浅谈水泥窑SCR烟气脱硝技术

我国非电力行业（钢铁、建材、有色等）产能占世界的50%以上，大气污染物排放总量位居各排放源之首，而水泥工业是继电力、钢铁之后的NOx第三大排放源。同时，中国建筑材料联合会发布《2019年水泥行业大气污染防治攻坚战实施方案》，实施方案要求污染物在达标排放的基础上，2+26个城市2019年底主要污染物排放达到：颗粒物≤10mg/Nm3；氮氧化物≤100 mg/Nm3；二氧化硫：≤50 mg/Nm3；各地方政府纷纷响应出台更加严苛的政策和地方标准，同时要求氨逃逸≤8mg/Nm3，因此水泥窑NOx深度减排工作势在必行。
1、水泥行业脱硝现状
随着科学技术的不断发展以及水泥窑烟气NOx排放标准的不断收严，水泥窑烟气脱硝历经SNCR技术、低氮燃烧器技术、分解炉分级燃烧技术等，它们建设费用低，性能良好，因此受到广泛应用，目前大部分水泥生产线已同时安装上述脱硝设备，NOx得到有效控制。但从实际情况来看，这些技术自身虽然具备不同的优势，但也受到技术本身的限制，在排放标准进一步收严后难以保证NOx超低排放的同时满足氨逃逸≤8mg/Nm3的标准。
2、水泥窑SCR技术
SCR脱硝技术是指在催化剂的作用下，利用还原剂（氨水、尿素等）来有选择性的与烟气中的NOx反应生成N2和H2O，理论上，SCR与SNCR技术原理相同，SCR技术由于催化剂的作用，反应温度降低至280℃-350℃，同时反应器内烟气流场及温度场均匀，脱硝效率高达90%以上，氨逃逸也得到有效控制。
因此，在水泥窑现有SNCR+分级燃烧的基础上加装SCR是NOx实现超低排放的稳定保障。
目前水泥窑SCR技术分为三种不同的温度区间，高温SCR（280℃-350℃）、中温SCR（180℃-260℃）、低温SCR（80℃-150℃），高温SCR布置在预热器C1出口和余热锅炉之间，中温SCR布置在余热锅炉和高温风机之间或者高温风机和生料磨之间，低温SCR布置在窑尾布袋除尘后。
3、水泥窑SCR应用的难点
水泥窑烟气中粉尘含量高、粉尘粒径细、成分中大部分为CaO、CaCO3、SiO2，催化剂易磨损、易堵塞；
粉尘中含CaO、Na2O、K2O等、部分掺烧垃圾或固废的水泥窑烟气成分更为复杂，催化剂易碱金属中毒；
采用中温SCR和低温SCR时，烟气中的SO2、SO3会使催化剂中毒，造成催化剂低温失活；
现有水泥窑设备布置紧凑，SCR脱硝改造占地面积较大，布置困难；
4水泥窑SCR各技术对比
目前水泥窑SCR技术主要分为高温高尘、高温中尘、高温低尘、中温中尘、中温低尘、低温低尘这六种工艺路径。
水泥窑SCR各工艺技术指标对比表

5、国内外水泥窑SCR业绩
根据相关资料调研，国外早在2006年意大利Moncelice水泥厂采用SCR工艺进行脱硝，粉尘在100g/Nm³左右，烟气温度330℃，属于高温高尘SCR工艺，NOx从初始1200mg/Nm³降至400mg/Nm³，氨逃逸小于5mg/Nm³；2010年德国Mergelstetten水泥厂、2013年美国Joppa水泥厂、2017年德国WOTAN-Zement先后采用高温高尘SCR工艺进行脱硝治理；2012年奥地利Mannersdorf水泥厂采用高温中尘SCR工艺，入口粉尘约20g/Nm³左右；国外水泥窑相关SCR业绩均采用了高温催化剂，已经过长期运行的考验。
国内NOx排放标准远高于国外标准，目前国内高温高尘SCR、高温中尘SCR已有工程应用，脱硝效果良好，能稳定运行，部分工艺细节仍在改进优化；高温低尘SCR目前没有运行案例，仍在推广中；中温中尘SCR中试运行稳定性不足，催化剂磨损、堵塞情况严重；中温低尘SCR中试效果良好，但需对入口SO2、SO3进行控制，防止催化剂中毒失活，暂无工程应用；
6、总结
SCR技术在电力、钢铁、化工等行业已成功运行多年，是实现脱硝超低排放的主要技术，在国内外均有成功应用案例，6种SCR工艺各有其优缺点，从技术成熟性及运行稳定性上优先考虑高温中尘或高温低尘工艺，该2种工艺均可稳定实现NOx超低排放；从经济性分析最佳工艺为高温中尘SCR，建设费用和运行费用低于高温低尘工艺，且经过工程实践，适应国内水泥窑工况环境；当然，面对不同的水泥窑工况需因地制宜，选择不同的SCR工艺，如部分掺烧固废的水泥窑粉尘中碱金属含量很高则应采用高温低尘工艺，降低催化剂失活风险。随着排放标准和政策进一步严格，SCR技术必将成为水泥窑脱硝主流技术。