SCR脱硝在水泥炉窑中的应用与探索

导读：“十二五”期间，国家先后颁布了多个大气污染物排放标准，包括GB13223-2011《火电厂大气污染物排放标准》、GB4915-2013《水泥工业大气污染物排放标准》、GBl3271—2014《锅炉大气污染物排放标准》等。其中GB4915-2013规定，水泥行业自2015年7月1日起N执行400mg／m3(标态，下同)的排放标准，重点区域执行320mg／m的排放标准。然而，GB13223-2011要求重点区域火电厂的NOx排放浓度为100mg/m3，且大力推广超低排放，要求NOx的排放浓度为50mg／Nm3；GB13271—2014亦要求重点区域的排放标准为200mg／Nm3。

1·引言

“十二五”期间，国家先后颁布了多个大气污染物排放标准，包括GB13223-2011《火电厂大气污染物排放标准》、GB4915-2013《水泥工业大气污染物排放标准》、GBl3271—2014《锅炉大气污染物排放标准》等。其中GB4915-2013规定，水泥行业自2015年7月1日起N执行400mg／m3(标态，下同)的排放标准，重点区域执行320mg／m的排放标准。然而，GB13223-2011要求重点区域火电厂的NOx排放浓度为100mg/m3，且大力推广超低排放，要求NOx的排放浓度为50mg／Nm3；GB13271—2014亦要求重点区域的排放标准为200mg／Nm3。。

相比之下，水泥行业的N排放标准较火电标准、锅炉标准更为宽松，但是随着国家排放标准的不断提高、对雾霾危害性的认知加深，N作为雾霾、酸雨的前驱物，其排放标准有可能更为严格。目前，水泥行业普遍采用的脱硝技术是低氮燃烧、SNCR，而为了应对更严的排放标准，有必要在此脱硝基础上增／1~SCR脱硝，实现SNCR—SCR联合脱硝。目前，国内水泥行业对SCR脱硝技术的研究很少，但SCR技术在火电行业应用广泛。虽然两者的烟气排放特征有着较大区别，尤其是水泥行业的尘含量大大高于火电行业，容易造成催化剂积灰堵塞，但是通过借鉴火电行业的SCR经验，对于水泥行业的SCR技术研究有着很大的裨益。

2·SCR脱硝技术简介

SCR（Selective Catalytic Reduction）即为选择性催化还原技术，目前氨催化还原法是应用得最多的技术。它没有副产物，不形成二次污染，装置结构简单，并且脱除效率高（可达90%以上），运行可靠，便于维护等优点。  选择性是指在催化剂的作用和在氧气存在条件下，NH3优先和NOx发生还原脱除反应，生成氮气和水，而不和烟气中的氧进行氧化反应，

其主要反应式为：  

1）4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O

2）2NO2+4NH3 +O2→ 3N2+6H2O

在没有催化剂的情况下，上述化学反应只是在很窄的温度范围内（980℃左右）进行，采用催化剂时其反应温度可控制在300-400℃下进行，相当于锅炉省煤器与空气预热器之间的烟气温度，上述反应为放热反应，由于NOx在烟气中的浓度较低， 故反应引起催化剂温度的升高可以忽略。

3·SCR脱硝技术工作原理

选择性催化还原法（SCR）脱硝技术是指在催化剂的作用下，还原剂与烟气中的氮氧化物反应生成无害的氮和水，从而去除烟气中的NOx。 选择性是指还原剂NH3和烟气中的NOx发生还原反应，而不与烟气中的氧气发生反应。

4·SCR脱硝系统组成

SNCR 脱硝系统主要包括SCR反应器、催化剂、反应器壳体和钢结构、烟道系统、还原剂储存制备供应系统、还原剂喷射系统 、和吹灰系统。

1、SCR反应器

反应器的截面尺寸根据锅炉的大小设计，每台脱硝反应器设计成2＋1层催化剂布置方式，其中上层为预留层。烟气经过与氨气均匀混合后垂直向下流经反应器，反应器入口设置气流均布装置，反应器主要由里面布置的催化剂、催化剂支撑梁、反应器壳体、密封板等组成。  在反应器内，还原剂（液氨）在催化剂的作用下与烟气中的氮氧化物反应生成无害的氮和水，从而去除烟气中的NOx。

2、催化剂

催化剂有贵金属和普通金属之分，贵金属催化剂由于它们和硫反应，且价格昂贵，实际上不予采用，普通催化剂催化效率不是很高，价格也比较贵，要求反应温度范围为300～400℃。比较常用的催化剂含有氧化钒和氧化钛。  SCR催化剂由陶瓷支架和活性成分（氧化钒，氧化钛，有时候还有钨）组成，现在使用的催化剂性状主要有两种：蜂窝形和板形。采用预制成型的蜂窝型陶瓷，催化剂填充在蜂窝空中或涂刷在基质上。采用板形时在支撑材料外涂刷催化剂。烟气含尘时，吸收塔一般是垂直布置，烟气由上而下流动。催化剂布置在2层到4层（或组）催化剂床上，为充分利用催化剂，一般布置3层或4层，同时提供一个备用的催化床层。当催化剂活性降低时，在备用层中安装催化剂。持续失活后，在旋转基座上更换催化剂，一次只换一层，从顶层开始，这种方法可 以充分利用催化剂。吸收塔内布置吹灰器，定期吹灰，吹去沉积在催化床上的灰尘。  SCR系统的性能主要由催化剂的质量和反应条件所决定。在SCR反应器中催化剂体积越大，NOx的脱除率越高同时氨的逸出量也越少，然而 SCR工艺的费用也会显著增加。  

3、反应器壳体和钢结构

反应器壳体是包含催化剂的外部结构，主要由框架钢结构、钢板焊接而形成密闭的空间。为了防止烟气的散热，在反应器内外护板之间布置保温材料。  为支撑催化剂，在每层催化剂的下面布置有支撑钢结构梁，将催化剂模块成排布置在支撑梁上。  在反应器的入口设置气流均布装置，反应器内部易于磨损的部位设有防磨措施。内部各种加强板及支架均设计成不易积灰的型式，同时将考虑热膨胀的补偿措施。在反应器壳体上设置更换催化剂的门、人孔门和安装声波吹灰器的孔。

4、烟道系统

烟道分为反应器入口烟道和出口烟道二部分。  入口烟道从锅炉尾部省煤器出口膨胀节至反应器入口为止。在入口烟道上布置有氨喷射装置、管式混合器、烟气导流板和灰斗等。  出口烟道从反应器出口至锅炉尾部空预器入口为止。在出口烟道上布置有烟气导流板等。

5、还原剂储存制备供应系统 

还原剂用罐装卡车运输，以液体形态储存于还原剂储罐中；还原剂在注入SCR 系统烟气之前经由蒸发器蒸发气化，并经过缓冲罐稳压后供应反应器脱硝使用，这部分工作都是在还原剂储存制备供应系统内完成的。  还原剂储存制备供应系统主要由卸料压缩机、还原剂储罐、还原剂蒸发槽、还原剂缓冲槽及还原剂输送管道等，并备有氮气吹扫系统。

6、还原剂喷射系统 

还原剂喷射系统包括由气化的还原剂与稀释空气混合，通过喷还原剂格栅喷入SCR反应器上游的烟气中这一工艺过程。

6.1稀释风机  

还原剂在空气中的体积浓度达到16～25%时，会形成II类可燃爆炸性混合物。为保证注入烟道的还原剂与空气混合物的安全，除控制混合器内还原剂的浓度远低于其爆炸下限外，还保证氨在混合器内均匀分布，喷入反应器入口烟道的氨气为空气稀释后的含5％左右还原剂的混合气体。所选择的风机满足脱除烟气中NOx最大值的要求，并留有一定的余量。稀释风机按2台100％容量设置（1运1备）。风量裕度不低于10%，风压裕度不低于20%。

6.2 还原剂/空气混合器 

为了保证还原剂与稀释空气均匀混合，每台锅炉采用2台混合器，混合器为隔板式。

6.3 还原剂喷射格栅 

还原剂的注入采用格栅式，在管道上布置很多喷嘴，以保证喷入烟道内的还原剂与烟气均匀分配和混合。在喷射格栅的入口每一区域分配管道上设有手动流量调节阀，以调节个个区域还原剂的分配。

7、吹灰系统

SCR反应器采用声波吹灰器，每台反应器安装一套声波吹灰系统。每一层催化剂设置3台吹灰器，一台锅炉共装有12台声波吹灰器。吹灰控制纳入机组DCS系统。

5·SCR脱硝设备案例

保蓝服务承诺

● 按客户要求完成工程任务，保证工程质量；

● 经本公司设计和提供的废气处理装置，经本设施处理后保证达到地方标准和国标排放标准；

● 主体设备保修，终生提供技术服务，设备在运转过程中出现问题及时答复，24小时内安排专业人员赴现场服务；

● 保修期满，我司对设备保养、维修仅收取一定成本费。与用户建立长期联系和技术交流，以最新的技术服务于用户，免费提供技术咨询和服务；

● 废气处理系统调试期间，并负责培训技术人员。包括日常操作管理、设备操作规程、常见故障检修、设备定期保养等；

● 定期组织客户回访工作，了解系统运行状况，认真处理客户反馈的意见，做好工程技术咨询工作。

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