淺談水泥窯SCR煙氣脫硝技術(shù)

我國非電力行業(yè)（鋼鐵、建材、有色等）產(chǎn)能占世界的50%以上，大氣污染物排放總量位居各排放源之首，而水泥工業(yè)是繼電力、鋼鐵之后的NOx第三大排放源。同時(shí)，中國建筑材料聯(lián)合會(huì )發(fā)布《2019年水泥行業(yè)大氣污染防治攻堅戰實(shí)施方案》，實(shí)施方案要求污染物在達標排放的基礎上，2+26個(gè)城市2019年底主要污染物排放達到：顆粒物≤10mg/Nm3；氮氧化物≤100 mg/Nm3；二氧化硫：≤50 mg/Nm3；各地方政府紛紛響應出臺更加嚴苛的政策和地方標準，同時(shí)要求氨逃逸≤8mg/Nm3，因此水泥窯NOx深度減排工作勢在必行。
1、水泥行業(yè)脫硝現狀
隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展以及水泥窯煙氣NOx排放標準的不斷收嚴，水泥窯煙氣脫硝歷經(jīng)SNCR技術(shù)、低氮燃燒器技術(shù)、分解爐分級燃燒技術(shù)等，它們建設費用低，性能良好，因此受到廣泛應用，目前大部分水泥生產(chǎn)線(xiàn)已同時(shí)安裝上述脫硝設備，NOx得到有效控制。但從實(shí)際情況來(lái)看，這些技術(shù)自身雖然具備不同的優(yōu)勢，但也受到技術(shù)本身的限制，在排放標準進(jìn)一步收嚴后難以保證NOx超低排放的同時(shí)滿(mǎn)足氨逃逸≤8mg/Nm3的標準。
2、水泥窯SCR技術(shù)
SCR脫硝技術(shù)是指在催化劑的作用下，利用還原劑（氨水、尿素等）來(lái)有選擇性的與煙氣中的NOx反應生成N2和H2O，理論上，SCR與SNCR技術(shù)原理相同，SCR技術(shù)由于催化劑的作用，反應溫度降低至280℃-350℃，同時(shí)反應器內煙氣流場(chǎng)及溫度場(chǎng)均勻，脫硝效率高達90%以上，氨逃逸也得到有效控制。
因此，在水泥窯現有SNCR+分級燃燒的基礎上加裝SCR是NOx實(shí)現超低排放的穩定保障。
目前水泥窯SCR技術(shù)分為三種不同的溫度區間，高溫SCR（280℃-350℃）、中溫SCR（180℃-260℃）、低溫SCR（80℃-150℃），高溫SCR布置在預熱器C1出口和余熱鍋爐之間，中溫SCR布置在余熱鍋爐和高溫風(fēng)機之間或者高溫風(fēng)機和生料磨之間，低溫SCR布置在窯尾布袋除塵后。
3、水泥窯SCR應用的難點(diǎn)
水泥窯煙氣中粉塵含量高、粉塵粒徑細、成分中大部分為CaO、CaCO3、SiO2，催化劑易磨損、易堵塞；
粉塵中含CaO、Na2O、K2O等、部分摻燒垃圾或固廢的水泥窯煙氣成分更為復雜，催化劑易堿金屬中毒；
采用中溫SCR和低溫SCR時(shí)，煙氣中的SO2、SO3會(huì )使催化劑中毒，造成催化劑低溫失活；
現有水泥窯設備布置緊湊，SCR脫硝改造占地面積較大，布置困難；
4水泥窯SCR各技術(shù)對比
目前水泥窯SCR技術(shù)主要分為高溫高塵、高溫中塵、高溫低塵、中溫中塵、中溫低塵、低溫低塵這六種工藝路徑。
水泥窯SCR各工藝技術(shù)指標對比表

5、國內外水泥窯SCR業(yè)績(jì)
根據相關(guān)資料調研，國外早在2006年意大利Moncelice水泥廠(chǎng)采用SCR工藝進(jìn)行脫硝，粉塵在100g/Nm3左右，煙氣溫度330℃，屬于高溫高塵SCR工藝，NOx從初始1200mg/Nm3降至400mg/Nm3，氨逃逸小于5mg/Nm3；2010年德國Mergelstetten水泥廠(chǎng)、2013年美國Joppa水泥廠(chǎng)、2017年德國WOTAN-Zement先后采用高溫高塵SCR工藝進(jìn)行脫硝治理；2012年奧地利Mannersdorf水泥廠(chǎng)采用高溫中塵SCR工藝，入口粉塵約20g/Nm³左右；國外水泥窯相關(guān)SCR業(yè)績(jì)均采用了高溫催化劑，已經(jīng)過(guò)長(cháng)期運行的考驗。
國內NOx排放標準遠高于國外標準，目前國內高溫高塵SCR、高溫中塵SCR已有工程應用，脫硝效果良好，能穩定運行，部分工藝細節仍在改進(jìn)優(yōu)化；高溫低塵SCR目前沒(méi)有運行案例，仍在推廣中；中溫中塵SCR中試運行穩定性不足，催化劑磨損、堵塞情況嚴重；中溫低塵SCR中試效果良好，但需對入口SO2、SO3進(jìn)行控制，防止催化劑中毒失活，暫無(wú)工程應用；
6、總結
SCR技術(shù)在電力、鋼鐵、化工等行業(yè)已成功運行多年，是實(shí)現脫硝超低排放的主要技術(shù)，在國內外均有成功應用案例，6種SCR工藝各有其優(yōu)缺點(diǎn)，從技術(shù)成熟性及運行穩定性上優(yōu)先考慮高溫中塵或高溫低塵工藝，該2種工藝均可穩定實(shí)現NOx超低排放；從經(jīng)濟性分析最佳工藝為高溫中塵SCR，建設費用和運行費用低于高溫低塵工藝，且經(jīng)過(guò)工程實(shí)踐，適應國內水泥窯工況環(huán)境；當然，面對不同的水泥窯工況需因地制宜，選擇不同的SCR工藝，如部分摻燒固廢的水泥窯粉塵中堿金屬含量很高則應采用高溫低塵工藝，降低催化劑失活風(fēng)險。隨著(zhù)排放標準和政策進(jìn)一步嚴格，SCR技術(shù)必將成為水泥窯脫硝主流技術(shù)。