水泥窑SCR脱硝吹灰方式的选择应用

2016-07-25廖玉云合肥水泥研究设计院安徽合肥230051

四川水泥 2016年4期

廖玉云（合肥水泥研究设计院安徽合肥 230051）

水泥窑SCR脱硝吹灰方式的选择应用

廖玉云
（合肥水泥研究设计院安徽合肥 230051）

SCR脱硝技术的核心是催化剂，水泥窑烟气中粉尘含量高，易使催化剂堵塞和中毒失活。有效的吹灰系统是水泥窑SCR脱硝催化剂正常运行的关键之一。本文论述了水泥窑SCR脱硝吹灰装置比较与选择，为水泥窑SCR脱硝技术的进一步完善和推广提供一定的积累。

水泥窑SCR脱硝；吹灰装置

1 前言

现阶段，SNCR技术是我国水泥行业烟气脱硝的主流技术，其脱硝成本较低，工艺较简单，脱硝效率一般为40～70%左右，难以实现最大限度的NOx减排。水泥工业作为主要的氮氧化物排放源，未来必将实行更为严格的排放标准。选择性催化还原法（SCR）是一种高脱硝效率、低氨逃逸的脱硝技术，在已运行的电站锅炉SCR装置中，脱硝率达到80～90%，氨逃逸在3mg/Nm3以下，非常符合水泥厂进一步的高脱硝效率要求。

参照国外水泥窑SCR脱硝经验，SCR反应器一般布置在窑尾悬浮预热器出口之后，此时烟气中存在大量的碱土金属CaO，进入SCR反应器后易在催化剂表面形成积灰搭桥堵塞，同时加快催化剂的磨损和中毒。因此，设置有效的吹灰方式，及时清除催化剂表面的积灰、保证催化剂的活性和使用寿命是SCR脱硝系统高效稳定运行的关键。

2 水泥窑SCR脱硝及烟气特性

目前，水泥窑主流的SCR脱硝工艺布置是高温高尘布置法（见图1高尘法）：反应器布置在窑尾预热器出口之后的位置。烟气温度在300～400℃范围内，非常适合目前商用催化剂的反应温度，脱硝效率很高。但烟气中全部粉尘均会通过反应器，反应器的工作在“原始”的高尘烟气中。

图1 水泥窑高温高尘法SCR布置工艺图

3 吹灰器的类型及选择

水泥窑的SCR脱硝改造普遍面临着催化剂的吹灰方式选择难题，在吹灰方式的选择上，除了要考虑吹灰效果外，还要考虑对催化剂的磨损影响。目前SCR脱硝系统上普遍应用的催化剂吹灰方式包括声波吹灰、蒸气吹灰和压缩空气吹灰几种形式，一般根据烟气成分、粉尘浓度、积灰部位、积灰程度、粉尘粘度等特性以及吹灰器的性能特点等因素，选择清灰效率高、效果好的吹灰方式。

3.1 声波吹灰技术

声波吹灰技术主要是由声波发生头将压缩空气携带的能量转化为高声强声波，通过声波的作用力使灰粒子和空气分子产生振动，破坏和阻止灰粒子在催化剂表面结合，使之处于悬浮流化状态，以便烟气或自身重力将其带走。在声波的高能量作用下，粉尘不能再热交换表面积聚，可有效阻止积灰的生长。膜片式声波吹灰器所用压缩空气压力为0.5Mpa-0.7Mpa左右[1]。

在使用声波吹灰器时，每层催化剂模块的上方都需设置声波吹灰器，以尽可能地将催化剂吹扫干净，防止烟气中的飞灰在催化剂上沉积、堵塞催化剂孔道而造成催化剂脱硝效率的下降。

声波吹灰不存在清灰死角的问题，清灰非常彻底。同时，属于非接触式的清灰方式，不会对催化剂造成磨损，可延长催化剂的使用寿命，降低.SCR的维护成本。3.2 蒸汽吹灰技术

蒸汽吹灰系统是利用高压蒸汽的射流冲击力清除设备表面上的积灰。蒸汽吹灰系统的流体介质为蒸汽，其必须有一定的过热度，以避免蒸汽含水流入催化剂而使催化剂失效。蒸汽吹灰系统的特性要求如下：蒸汽压力0.6Mpa～1.0Mpa，蒸汽至少要比其在相应压力下的饱和温度高出50～100℃。

SCR脱硝工程常用可伸缩的耙式蒸气吹灰器来清除催化剂表面的积灰，其结构为在母管上每隔一定距离（一个行程）开一个支管，支管上开有一定直径（80～150mm）左右的喷射孔；过热蒸气自喷射孔沿烟气流动的方向吹扫催化剂表面的积灰，吹灰器移动一个行程后蒸气吹扫就覆盖了SCR反应器内的整个催化剂表面[2]。图2为耙式蒸气吹灰器安装示意图。

图3 压缩空气吹灰系统催化剂层横截面图

图2 耙式蒸汽吹灰器示意图

一般每层催化剂模块的上方都需设置蒸气吹灰器，各层吹灰器的吹扫时间错开，根据实际情况（如压差变化）来增加或减少吹扫次数。耙式蒸气吹灰器的清灰强度大，对于催化剂表面已形成的松散型积灰清除效果良好。但由于催化剂的特殊结构，蒸汽吹灰器存在吹灰死角，对催化剂内部积灰以及SCR反应器边缘积灰的处理效果有所减弱，此外，由于SCR反应器中导流板很难完全纠正烟气流垂直于催化剂表面，导致蒸汽吹灰器对催化剂的磨损不可避免[3]。

3.3 压缩空气吹灰技术

压缩空气吹灰技术工作原理与蒸汽吹灰技术基本相同，喷吹介质为经加热的压缩空气。工作压力一般在0.6Mpa以上。图3所示为德国Mergelstetten水泥厂SCR脱硝系统的压缩空气吹灰系统的催化剂层截面图。该厂的做法是：为了防止催化剂部件的粉尘堆积，在每层催化剂层的上方，安装压缩空气喷吹喷嘴，如图3所示，喷嘴设计成能够在催化剂层整个顶面上反复启动。由空压机提供热风( ＞ 140 °C)。压缩空气被设计成从顶层开始自上而下周期性清扫，每个周期持续大约20分钟，即: 每个催化剂层每小时清扫3次。

4 水泥窑吹灰器选择与使用

结合水泥窑炉烟尘特性，声波吹灰器难以适应清除水泥窑烟气粉尘量大而又粘性大的特点，蒸汽吹灰和压缩空气吹灰因其较强力清灰的特点，而更加适应水泥窑炉脱硝工程的吹灰需要。由于水泥厂内蒸汽产气量少，采用压缩空气吹灰更为合适，但压缩空气吹灰需要瞬间压缩空气耗量较大，正常达到0.6～1Nm3/s，且吹灰压力需要控制在0.6Mpa以上，现有窑炉的压缩空气量一般难以满足供应吹灰器的需要，因此，一般需要增设空压机，采用周期运行间歇补气的工作方式进行吹灰。