水泥烟气SCR 脱硝技术经济性分析

管肖肖

（武汉龙净环保工程有限公司，武汉 430000）

目前，国内水泥行业的脱硝技术基本都采用分级燃烧、低氮燃烧联合SNCR 技术，NOx脱除效率低，很难满足愈发严格的排放标准[1]。国内外有一些水泥生产线SCR 运行案例，但未见其长期稳定运行且各项指标满意、完全可推广的技术案例报道，其主要原因是水泥SCR 脱硝技术路线尚达不到电厂燃煤锅炉脱硝技术的成熟度和可靠度。本文针对水泥SCR 脱硝工艺路线进行了技术与经济分析，以期为水泥行业脱硝路线的选择提供参考。

1 水泥烟气特点

（1）粉尘含量高，为60—120g/Nm3，高浓度的粉尘直接覆盖催化剂表面，极易堵塞催化剂孔；粉尘中含有的Na、K、As、Ti 等金属元素会使催化剂失活；粉尘粒径小（小于10μm 的颗粒占75%—90%）、比电阻高，除尘难度大；粉尘碱金属氧化物含量高易磨损催化剂。

（2）湿度大，水含量为8%—16%。

（3）高硫工况下，催化剂在促进脱硝反应的同时，会将SO2氧化为SO3，进而形成NH3HSO4和CaSO4等黏性物质覆盖催化剂表面，造成催化剂效果降低甚至失效。

以上这些烟气特点均增加了水泥行业SCR 脱硝的难度和投资成本。

2 水泥SCR 脱硝工艺路线

水泥SCR 脱硝基本原理是在催化剂作用下，用氨基还原剂将烟气中的NOx还原为N2和H2O[2]。按照SCR 反应器在水泥烟气治理工艺中的布置方式，水泥SCR 脱硝技术主要分为高温高尘、高温中尘、高温低尘、中温中尘、低温低尘脱硝技术，工艺路线多样。

（1）高温高尘：该工艺将SCR 布置在预热器废气出口处，水泥窑炉烟气直接引入SCR 脱硝反应器。此处温度为280℃—450℃，催化剂最成熟，脱硝活性高，初投资费用较低，但是尘浓度高、反应器除尘负担大。

（2）高温中尘：预热器出口烟气先通过电除尘处理，然后进行高温脱硝。但是该工艺只能降低一部分粉尘，粉尘量并未降至毫克级别，而且电除尘器维护和运行成本高，其除尘效率受粉尘比电阻、高压电源及其控制系统等多种因素的影响很大。对于高温高浓度粉尘的情况，经常无法高效、稳定地运行。

（3）中温中尘：SCR 反应器布置在余热锅炉后高温风机前，在温度为200℃—250℃的条件下脱硝，建设运行成本有所降低，粉尘的问题仍无法回避；催化剂活性较低、用量较大，而且这个温度段易生成硫酸氢铵，黏性大易糊堵催化剂。因此，需要增设加热再生装置，系统复杂也增加了成本，而且对后续风机及设备提出了新的要求。

（4）低温低尘：SCR 反应器布置在除尘器后，烟尘浓度低于20mg/Nm3，温度低于150℃，烟气量降低，建设成本低，但目前低温催化剂不成熟难以实现稳定运行。

（5）高温低尘：采用金属滤料除尘，设备布置在预热器废气出口处，放置于SCR 脱硝工艺前段进行高温除尘，该工艺可减缓烟气颗粒对后续脱硝催化剂的磨损、堵塞问题，将粉尘降至10mg/Nm3以内，大大降低了高温催化剂用量，工程造价降低30%以上。高温烟气经除尘脱硝后进入余热锅炉，大幅减少了余热锅炉的磨损和管壁积灰，减少了设备维护工作和成本，可提高换热效率，使得设备长期高效运转。

3 工艺路线技术路线选择原则

水泥窑炉烟气治理路线应根据不同工况进行选择。技术路线的选择原则如下：

（1）改造项目。若原有项目能达标排放，可应用现有除尘设备，不增加投资，直接采用高温脱硝方式，成本较低；废催化剂如果没有烧结，可以考虑再生，再生成本为新鲜催化剂的70%。没有利用价值的废催化剂已经被国家认定为危险废物，需要按照危废处置，处理价格为500—1000 元/m3催化剂。

（2）改造项目。若原有项目不能达标排放，则考虑采用金属滤料+SCR 脱硝。该工艺除尘效果好,阻力小，所耗功率小，耗电量低；高温除尘后，温降小，可以有效降低粉尘对催化剂的影响，催化剂可选择25 孔及更高孔数的催化剂，大大降低催化剂耗量，催化剂成本降低50%以上；金属滤料维护无须停机，只需关闭独立仓门，直接更换，简单易操作。如果选择金属滤料+脱硝尘硝一体化设备，系统协同效果好，更有优势。

（3）新建项目。可以考虑采用尘硝一体化技术方案，协同脱除烟气污染物，达到超低排放，在整体布局、投资、工艺上比较有优势。

（4）新建项目也可以考虑采用中温中尘脱硝路线，但需要考虑副产物硫酸氢铵对于催化剂糊堵的影响。

经过综合分析，“高温高尘SCR 脱硝+余热锅炉+布袋除尘”与“高温金属滤袋除尘+SCR 脱硝+余热锅炉”的工艺路线是目前比较有竞争力的方案，为此，对这两种方案的投资与运行进行比较。

4 高温高尘与高温低尘技术路线经济性对比

高温高尘脱硝技术路线为：先高温脱硝再进入余热锅炉，最后进入布袋除尘，投资费用较低，结构单元简单，改造项目可利旧原有除尘器，但催化剂性能要求高，寿命短，工况粉尘大，催化剂清灰系统压力大，运行能耗高。高温低尘脱硝一体化技术路线为：先通过高温滤袋除尘再高温脱硝，最后进入余热锅炉，除尘效果好且除尘放置在脱硝前端，可降低催化剂成本，大幅减少余热锅炉磨损和管壁积灰，提升换热效率，减少设备运行维护工作和能耗，但该工艺投资成本较高。技术路线经济性对比见上表（以某水泥厂2500t/d 熟料生产线为基准）。

高温高尘与高温低尘技术路线经济性对比

从上表可以看出，高温高尘路线的初投资为2383.9 万元，高温低尘路线的初投资为2904.5 万元，高温高尘比高温低尘技术路线初投资低520.6 万元。但是，高温高尘的6 年运行投资总费用为4327.58 万元，高温低尘的6 年运行投资总费用为4206.59 万元，高温低尘路线比高温高尘路线6 年总投资低120.99 万元，主要是由于高温高尘路线催化剂耗量大以及除尘器滤袋寿命较短。

5 结语

水泥脱硝治理需要承担窑炉脱硫脱硝设施改造和运行带来的熟料成本增加。在超低排放背景下，选择脱硝技术路线需要具有高效率、低成本的特点。水泥SCR 脱硝技术工艺路线多样，经过综合分析，“高温高尘SCR 脱硝+余热锅炉+布袋除尘”与“高温金属滤袋除尘+SCR 脱硝+余热锅炉”工艺路线是目前比较有竞争力的方案。其中，高温高尘路线的初投资比高温低尘技术路线低，但是6 年运行投资总费用较高一些。水泥厂家可根据自身项目实际状况，选择最合适的脱硝技术路线。