水泥窑炉烟气SCR脱硝技术现状分析

付强 彭小彪

摘 要 本次研究以电力行业作为研究主题，选取与其污染治理密切关联的水泥窑炉烟气SCR脱硝技术作为研究对象，分析其发展现状。具体论述中结合日常工作经验，分别从水泥窑炉烟气SCR脱硝技术的内涵、工作原理、应用中的影响因素、技术现状四个方面进行阐述。

关键词 水泥窑炉;烟气SCR脱硝技术;现状分析

现代工业与国民经济生产及人民生活息息相关，由于我国属于发展中国家，在工业生产制造与能源供给方面依然处于转型升级阶段。经验表明，长期以来构建的能源结构体系与粗放型工业增长模式，存在较大污染，因此，在实际的产业改革中，除了增强供给侧的结构性改革之外，还需要注重对工业生产中生成的污染物排放进行有效的预防与清洁处理，降低工业生产对生态环境的影响。下面以此为背景对主题展开具体探讨。

1水泥窑炉烟气SCR脱硝技术概述

SCR是Selective Catalytic Reduction英文缩写形式，直译为选择性催化还原法，也称烟气SCR脱硝技术，作为一项工业污染物处理技术，它的应用涉及多个工业领域与行业范畴，包括大型锅炉、小型窑炉等[1]。该技术于1959年发明至今，已经成为工业领域的主流烟气脱硝工艺。目前，国内工业中的应用经验证实，在NH3、NOX处理方面，若摩尔比值=1，NH3的逃逸量<5mg/Nm3;NOX的脱除率>90%。

2水泥窑炉烟气SCR脱硝技术工作原理

SCR技术的工作原理相对简单，就是在具备催化剂工况条件下，利用雾化喷射装置及其系统，将氨、尿素等喷入到反应器内;并在适度的温度区间，达到对氮氧化物的选择性还原[2]。在水泥窑炉烟气SCR脱硝系统内实施催化反应的主公式如下：

其中，（1）、（2）式中的催化剂选择，根据行业、处理对象的不同，则会选择蜂窝式或板式类型中的五氧化二钒、二氧化钛、沸石基材等。需要注意的是，其中的反应温度也需要根据不同的行业及处理对象加以调整。

3水泥窑炉烟气SCR脱硝技术应用时的影响因素

从SCR技术原理与应用经验观察，其核心集中在催化剂上，所以，实际的技术效能与催化剂和还原剂之间选择密切关联。现阶面的投入成本表明催化剂投入相对较高，也有设备装置及其工艺之间存在匹配关系，已经形成了“牵一催化剂而动设备装置”的脱硝工艺体系;在还原剂的选择及其应用方面，通常可以选择尿素、氨等。另一方面，反应温度对于催化剂应用效果起着决定性作用，一般需要控制在300℃到400℃左右。目前对影响因素分类较多，具体的实践可以根据行业进行针对性处理[3]。

4水泥窑炉烟气SCR脱硝技术现状分析

通过对水泥窑炉烟气SCR脱硝技术内涵、工作原理、应用阶段的影响因素分析，可以认识到当前的水泥窑炉烟气SCR脱硝技术发展已经相对成熟。根据我国工业的大气污染排放控制标准分析，氮氧化物（NOx）的浓度需要根据行业要求而进行清洁处理，比如，在水泥生产中，烟气排放中的NO2浓度就要求控制在400mg/Nm3以下;重点地区则要求控制在320 mg/Nm3以下。经验表明，这种以高温废弃及热工系统为主的水泥窑炉煅烧条件相对简单，但其复杂程度较高，所以，在实际应用水泥窑炉烟气SCR脱硝系统的过程中，需要结合效能需求，从技术的层面分析高温烟气调质，进而通过配置合理的还原剂与催化剂达到解决问题的目的。

首先，通过对水泥窑炉煅烧时产生的烟气有害成分进行分析，找到对催化剂应用有害，且会影响其使用寿命的因素。结合日常工作经验，可以先对其中的高钙运行工况进行分析。在高温煅烧烟气过程中CaO的浓度相对较高，它能够直接与SCR脱硝系统中的SO3实现粘连，进而发生化学反应，生成CaSO4，因此，在水泥窑炉煅烧烟气的过程中，反应温度>300℃，即会出现烧结现象，从而使催化剂的活性受到直接影响。所以在SCR脱硝系统应用阶段，要注重对水泥窑炉煅烧高温烟气CaO浓度的有效控制，从当前的应用效能观察，建议在烟气脱硫处理阶段，选择具有WO3类型的催化剂。

其次，应该对煅烧时的高飞灰运行工况进行分析，经验表明在此条件下，应用SCR脱硝系统及其处理工艺，往往会发生脱硫处理阶段催化剂堵塞的现象，进而降低脱硝效率。这种催化剂堵塞现象在一般情况下只是对脱硝效能造成负面影响，但是，若堵塞严重，则会造成事故。见于事态的严重性，在实际的应用中，通常要求以表面积大的催化剂类型为主。当前的诸多研究成果与工作实践经验也表明，在水泥窑炉烟气SCR脱硝技术应用时，选择间距特征鲜明的方孔催化剂，既能达到脱硝技术需求的效能，也要以预防堵塞问题的发生。现有数据也证实在烟气含尘量达到10g/Nm3到20g/Nm3范围之内，此类催化剂的适用性与应用效能均佳。

第三，现阶段，在高温工况条件下，催化剂的活性温度窗口与工况温度之间成反比例关系，工况温度越高，催化剂活性越低;因此，在实际的水泥窑炉烟气SCR脱硝技术应用中，为了有效规避这种影响，应该在使用剂量方面进行一些增大性调整，进而保障工艺系统使用中的脱硝效能得到有效发挥。

5结束语

总之，当前中国经济的发展已经进入到了改革的关键时期，若要保护前期改革成果，并在后续的革新中巩固既有成果，创造新的佳绩，依然需要在生态文明建设方面加大改革力度，凭借技术与制度优势，成功转入发达国家发展水平。结合以上分析可以看出，当前水泥窑炉烟气SCR脱硝技术已经相对成熟，但是在实际的应用中需要针对不同的温度条件，做好催化剂、还原剂方面的匹配，进而通过技术层面的资源优化配置提高脱硝效能。

参考文献

[1] 王亚丽，秦楠楠，李楠，等.竹炭用于水泥窯炉烟气脱硝的反应条件研究[J].硅酸盐通报，2019，38（11）：3552-3558.

[2] 黄鹏程，林雪，陈长卿，等.水泥窑炉烟气脱硝及袋除尘一体化技术研究与优化[J].环保科技，2017，23（6）：40-43.

[3] 王亚丽，秦楠楠，李楠，等.钙基颗粒对分解炉内选择性非催化还原法脱硝影响的研究进展[J].科学技术与工程，2020，20（9）：3363-3369.