技术丨SCR脱硝在高温高尘环境下的有效控制

引言

焦作坚固水泥有限公司3500t/d熟料生产线，先后经过SNCR脱硝改造、分级燃烧改造以及SNCR脱硝提效改造等技术手段，现氮氧化物(NOx)排放可达120mg/Nm3，但由于系统运行稳定性欠佳和氨水用量过大等现状，不能很好地适应焦作地区环保政策要求和生产成本控制。于是根据工艺要求，增加SCR工艺，进行氮氧化物深度治理。

高温高尘SCR反应器针对100mg/Nm3粉尘影响，反应器/催化剂面临堵塞、磨损的技术风险。通过计算机CFD流场模拟，以创造出对SCR催化剂烟尘均布稳定运行。

本技术脱硝工艺采用“全流程SCR脱硝一体化方案”。该方案以高温高尘SCR技术为核心，对已采取的SNCR脱硝或低氮改造措施进行优化，结合优化情况新增高温高尘SCR脱硝系统，使全厂脱硝系统联动。

NOx与NH₃反应原理示意图见图1。

图1 NOx与NH₃反应原理示意图

SCR为保证催化剂表面无积灰，每层催化剂上方需配有必要数量的吹灰器。吹灰器的数量和布置能将催化剂中的积灰吹扫干净，避免因死角造成催化剂失效导致脱硝效率下降。本工程选用耙式吹灰器+声波吹灰器的吹灰方式，吹灰器由PLC系统控制。为保证催化剂不因为冷激破裂及烟温降低影响脱硝效率，在吹灰前要提前将压缩空气加热后进入耙式吹灰器进行吹灰。

脱硝催化剂作为SCR脱硝反应的核心，其质量和性能直接关系到脱硝效率。SCR催化剂一般为TiO₂载体的V₂O₅/WO₃及MoO₃等金属氧化物。

本工程催化剂按4+1层布置，催化剂模块采用标准模块，催化剂的设置方式为满足超低排放的设计脱硝效率。我公司根据脱硝效率的要求和自身的特点以及设计条件合理性选型，提供催化剂的供应厂家，厂家具备催化剂回收能力。

催化剂高尘布置方式为：将SCR反应器布置在预热器C出口与余热锅炉之间，进入SCR反应器内烟气温度约为280~350℃，粉尘浓度降低至20mg/Nm3以下，仍选用较大节距的催化剂，为避免催化剂堵灰，采用声波+耙式组合吹灰方式。该布置方式于2021年12月在国内焦作坚固水泥公司已成功应用，且运行效果良好。SCR脱硝反应结构图见图2。

图3为SCR脱硝反应设备布置流程图。

此种布置方式的优点为：烟气进入反应器的温度较高，一般为300~400℃，能够与金属氧化物催化剂最佳的活性温度相匹配，系统不需要另外增加预热装置，多数催化剂在这个温度范围内能有足够的活性，并可以获得较好的脱硝效果，同时投资和运行费用最低。高温高尘布置方式不会产生颗粒物粘附到催化剂。焦作坚固水泥公司操作界面见图4。

(1)对高温高尘布置，首先要进行CFD流场模拟，对烟气、烟尘均布的影响做出预判，根据模拟情况进行修正优化。

(2)吹灰器用声波+耙式组合吹灰方式能较好地控制阻力的增加。

(3)水泥窑高温高尘SCR脱销技术在催化剂的作用下，可有效提高氨氮反应效率，氨水用量降低50%左右实现NOx的超低排放，NOx排放浓度控制在<50mg/Nm3，氨逃逸<5mg/Nm3，降低了氨逃逸对环境和设备的影响。

作者：张宪合1，刘传路2，赵传华3

所属：1山东水发环境治理有限公司；2济宁中联水泥有限公司；3济宁山水水泥有限公司

来源：《中国水泥》

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