1前言

 水泥行業煙氣污染物排放總量大，特別是氮氧化物占全國工業排放總量的10%~12%。《水泥工業大氣污染物排放標準》（GB 4915-2013）要求氮氧化物排放限值320mg/Nm3，遠高于煤電行業超低排放限值50mg/Nm3。在國家環保新標準日趨嚴厲的現狀下，水泥行業面臨巨大NOx的減排壓力，排放標準進一步收緊是未來發展的大趨勢。

 水泥窯已有的低氮燃燒器、分解爐分級燃燒技術以及SNCR脫硝技術，NOx減排水平30~60%，NOx排放≥300mg/Nm3，難以滿足日趨嚴格的國家環保排放標準要求。SCR脫硝技術作為全世界應用最廣泛高效的氮氧化物脫除技術，具有脫硝效率高、無二次污染、運行可靠穩定等優點，廣泛的應用在各個工礦企業中，符合水泥行業日趨嚴格的氮氧化物排放要求，是一種理想的水泥窯脫硝技術。

2水泥窯爐SCR脫硝技術路線

2.1水泥窯尾煙氣特點

（1）NOx含量高，為300~1300mg/Nm3。

（2）濕度大，水含量8~16%；水蒸氣露點一般為45~55℃。

（3）粉塵含量高，煙塵濃度達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脫硝技術來說要使反應效率高效穩定，保證反應器溫度窗口尤為重要。根據水泥工藝特點，選擇290~310℃溫度區間脫硝，脫硝活性高，催化劑用量少，無需熱再生設備或者額外的能耗投入，運行成本比低溫脫硝低，可實現長期穩定可靠運行，是最佳SCR脫硝溫度反應區。在該溫度區的脫硝系統根據SCR反應塔的不同除塵方式，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系統前端添加了除塵設備，為脫硝系統提供一個良好的工作環境，然而，高溫靜電除塵器的設備投資是SCR系統的80%，高溫金屬膜除塵器的設備投資更高達SCR系統的130%，除塵設備作為脫硝系統的前端輔助設備，其設備投資在整套脫硝系統中占比過高，甚至超過脫硝主系統，這是許多廠家無法接受的；高塵脫硝相對于中塵、低塵脫硝，在經濟性上具有較大的優勢，但同時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，會在催化劑的表面和孔道內堆積，造成脫硝效率降低，阻力不斷上升，甚至造成催化劑堵塞風險。

2.防止催化劑堿中毒

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

 根據相關文獻報到，瑞士ELEX公司2004年至2018年間，在歐美地區共建成8套水泥SCR脫硝裝置，其中7套采用高塵布置，SCR系統布置在預熱器C1 出口；1套采用中塵布置，SCR系統布置在電除塵器煙氣出口后。8套SCR脫硝裝置運行情況見表2。

表2 瑞士ELEX公司SCR脫硝試驗裝置運行情況

 由表2可看出，高塵布置占有率為87.5%，所有裝置實際運行脫硝效率均＞71.4%，這些數據及運行經驗說明，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濟性。

3 華電光大在水泥行業SCR技術優勢

3.1催化劑技術優勢

 北京華電光大環境股份有限公司依托華北電力大學，組建了自己的研發生產團隊，脫硝催化劑具有完全自主知識產權。在對水泥窯尾煙氣脫硝技術充分論證、廣泛調研的基礎上，結合自身技術優勢，華電光大研發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：

1.抗堵灰能力強

 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計就是為了滿足高灰的煙氣的脫硝而誕生和發展起來的。板式催化劑相對于蜂窩催化劑具有節距大，孔道角落少，不易形成低流速區等特點，能有效避免飛灰的堆積、堵塞催化劑孔道。同時，板式脫硝催化劑以金屬鋼網為基材，具有柔性結構，煙氣流過板式催化劑時，催化劑單板在煙氣中不停振動，使飛灰難以附著于催化劑表面。此外，華電光大充分發揮自主產權優勢，通過以下方式優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%。但在水泥行業卻不存在這樣的問題。目前，水泥行業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%）三種規格，與蜂窩催化劑相近；蜂窩催化劑不再有體積量方面的優勢。

2.抗堿金屬中毒能力強

 針對水泥窯尾煙氣特點，華電光大在常規催化劑的基礎上做了性能改進：開發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異的活性以及長的使用壽命。通過對催化劑進行理論分析、性能評價和表征，分析催化劑中各元素賦存形態與催化劑性能之間的關系，深入了解催化劑中毒原理，并從減緩催化劑化學中毒和物理中毒方面切入，成功開發了抗堿金屬中毒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化為高強度聲波，使沉積的粉塵產生震蕩并處于懸浮流化狀態，部分粉塵隨煙氣帶走。耙式吹灰器是將壓縮空氣經過專用換熱器加熱后，通過可伸縮耙管的噴嘴噴出，對沉積的粉塵進行移動吹掃，保持催化劑孔道暢通，熱態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結論

 北京華電光大聯合華北電力大學國家生物質實驗室一直致力于抗堿中毒和抗堵塞SCR脫硝催化劑的研發與應用，并擁有完全自主知識產權和專利群。華電光大研發的平板式抗堿脫硝催化劑具有抗堿中毒性能，可以保證長期運行不中毒；平板式催化劑具有優良的抗堵性能，在煙塵總量高達300g/Nm3的工程項目中運行穩定，不堵灰；可滿足較為寬泛的溫區脫硝（煙氣在150~450℃），全覆蓋了中低溫脫硝段，同時在工藝上配備高效的清灰措施，全方位地解決了水泥行業煙氣脫硝中出現的堵灰、堿金屬中毒等問題。

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