水泥窑尾系统烟气SCR脱硝工艺优化研究

水泥窑尾系统烟气 SCR脱硝工艺优化研究

夏佳超

葛洲坝石门特种水泥有限公司 湖南省石门县 415300

摘要：SCR脱硝工艺产生于20世纪80年代，在燃煤锅炉、每焦化等工业炉窑烟气治理方面具有广泛应用。本文在简要概述水泥窑尾系统烟气SCR脱硝工艺方法基础上，依据系统组成分析工艺优化的具体方式，以此为相关研究和实践工作提供参考。

关键词：水泥；窑尾系统；烟气；SCR脱硝工艺

水泥是城市建设和工业建筑的基本材料，2020年我国水泥年产量就已经达到23.7亿吨，占世界总产量的60%左右。但是在水泥窑生产系统中，由于生产工艺限制，会产生大量的二氧化硫、硝酸等酸性气体，对人体健康和生态环境产生影响，对SCR脱硝工艺进行优化，尽量减少有害气体排放，是推进水泥窑协同处置成效的基本要求。

1、水泥窑尾系统烟气SCR脱硝工艺方法

1.1 SCR脱硝工艺反应原理

SCR脱硝工艺也被称为是选择性催化还原法，是在特定温度环境下，选择合适的催化剂，在氧气存在条件下，实现NH₃与NO_x的还原脱除反应，生成N₂和水，而不是和烟气中的氧进行氧化反应，达到较好的还原剂脱硝效果。在水泥窑协同处置系统中，氧化剂主要成分为V₂O₅-TiO₂成分，基于催化剂的多孔介质作用，在反应过程中产生n个组分，实现反应作用。在水泥窑尾系统中，烟气经过孔道时会扩散迁移，在催化剂作用下发生反应，所生成的成分会被降解吸附，进而达到良好的脱硝效果。

1.2 SCR脱硝工艺中脱硝效率的影响因素

在SCR脱硝工艺运行中，脱硝效率主要受如下因素影响：（1）烟气温度，通常条件下，温度介于325~350°C之间，且确保氨氮摩尔比保持在最优值状态下，才能够达到良好的脱硝效果。在温度过低时，催化剂反应不够充分，温度过高时，催化剂会直接与氧气发生反应生成氮氧化物，都会对脱硝效率产生影响^[1]。（2）烟气流速，烟气流速过小，会造成喷氨量不均匀，流速过大，则会造成氮与烟气中的NO_x副反应发生不充分，都会对脱硝效率产生影响。（3）供氨量，在SCR脱硝工艺中，供氨量过大是较为常见的问题，在出现这种情况时，会导致窑尾出现过量氨气，造成脱硝效率下降，系统运行经济性不足。（4）催化剂性能，在工艺应用中，所选择的催化剂活性、组成和寿命等，都会对脱硝效率产生负面影响。

2、水泥窑尾系统烟气SCR脱硝工艺优化方式

2.1 高温电除尘器系统优化

水泥窑尾系统中，原有运行方案通常对炉窑出口含尘量控制不到位，会对催化剂产生堵塞和冲刷作用，对催化剂使用寿命和脱硝效率产生影响。因此可以采用在反应塔前加设高温电除尘器的方式，降低炉窑出口含尘量，避免催化剂被堵塞或冲刷，确保催化剂机械和化学寿命达到工艺设计要求，以此满足脱硝工艺系统良好运行的基本要求。

2.2 还原剂存储及输送系统优化

还原剂是指在输送泵作用下，向各条SCR系统提供氨水，以确保反应过程能够稳定运行。存储和输送系统优化可以采用增加备用线路，优化压力控制系统、优化流量调节等方式进行，在条件具备情况下，也可以采用智能控制技术进行改造，以确保氨水还原计量满足系统运行要求。

2.3 计量分配及喷射系统优化

计量分配及喷射系统优化，是确保SCR还原剂喷射均匀性，确保反应完成的基本要求。针对水泥窑尾系统现有设计不足，可以采用在除尘器入口烟道布置喷枪的方式，将喷射方式调整为双流体环向喷射方式，确保还原剂能够达到雾化喷射效果。在喷枪前分支管路上安装浮子流量计，用以监测氨水溶液流量，在压缩空气管路安装过滤减压阀，对雾化效果进行调节和控制，能够确保喷射效果达到最优化水平，更好的提升脱硝效率。

2.4 SCR反应塔区域系统优化

反应塔是催化剂反应的主要结构，为确保SCR脱硝系统能够保持良好运行状态，可以进行如下方面的优化。一是对框架钢结构进行优化，改用Q355B钢板材料，在内外护板结构之间增加保温材料，防止烟气过度散热对脱硝效率的影响。二是在反应塔外壁催化剂层处加设检修门，采用模块方式布置催化剂层，便于后期检查。三是对反应塔横截面和催化剂层间距进行优化设计，在确保催化剂反应性能基础上，为脱硝装置后期运维和检修工作开展提供便利。

2.5 催化剂组合清灰系统优化

催化剂组合清灰系统是SCR脱硝工艺优化的关键部分，这方面优化设计主要从如下方面入手：（1）清灰系统组成的优化，清灰系统的主要作用，是将催化剂中的积灰吹扫干净，避免死角现象造成催化剂失效，脱硫效率下降^[2]。当前清灰系统类型较为复杂，在实际应用中，依托PLC控制系统，构建“靶式吹灰器+声波吹灰器”的组合方式，能够达到较好的清理效果。（2）压缩空气系统优化，优化方式为在脱硝系统中增加空压机站和后处理系统，结合备用空压机，确保空气压缩系统保持良好运行状态。（3）压缩空气加热系统，主要是通过加设内循环换热器设备，将加热后的热态压缩空气注入靶式吹灰器，避免由于冷激破裂及烟温降低对脱硝效率产生的影响。

2.6 催化剂的优化

催化剂的优化主要是如下方面改进，确保催化剂性能充分发挥出来、首先是对催化剂设置方式进行优化，催化剂层的布置，应当考虑水泥窑尾系统烟气超低排放设计要求，选择“N+1”层布置方式，各层模块规格统一，能够互换使用。其次是要根据水泥窑灰尘特性和运行工况要求，合理选择催化剂孔数。再次是要考虑当前水泥窑协同处置危废、垃圾及污泥等方面要求，分析这些因素对催化剂性能和使用寿命影响^[3]。在确保性能基础上，尽量提升运行寿命。最后是要做好温控系统设计，在不同温度区间达到最优化升温效果。

2.7 控制系统优化

当前水泥窑尾系统烟气SCR脱硝工艺优化过程中，控制系统优化是最为主要的方面，在确保系统安全运行基础上，选择高度智能化、功能较为完善的PLC控制系统，以更好的满足生产线不同工况运行要求。通过智能化的控制系统，能够避免人工控制方式产生的偏差，实现流量的有效控制，运行趋势变化预测等功能。

3、SCR脱硝工艺优化效果及效益分析

3.1 优化效果

基于上述优化措施的实施，在环保验收中，NOx排放浓度能够稳定控制在50mg/Nm³以下，确保脱硝效率稳定在90%以上，氨逃逸量、系统运行阻力和温降参数都有明显优化，有效降低还原剂消耗量，更好的改善余热锅炉换热效率，满足水泥窑尾系统超低排放要求。基于相关运行数据分析，氨逃逸浓度能够稳定控制在2.5mg/Nm³以下，脱硝效率最高能够达到93%左右，避免氨逃逸对生态环境的影响。

3.2 效益分析

以水泥熟料实际运行产量为5800t/d的生产线为例，经过SCR脱硝技术改造后，吨熟料增加运行费用0.5元左右，对经济效益负面影响不显著。在生态效益方面，年NOx排放量能够降低700吨左右，减排量为0.36kg/tcl，年节约氨水消耗量近500万吨，从而达到良好的环保效果。

3、结束语

水泥窑尾系统烟气SCR脱硝工艺优化是一项系统性工程，在进行工艺优化时，需要考虑当前生产线运行实际情况，分析各个生产环节改造对脱硝效率的影响，结合新型工艺进行全面优化，以此才能够在进行控制工艺应用成本和生产成本基础上，更好的提升脱硝效率，为生态保护做出积极贡献。

参考文献

[1]臧剑波.水泥窑尾系统烟气SCR脱硝工艺优化方法[J].水泥工程,2021(06):9-12+20.

[2]李乐意.水泥窑高温高尘SCR烟气脱硝系统的应用[J].建材发展导向,2021,19(12):4-5.

[3]余云祥,段吉波,刘进,黄锐.水泥窑烟气复合脱硫系统运行改进经验[J].水泥工程,2020(S1):11-13.