氣SCR脫硝技術水平，具有十分積極的作用和意義。

參考文獻

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