水泥窯爐煙氣SCR脫硝技術(shù)現(xiàn)狀分析

付強(qiáng) 彭小彪

摘 要 本次研究以電力行業(yè)作為研究主題，選取與其污染治理密切關(guān)聯(lián)的水泥窯爐煙氣SCR脫硝技術(shù)作為研究對象，分析其發(fā)展現(xiàn)狀。具體論述中結(jié)合日常工作經(jīng)驗(yàn)，分別從水泥窯爐煙氣SCR脫硝技術(shù)的內(nèi)涵、工作原理、應(yīng)用中的影響因素、技術(shù)現(xiàn)狀四個(gè)方面進(jìn)行闡述。

關(guān)鍵詞 水泥窯爐;煙氣SCR脫硝技術(shù);現(xiàn)狀分析

現(xiàn)代工業(yè)與國民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)及人民生活息息相關(guān)，由于我國屬于發(fā)展中國家，在工業(yè)生產(chǎn)制造與能源供給方面依然處于轉(zhuǎn)型升級階段。經(jīng)驗(yàn)表明，長期以來構(gòu)建的能源結(jié)構(gòu)體系與粗放型工業(yè)增長模式，存在較大污染，因此，在實(shí)際的產(chǎn)業(yè)改革中，除了增強(qiáng)供給側(cè)的結(jié)構(gòu)性改革之外，還需要注重對工業(yè)生產(chǎn)中生成的污染物排放進(jìn)行有效的預(yù)防與清潔處理，降低工業(yè)生產(chǎn)對生態(tài)環(huán)境的影響。下面以此為背景對主題展開具體探討。

1水泥窯爐煙氣SCR脫硝技術(shù)概述

SCR是Selective Catalytic Reduction英文縮寫形式，直譯為選擇性催化還原法，也稱煙氣SCR脫硝技術(shù)，作為一項(xiàng)工業(yè)污染物處理技術(shù)，它的應(yīng)用涉及多個(gè)工業(yè)領(lǐng)域與行業(yè)范疇，包括大型鍋爐、小型窯爐等[1]。該技術(shù)于1959年發(fā)明至今，已經(jīng)成為工業(yè)領(lǐng)域的主流煙氣脫硝工藝。目前，國內(nèi)工業(yè)中的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)證實(shí)，在NH3、NOX處理方面，若摩爾比值=1，NH3的逃逸量<5mg/Nm3;NOX的脫除率>90%。

2水泥窯爐煙氣SCR脫硝技術(shù)工作原理

SCR技術(shù)的工作原理相對簡單，就是在具備催化劑工況條件下，利用霧化噴射裝置及其系統(tǒng)，將氨、尿素等噴入到反應(yīng)器內(nèi);并在適度的溫度區(qū)間，達(dá)到對氮氧化物的選擇性還原[2]。在水泥窯爐煙氣SCR脫硝系統(tǒng)內(nèi)實(shí)施催化反應(yīng)的主公式如下：

其中，（1）、（2）式中的催化劑選擇，根據(jù)行業(yè)、處理對象的不同，則會選擇蜂窩式或板式類型中的五氧化二釩、二氧化鈦、沸石基材等。需要注意的是，其中的反應(yīng)溫度也需要根據(jù)不同的行業(yè)及處理對象加以調(diào)整。

3水泥窯爐煙氣SCR脫硝技術(shù)應(yīng)用時(shí)的影響因素

從SCR技術(shù)原理與應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)觀察，其核心集中在催化劑上，所以，實(shí)際的技術(shù)效能與催化劑和還原劑之間選擇密切關(guān)聯(lián)?，F(xiàn)階面的投入成本表明催化劑投入相對較高，也有設(shè)備裝置及其工藝之間存在匹配關(guān)系，已經(jīng)形成了“牽一催化劑而動設(shè)備裝置”的脫硝工藝體系;在還原劑的選擇及其應(yīng)用方面，通?？梢赃x擇尿素、氨等。另一方面，反應(yīng)溫度對于催化劑應(yīng)用效果起著決定性作用，一般需要控制在300℃到400℃左右。目前對影響因素分類較多，具體的實(shí)踐可以根據(jù)行業(yè)進(jìn)行針對性處理[3]。

4水泥窯爐煙氣SCR脫硝技術(shù)現(xiàn)狀分析

通過對水泥窯爐煙氣SCR脫硝技術(shù)內(nèi)涵、工作原理、應(yīng)用階段的影響因素分析，可以認(rèn)識到當(dāng)前的水泥窯爐煙氣SCR脫硝技術(shù)發(fā)展已經(jīng)相對成熟。根據(jù)我國工業(yè)的大氣污染排放控制標(biāo)準(zhǔn)分析，氮氧化物（NOx）的濃度需要根據(jù)行業(yè)要求而進(jìn)行清潔處理，比如，在水泥生產(chǎn)中，煙氣排放中的NO2濃度就要求控制在400mg/Nm3以下;重點(diǎn)地區(qū)則要求控制在320 mg/Nm3以下。經(jīng)驗(yàn)表明，這種以高溫廢棄及熱工系統(tǒng)為主的水泥窯爐煅燒條件相對簡單，但其復(fù)雜程度較高，所以，在實(shí)際應(yīng)用水泥窯爐煙氣SCR脫硝系統(tǒng)的過程中，需要結(jié)合效能需求，從技術(shù)的層面分析高溫?zé)煔庹{(diào)質(zhì)，進(jìn)而通過配置合理的還原劑與催化劑達(dá)到解決問題的目的。

首先，通過對水泥窯爐煅燒時(shí)產(chǎn)生的煙氣有害成分進(jìn)行分析，找到對催化劑應(yīng)用有害，且會影響其使用壽命的因素。結(jié)合日常工作經(jīng)驗(yàn)，可以先對其中的高鈣運(yùn)行工況進(jìn)行分析。在高溫煅燒煙氣過程中CaO的濃度相對較高，它能夠直接與SCR脫硝系統(tǒng)中的SO3實(shí)現(xiàn)粘連，進(jìn)而發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成CaSO4，因此，在水泥窯爐煅燒煙氣的過程中，反應(yīng)溫度>300℃，即會出現(xiàn)燒結(jié)現(xiàn)象，從而使催化劑的活性受到直接影響。所以在SCR脫硝系統(tǒng)應(yīng)用階段，要注重對水泥窯爐煅燒高溫?zé)煔釩aO濃度的有效控制，從當(dāng)前的應(yīng)用效能觀察，建議在煙氣脫硫處理階段，選擇具有WO3類型的催化劑。

其次，應(yīng)該對煅燒時(shí)的高飛灰運(yùn)行工況進(jìn)行分析，經(jīng)驗(yàn)表明在此條件下，應(yīng)用SCR脫硝系統(tǒng)及其處理工藝，往往會發(fā)生脫硫處理階段催化劑堵塞的現(xiàn)象，進(jìn)而降低脫硝效率。這種催化劑堵塞現(xiàn)象在一般情況下只是對脫硝效能造成負(fù)面影響，但是，若堵塞嚴(yán)重，則會造成事故。見于事態(tài)的嚴(yán)重性，在實(shí)際的應(yīng)用中，通常要求以表面積大的催化劑類型為主。當(dāng)前的諸多研究成果與工作實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)也表明，在水泥窯爐煙氣SCR脫硝技術(shù)應(yīng)用時(shí)，選擇間距特征鮮明的方孔催化劑，既能達(dá)到脫硝技術(shù)需求的效能，也要以預(yù)防堵塞問題的發(fā)生?，F(xiàn)有數(shù)據(jù)也證實(shí)在煙氣含塵量達(dá)到10g/Nm3到20g/Nm3范圍之內(nèi)，此類催化劑的適用性與應(yīng)用效能均佳。

第三，現(xiàn)階段，在高溫工況條件下，催化劑的活性溫度窗口與工況溫度之間成反比例關(guān)系，工況溫度越高，催化劑活性越低;因此，在實(shí)際的水泥窯爐煙氣SCR脫硝技術(shù)應(yīng)用中，為了有效規(guī)避這種影響，應(yīng)該在使用劑量方面進(jìn)行一些增大性調(diào)整，進(jìn)而保障工藝系統(tǒng)使用中的脫硝效能得到有效發(fā)揮。

5結(jié)束語

總之，當(dāng)前中國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入到了改革的關(guān)鍵時(shí)期，若要保護(hù)前期改革成果，并在后續(xù)的革新中鞏固既有成果，創(chuàng)造新的佳績，依然需要在生態(tài)文明建設(shè)方面加大改革力度，憑借技術(shù)與制度優(yōu)勢，成功轉(zhuǎn)入發(fā)達(dá)國家發(fā)展水平。結(jié)合以上分析可以看出，當(dāng)前水泥窯爐煙氣SCR脫硝技術(shù)已經(jīng)相對成熟，但是在實(shí)際的應(yīng)用中需要針對不同的溫度條件，做好催化劑、還原劑方面的匹配，進(jìn)而通過技術(shù)層面的資源優(yōu)化配置提高脫硝效能。

參考文獻(xiàn)

[1] 王亞麗，秦楠楠，李楠，等.竹炭用于水泥窯爐煙氣脫硝的反應(yīng)條件研究[J].硅酸鹽通報(bào)，2019，38（11）：3552-3558.

[2] 黃鵬程，林雪，陳長卿，等.水泥窯爐煙氣脫硝及袋除塵一體化技術(shù)研究與優(yōu)化[J].環(huán)?？萍?，2017，23（6）：40-43.

[3] 王亞麗，秦楠楠，李楠，等.鈣基顆粒對分解爐內(nèi)選擇性非催化還原法脫硝影響的研究進(jìn)展[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2020，20（9）：3363-3369.