NOx治理難題如何破解？詳解水泥窯中低溫SCR脫硝催化劑技術(shù)

編者按

今年是“兩個(gè)一百年”的歷史交匯點(diǎn)，全面建設(shè)社會(huì)主義現(xiàn)代化國(guó)家新征程即將開啟。新基建、大數(shù)據(jù)、綠色制造，水泥工業(yè)也迎來了新的發(fā)展機(jī)遇和挑戰(zhàn)。保護(hù)生態(tài)環(huán)境、減少污染物減排，仍是水泥工業(yè)面臨的緊迫任務(wù)。

中國(guó)水泥網(wǎng)于去年12月16日?qǐng)?bào)道了“國(guó)內(nèi)外首臺(tái)套水泥窯爐中低溫?zé)煔釹CR脫硝工程項(xiàng)目通過專家評(píng)審”的消息，受到水泥行業(yè)多方面的關(guān)注，不少水泥生產(chǎn)企業(yè)來電來函，希望有詳細(xì)的報(bào)道跟進(jìn)，以便為了解、掌握和應(yīng)用這項(xiàng)工程技術(shù)提供更多的幫助。為此，中國(guó)水泥網(wǎng)技術(shù)欄目記者專程采訪了項(xiàng)目負(fù)責(zé)人汪瀾，以下是訪談對(duì)話全文。

問題一：NOx是什么樣的化合物？它有什么危害？

答：NOx是一種嚴(yán)重的大氣污染物;NOx包含多種化合物，如一氧化二氮（N2O）、一氧化氮（NO）和二氧化氮(NO2)等，可統(tǒng)稱為氮氧化物。氮氧化物是形成光化學(xué)煙霧和酸雨的一個(gè)重要原因;光化學(xué)煙霧是有毒煙霧，具有特殊氣味，可傷害人體視覺器官、妨礙植物生長(zhǎng)，并使大氣能見度下降。酸雨可導(dǎo)致土壤酸化，使農(nóng)作物大幅度減產(chǎn)，酸雨還可使水泥混凝土建筑結(jié)構(gòu)加快老化，導(dǎo)致水泥混凝土強(qiáng)度下降，表面溶解，并產(chǎn)生“黑殼”效應(yīng)。更為嚴(yán)重的是氮氧化物可刺激人體肺部器官，導(dǎo)致肺部構(gòu)造改變，嚴(yán)重危害人類的身心健康。

問題二：NOx有如此嚴(yán)重的危害，那它是怎樣產(chǎn)生的呢？

答：NOx的產(chǎn)生分為天然和人為活動(dòng)兩大類。天然排放的NOx主要來自土壤和海洋中有機(jī)物的分解，屬于自然界的氮循環(huán)過程。人為活動(dòng)排放的NOx，大部分來自化學(xué)燃料的燃燒過程，如汽車、工業(yè)窯爐的燃燒過程。在高溫燃燒條件下，N2與O2化學(xué)反應(yīng)，形成NOx，主要以NO的形式存在，但NOx隨后也會(huì)氧化成NO2，并進(jìn)一步與水分子作用形成酸雨中的酸組分硝酸（HNO3）。

在高溫燃燒條件下產(chǎn)生的NOx可分為三類：第一類由燃燒過程空氣中的N2氧化形成，稱為熱力型NOx；第二類由燃料中固定氮生成，成為燃料型NOx；第三類由含碳自由基與N2生成，稱為快速型NOx。工業(yè)窯爐由于高溫燃燒特性，95%以上NOx為熱力型NOx。

問題三：窯爐是水泥生產(chǎn)的主要設(shè)備,高溫煅燒是水泥熟料生產(chǎn)的主要工藝過程，看來也會(huì)產(chǎn)生一定量的NOx？

答：有研究測(cè)算2020年我國(guó)NOx總排放量約為2千萬噸。我國(guó)是水泥生產(chǎn)大國(guó)，水泥產(chǎn)量常年位居世界第一；目前約有1600余條新型干法水泥生產(chǎn)線，年生產(chǎn)水泥熟料約為13億噸。根據(jù)全國(guó)污染源普查確定的NOx排放系數(shù)為1.5kg/t-熟料~1.8kg/t-熟料算，2020年我國(guó)水泥工業(yè)窯爐排放的NOx約為200余萬噸，占全國(guó)NOx總排放量的10%,也是繼火電發(fā)電廠和機(jī)動(dòng)車之后的第三大排放源。

問題四：針對(duì)NOx減排，國(guó)家有哪些方針政策或指導(dǎo)意見？

答：保護(hù)環(huán)境是我國(guó)的基本國(guó)策。早在2005年時(shí)任浙江省委書記習(xí)近平就提出了“綠水青山就是金山銀山”這一科學(xué)論斷；每年《政府工作報(bào)告》都提出要持續(xù)推進(jìn)污染治理及加強(qiáng)工業(yè)、燃煤、機(jī)動(dòng)車三大污染源治理的具體要求和減排目標(biāo)；《大氣污染物防治行動(dòng)計(jì)劃》提出“加強(qiáng)脫硫、脫硝等方向的技術(shù)研發(fā)”、《工業(yè)窯爐大氣污染綜合治理方案》提出“完善工業(yè)爐窯大氣污染綜合治理管理體系，推進(jìn)工業(yè)爐窯全面達(dá)標(biāo)排放，實(shí)現(xiàn)工業(yè)行業(yè)二氧化硫、氮氧化物、顆粒物等污染物排放進(jìn)一步下降。”

應(yīng)該指出的是，目前以火電廠為主體的煤電行業(yè)通過采用催化還原技術(shù)（SCR），已經(jīng)實(shí)現(xiàn)全行業(yè)的超低排放。機(jī)動(dòng)車NOx減排也進(jìn)入由“國(guó)五”到“國(guó)四”排放標(biāo)準(zhǔn)的過渡時(shí)期；鋼鐵行業(yè)也是先行一步，到2025年底,全行業(yè)力爭(zhēng)80%以上產(chǎn)能完成超低排放改造，即排放煙氣中顆粒物、SO2和NOx濃度分別低于10mg/Nm3、35mg/Nm3和50mg/Nm3。

問題五：各工業(yè)領(lǐng)域超低排放緊鑼密鼓，那水泥行業(yè)有什么具體要求嗎？

答：我國(guó)水泥工業(yè)大氣污染減排標(biāo)準(zhǔn)隨著水泥生產(chǎn)工藝技術(shù)進(jìn)步而不斷發(fā)展和完善。從1973年納入《工業(yè)企業(yè)“三廢”排放減排標(biāo)準(zhǔn)》僅對(duì)顆粒物進(jìn)行排放限制，到近期排放標(biāo)準(zhǔn)對(duì)顆粒物、SO2、NOx、HF、NH3和Hg等排放進(jìn)行全面限制，為水泥工業(yè)綠色轉(zhuǎn)型提供了引領(lǐng)。

目前，國(guó)內(nèi)水泥工業(yè)執(zhí)行的排放標(biāo)準(zhǔn)為《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 4915-2013）。一些地方還出臺(tái)了更為嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，例如，浙江省出臺(tái)的地方標(biāo)準(zhǔn)要求到2025年水泥窯爐煙氣NOx排放濃度小于50mg/Nm3，江蘇省擬發(fā)布的地方標(biāo)準(zhǔn)則把實(shí)現(xiàn)超低排放的目標(biāo)提前到2022年。此外，環(huán)保部頒發(fā)的《重污染天氣重點(diǎn)行業(yè)應(yīng)急減排技術(shù)指南》則要求，水泥生產(chǎn)采用SNCR、SCR等技術(shù)達(dá)到超低排放，并且噸水泥熟料氨水耗量小于4kg，才能認(rèn)定為A級(jí)企業(yè)，享受相應(yīng)的政策支持。

問題六：目前水泥工業(yè)NOx減排及工程技術(shù)應(yīng)用是什么樣的狀況？

答：事實(shí)上，我國(guó)水泥工業(yè)從1996年就開始研究NOx減排技術(shù)和工程應(yīng)用，2007年開始全面推廣非催化還原技術(shù)（SNCR），即將還原劑氨水噴入到分解爐管道中，用于NOx的還原。SNCR技術(shù)的脫硝效率可高達(dá)60%。若水泥窯爐煙氣NOx原始濃度為1000mg/m3，采用SNCR技術(shù)可控制NOx排放值小于400mg/m3。這期間還有研究采用分級(jí)燃燒技術(shù)，即通過控制分解爐及管道中的燃燒工況，用不完全燃燒產(chǎn)生的CO來還原NOx。分級(jí)燃燒技術(shù)的脫硝效率約為30%。

以德國(guó)為代表的世界水泥工業(yè)早在上世紀(jì)八十年代初就已開始水泥窯爐煙氣NOx減排技術(shù)的研發(fā)及工程應(yīng)用，但考慮到SNCR技術(shù)產(chǎn)生的氨逃逸問題，從2000年后開始采用SCR技術(shù)。截止到2020年底，德國(guó)水泥生產(chǎn)線采用SCR技術(shù)多達(dá)17條，約為生產(chǎn)線總數(shù)的一半。

我國(guó)從2018年開始學(xué)習(xí)引入國(guó)際上水泥窯爐煙氣SCR脫硝技術(shù)，典型案例有河南登封宏昌水泥采用的高溫中塵SCR技術(shù)和山東濟(jì)寧海螺水泥采用高溫高塵SCR技術(shù)。

問題七：SNCR技術(shù)與SCR技術(shù)都是采用氨水作為NOx減排及脫硝的還原劑，SNCR與SCR這兩種技術(shù)有什么區(qū)別？

答：SNCR是將氨水噴入到分解爐及連接管道中，在800℃以上的高溫區(qū)，NH3分子與NOx分子直接碰撞反應(yīng)，形成N2和H2O。可見，這種反應(yīng)是隨機(jī)的，有對(duì)應(yīng)的閾值。如果要通過SNCR技術(shù)一味地提高脫硝效率，這就需要大幅度提高氨水用量。有水泥生產(chǎn)企業(yè)SNCR技術(shù)應(yīng)用案例表明，將氨水用量提高到8kg/t-熟料，有可能將煙氣中NOx排放濃度降低到100mg/m3以下，但與此同時(shí)的氨逃逸已經(jīng)大大超過100mg/m3。

與SNCR技術(shù)相比，SCR技術(shù)是在窯爐煙氣小于320℃的區(qū)域布置了脫硝反應(yīng)器，并在反應(yīng)器中安裝了多層催化劑材料。這類催化劑材料對(duì)NH3分子和NOx分子都有很強(qiáng)的吸附能力，使煙氣中的NH3分子和NOx分子能在催化劑表面產(chǎn)生有效接觸碰撞。此外，催化劑材料中含有過渡金屬氧化物，由于價(jià)態(tài)易變，可以為NH3分子與NOx分子的反應(yīng)提供電子轉(zhuǎn)移，進(jìn)而大大加快了反應(yīng)的進(jìn)行。SCR技術(shù)脫硝效率可以大于95%，并且可大大降低氨逃逸。

問題八：SCR技術(shù)脫硝效率高，可以實(shí)現(xiàn)水泥窯爐煙氣NOx超低排放，但如何與既有的水泥生產(chǎn)線配套？

答：水泥窯爐煙氣從預(yù)熱器C1級(jí)筒排出后溫度約為320℃，粉塵濃度約為120g/m3，煙氣通常是通過連接管道進(jìn)入到余熱鍋爐進(jìn)行余熱發(fā)電利用。從余熱鍋爐排出后煙氣溫度約為200℃、粉塵濃度降為55g/m33，煙氣再進(jìn)入生料粉磨系統(tǒng)，經(jīng)布袋收塵后，從排氣筒排出;出排氣筒的煙氣溫度約為100℃，粉塵濃度小于10mg/m3。

SCR反應(yīng)器可以布置在預(yù)熱器C1級(jí)筒后，布置在余熱鍋爐后，或是布置在布袋收塵器后，這就產(chǎn)生了“高溫布置”、“中低溫布置”和“超低溫布置”幾種不同的模式。目前，“高溫布置”和“中低溫布置”技術(shù)都已得到實(shí)際工程應(yīng)用，可以認(rèn)為是較為成熟的工程技術(shù)，“超低溫布置”技術(shù)還在深入的研究之中。

問題九：針對(duì)水泥窯爐煙氣脫硝成熟的SCR技術(shù)有不同的布置區(qū)域，技術(shù)上各有什么特點(diǎn)？

答：“高溫布置”又分為高溫中塵布置和高溫高塵布置，前者是在SCR反應(yīng)器前布置高溫電收塵器，使進(jìn)入SCR反應(yīng)器煙氣中的粉塵濃度下降至50g/m3左右，進(jìn)而減少進(jìn)入SCR反應(yīng)器的高粉塵對(duì)催化劑材料脫硝效率及長(zhǎng)期使用壽命的影響；后者是高粉塵濃度煙氣直接進(jìn)入SCR反應(yīng)器，這樣減小了SCR反應(yīng)器對(duì)后續(xù)余熱鍋爐發(fā)電量的影響，同時(shí)也減少了設(shè)備投資和SCR反應(yīng)器全系統(tǒng)運(yùn)行故障率。

“中低溫布置”結(jié)合了“高溫布置”兩種形式的優(yōu)點(diǎn)，即SCR反應(yīng)器置于余熱鍋爐后，這樣對(duì)窯爐運(yùn)行及余熱鍋爐發(fā)電效率都沒有任何影響，由于余熱鍋爐中煙氣粉塵的自然沉降，進(jìn)入到SCR反應(yīng)器中的煙氣粉塵濃度僅約為55g/m3，與“高溫中塵布置”基本相當(dāng)。

由于“中低溫布置”SCR技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“大氣污染成因與控制技術(shù)研究”重點(diǎn)專項(xiàng)中立項(xiàng)“建材行業(yè)煙氣多污染物協(xié)同控制技術(shù)研發(fā)及工程示范”和“建材行業(yè)煙氣污染物全過程減排及節(jié)能耦合技術(shù)研究與示范”，前一重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目由清華大學(xué)牽頭，中國(guó)建材總院參與；后一重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目由中國(guó)建材總院牽頭。在院士專家的指導(dǎo)下，通過不懈努力，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出高性能的中低溫催化劑材料，并且與5000t/d水泥熟料生產(chǎn)線配套，實(shí)現(xiàn)了水泥窯爐煙氣中低溫SCR脫硝技術(shù)的工程應(yīng)用，取得了長(zhǎng)期高效穩(wěn)定的運(yùn)行效果。

問題十：那中低溫SCR脫硝催化劑材料技術(shù)有什么創(chuàng)新？

答：SCR脫硝技術(shù)1959年起源于美國(guó)，以后在日本和德國(guó)燃煤電廠中得到商業(yè)應(yīng)用，我國(guó)于上世紀(jì)90年代初引進(jìn)這一技術(shù)，目前已廣泛應(yīng)用于電力行業(yè)、鋼鐵行業(yè)等工業(yè)部門，可以說SCR脫硝技術(shù)已經(jīng)非常成熟，但采用的SCR催化劑材料工作溫度窗口大多高于300℃。為此，國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目特別提出要研發(fā)中低溫SCR脫硝催化劑材料技術(shù)，并且在煙氣溫度低于220℃的工況條件下實(shí)現(xiàn)工程化應(yīng)用。

由此可知，中低溫SCR脫硝技術(shù)的核心是中低溫SCR脫硝催化劑材料技術(shù)，為此，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)傳統(tǒng)的高溫催化劑材料進(jìn)行改進(jìn)性研究，通過添加強(qiáng)吸附功能材料組分，使催化劑材料對(duì)NH3分子和NOx分子吸附能力增加了數(shù)倍；通過添加微量過渡金屬元素，使NH3分子與NOx分子反應(yīng)的電子轉(zhuǎn)移加速，反應(yīng)速率大幅度提高，通過新的加工制備工藝，使催化劑材料的表面積和孔容增加、耐磨性能也有顯著提高，最終實(shí)現(xiàn)了高性能中低溫催化劑材料的商業(yè)化生產(chǎn)；目前已申報(bào)發(fā)明專利23項(xiàng)，獲專利授權(quán)5項(xiàng)，形成了一系列自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

問題十一：中低溫SCR脫硝催化劑材料已實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化生產(chǎn)，那這種催化劑材料還有什么特點(diǎn)？

答：通過優(yōu)化主催化劑、助催化劑和載體組成配比及較高焙燒溫度，使中低溫SCR脫硝催化劑材料有了更多的優(yōu)點(diǎn)，包括催化劑材料的比表面積增加、活性增強(qiáng)、抗失活能力提高。

催化劑材料失活，即在一段時(shí)間使用后脫硝效率下降，是催化劑材料存在的普遍問題。我們研究的中低溫催化劑材料焙燒溫度比傳統(tǒng)催化劑材料焙燒溫度高出了100多度，防止了催化劑材料在長(zhǎng)期高溫工況條件下的結(jié)構(gòu)破壞，避免了催化劑材料的熱燒結(jié)失活。針對(duì)高溫催化劑材料常有被細(xì)微粉塵堵塞的現(xiàn)象，我們研究的中低溫催化劑通過干燥、陳腐工藝過程優(yōu)化，控制催化劑材料的孔容及孔結(jié)構(gòu)形式，有效地防止了粉塵堵塞現(xiàn)象的發(fā)生。

還有一個(gè)非常值得關(guān)注的現(xiàn)象，以往國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)報(bào)道，高溫催化劑材料易受鉈（Tl）、砷（As）等元素的影響，即這些元素會(huì)占據(jù)催化劑的活性位，使催化劑材料失活，而我們研究發(fā)現(xiàn)在中低溫工況條件下，由于溫度下降至200度左右這些有害元素及鉀、鈉離子等都已冷凝吸附、固結(jié)在粉塵顆粒表面，故不會(huì)對(duì)催化劑材料產(chǎn)生影響，這與國(guó)際上的研究報(bào)道也是一致的。這也可以說是中低溫催化劑脫硝工藝技術(shù)的一個(gè)優(yōu)勢(shì)。

問題十二：中低溫SCR脫硝催化劑材料技術(shù)有一系列創(chuàng)新和應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，在實(shí)現(xiàn)工程化應(yīng)用做了什么工作？

答：中低溫SCR脫硝催化劑材料的研發(fā)包括許多機(jī)理研究和原始創(chuàng)新，為實(shí)現(xiàn)工程化應(yīng)用就需要在水泥生產(chǎn)實(shí)際工況條件下檢測(cè)中低溫SCR脫硝催化劑材料的各項(xiàng)性能。為此，在上海南方水泥有限公司的支持和配合下，我們對(duì)催化劑模塊進(jìn)行實(shí)際工況條件下的性能檢測(cè)，即建立多個(gè)微型反應(yīng)器，把體積為0.068m3催化劑模塊置入微型反應(yīng)器中，再通過旁路引入溫度約為200℃的含塵煙氣，通過測(cè)定進(jìn)出微型反應(yīng)器煙氣中NOx濃度，確定單體催化劑模塊的脫硝效率及其煙氣工況條件變化對(duì)催化劑材料性能的影響。

經(jīng)過一年多的單體催化劑模塊試驗(yàn)研究，我們開始了中低溫SCR脫硝催化劑材料技術(shù)及工程化應(yīng)用的中試研究。中試研究首先是建立了高18m的小型SCR反應(yīng)器，催化劑3+1層布置，每層布置一個(gè)尺寸為1910×970×1010催化劑模塊，催化劑每層裝有吹灰裝置;引入的煙氣量為10000 m3/h，溫度為200℃，含塵量為55g/m3；煙氣中NOx濃度平均為300 mg/m3，SO2濃度平均為600 mg/m3，但有時(shí)會(huì)高達(dá)1600 mg/m3。

在中試試驗(yàn)期間，研究工作重點(diǎn)考察中低溫催化劑材料長(zhǎng)期性能，研究煙氣工況條件變化，包括SO2濃度變化對(duì)催化劑脫硝效率的影響。通過近2年中試裝置的連續(xù)運(yùn)行，驗(yàn)證了中低溫SCR脫硝催化劑材料的長(zhǎng)期高效穩(wěn)定性，同時(shí)也驗(yàn)證了中低溫SCR脫硝工藝技術(shù)路線的可行性。2019年8月17日，“水泥窯中低溫SCR脫硝催化劑研發(fā)和應(yīng)用”通過由中國(guó)建材聯(lián)合會(huì)組織的項(xiàng)目鑒定，專家意見認(rèn)為“達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平”。

問題十三：中試試驗(yàn)中低溫?zé)煔釹O2濃度有時(shí)高達(dá)1600 mg/m3，這對(duì)催化劑材料及脫硝效率會(huì)有什么影響？

答：煙氣中SO2對(duì)催化劑材料及脫硝效率有較大的影響；其反應(yīng)過程是SO2與O2反應(yīng)生成SO3，而SO3又會(huì)與NH3反應(yīng)生成(NH4)2SO4和NH4HSO4。這些硫酸銨鹽會(huì)吸附覆蓋在催化劑材料表面，即引起催化劑硫氨中毒失活。

有研究工作表明：在有催化劑作用的條件下，SO2會(huì)在300℃以上的溫度窗口內(nèi)迅速氧化成SO3，同時(shí)形成硫酸銨鹽，在煙氣溫度低于150℃條件下，冷凝吸附到催化劑材料表面。我們研究采用的中低溫SCR脫硝技術(shù)，溫度窗口在150℃~220℃之間，這樣既避免了催化劑材料在反應(yīng)器中對(duì)SO2高溫催化形成SO3，又防止了催化劑材料在反應(yīng)器中對(duì)硫酸銨鹽的低溫冷凝吸附。這一過程機(jī)理也已被中試試驗(yàn)所證實(shí)，也可以認(rèn)為是中低溫SCR脫硝技術(shù)的一個(gè)天然優(yōu)勢(shì)。

問題十四：前期研究工作很深入、很扎實(shí)，這也為中低溫SCR脫硝技術(shù)工程化應(yīng)用提供了良好的基礎(chǔ)。

答：前期的實(shí)驗(yàn)室研究及實(shí)際工況條件下的中試試驗(yàn)，形成了工程化應(yīng)用的工藝技術(shù)方案，這也得到了上海南方水泥有限公司的肯定。上海南方水泥有限公司敢為天下先，綠色發(fā)展為引領(lǐng)，安排在長(zhǎng)興南方水泥有限公司5000 t/d生產(chǎn)線上配套建設(shè)水泥窯爐煙氣中低溫SCR脫硝工程項(xiàng)目，為踐行“金山銀山”理論樹立了榜樣。

問題十五：與5000t/d生產(chǎn)線配套建設(shè)煙氣中低溫SCR脫硝項(xiàng)目是一個(gè)大工程，請(qǐng)把工程建設(shè)背景介紹一下。

答：長(zhǎng)興南方水泥有限公司位于浙江省長(zhǎng)興縣煤山鎮(zhèn)，東臨太湖，與蘇州、無錫隔湖相望，是一家擁有40多年歷史的國(guó)有企業(yè)。企業(yè)的5000 t/d生產(chǎn)線日產(chǎn)熟料可達(dá)6300t，窯尾煙氣量360000 m3/h。生產(chǎn)線帶有精準(zhǔn)噴氨系統(tǒng)，氨水用量為350 L/h~400 L/h，窯尾煙囪NOx排放濃度控制在260 mg/m3~280 mg/m3。

由于煙氣中低溫SCR脫硝反應(yīng)器是布置于余熱鍋爐之后，并且截面尺寸和高度都比高溫SCR脫硝反應(yīng)器小很多，故選擇在生產(chǎn)線原有SNCR氨水儲(chǔ)存庫(kù)上方建設(shè)，這樣就不會(huì)占用原有的任何場(chǎng)地，而且與窯尾煙氣的流向管道布置沒有任何拐角彎頭，滿足了水泥生產(chǎn)線工藝設(shè)備布置的基本原則要求。

問題十六：中低溫SCR脫硝反應(yīng)器都有哪些關(guān)鍵工藝設(shè)備？它們有什么作用？

答：設(shè)計(jì)的脫硝反應(yīng)器截面為64 m2，凈高為34 m，框架結(jié)構(gòu)總重量350 t。盡管反應(yīng)器的總體積大大縮小，但反應(yīng)器內(nèi)布置有4+1層催化劑模塊，作為脫硝反應(yīng)的核心。每層催化劑上方緊密布置耙式吹灰器，周圍則布置聲波吹灰器；通過耙式吹灰器和聲波吹灰器的配合，防止了催化劑上方的任何積灰現(xiàn)象。脫硝反應(yīng)器下部設(shè)有灰斗，可將煙氣中分離的粉塵轉(zhuǎn)送到窯尾輸灰系統(tǒng)。整個(gè)SCR脫硝反應(yīng)器的壓力降僅為320 Pa。

對(duì)脫硝反應(yīng)器的進(jìn)出口煙氣管道設(shè)計(jì)，通過CFD模擬分析，確定最佳的布置形式，并且在適當(dāng)位置增加導(dǎo)流板，以保證煙氣流場(chǎng)的均勻分布，防止煙氣中粉塵偏流對(duì)催化劑材料的沖刷磨損或是粉塵的局部堆積堵塞。

脫硝反應(yīng)器自帶有精準(zhǔn)噴氨系統(tǒng)，可以獨(dú)立進(jìn)行全煙氣的脫硝；也可以與SNCR耦合，利用SNCR噴氨多余產(chǎn)生的氨逃逸進(jìn)行最終的煙氣脫硝。氨水由熱盤管加熱蒸發(fā)，不增加電耗。

脫硝反應(yīng)器帶有壓力、濃度、煙氣成分等眾多在線檢測(cè)分析儀表儀器，新增DCS控制系統(tǒng)，做到遠(yuǎn)程監(jiān)控和啟停，并接入全生產(chǎn)線集散控制系統(tǒng)。

問題十七：在實(shí)際工程應(yīng)用中對(duì)催化劑材料采取了什么設(shè)計(jì)方案？

答：催化劑材料的優(yōu)劣決定了SCR脫硝技術(shù)工程的成敗。為此，首先是對(duì)出余熱鍋爐中低溫?zé)煔夥蹓m濃度、化學(xué)成分及顆粒分布等進(jìn)行了詳細(xì)的研究分析，進(jìn)一步證實(shí)了中低溫?zé)煔庵械姆蹓m流動(dòng)性增加、粘附力下降；通過現(xiàn)代儀器分析，有微量鉈、砷等元素，但已經(jīng)固化在粉塵顆粒表面。

盡管如此，針對(duì)長(zhǎng)興南方5000 t/d生產(chǎn)線配套的SCR脫硝反應(yīng)器，仍然依據(jù)“一廠一策”的設(shè)計(jì)原則，對(duì)催化劑材料進(jìn)行化學(xué)優(yōu)化選型設(shè)計(jì)和物理優(yōu)化選型設(shè)計(jì)?；瘜W(xué)優(yōu)化選型設(shè)計(jì)包括進(jìn)一步優(yōu)化催化劑化學(xué)組成配比，根據(jù)反應(yīng)器中每層粉塵濃度的分布，調(diào)整催化劑材料中載體的成分和用量，對(duì)催化劑材料端部表面進(jìn)行耐磨處理等。物理優(yōu)化選型設(shè)計(jì)包括根據(jù)流場(chǎng)CFD模擬，調(diào)整催化劑材料的孔徑；根據(jù)煙氣粉塵濃度、粒度分布和流動(dòng)特性，確定每層催化劑的結(jié)構(gòu)形式；根據(jù)反應(yīng)器中每層催化劑的工況條件，確定各層催化劑的孔數(shù)和尺寸。

通過“一廠一策”的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以保證催化劑材料的使用壽命在三年以上。

問題十八：與水泥生產(chǎn)線配套增設(shè)煙氣中低溫SCR脫硝反應(yīng)器對(duì)原有生產(chǎn)線有什么影響嗎?

答：應(yīng)該說明的是將SCR反應(yīng)器置于余熱鍋爐后，對(duì)窯爐的正常運(yùn)行和余熱鍋爐發(fā)電量都沒有任何影響。由于氨水用量的減少及氨逃逸的避免，使得過量氨水對(duì)窯尾管道及粉磨、收塵系統(tǒng)的腐蝕也大為減輕。但是，由于增設(shè)了SCR反應(yīng)器及進(jìn)出口連接管道，會(huì)增加系統(tǒng)阻力1000 Pa左右，這就需要窯尾風(fēng)機(jī)有足夠功率，否則會(huì)考慮增加接力風(fēng)機(jī)。

此外，中低溫SCR反應(yīng)器工程建立的工作量相對(duì)較小，基礎(chǔ)處理也較簡(jiǎn)單，工程建設(shè)周期約為100天；另需要停窯7天，以便進(jìn)行最終管線的布置和連接。

問題十九：在長(zhǎng)興南方與5000t/d生產(chǎn)線配套的煙氣中低溫SCR反應(yīng)器運(yùn)行情況怎么樣？

答：在長(zhǎng)興南方的中低溫SCR反應(yīng)器及整個(gè)工程于2020年7月進(jìn)行調(diào)試并投入試運(yùn)行，并且也進(jìn)行了一些優(yōu)化改進(jìn)。例如，對(duì)反應(yīng)器進(jìn)出口管道進(jìn)行優(yōu)化布置，以進(jìn)一步降低系統(tǒng)阻力；采用熱盤管技術(shù)進(jìn)行氨蒸發(fā)，以減少系統(tǒng)電耗;優(yōu)化耦合SNCR和SCR系統(tǒng)，使氨水用量更為節(jié)省。

根據(jù)國(guó)內(nèi)權(quán)威機(jī)構(gòu)的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)及中國(guó)建材聯(lián)合會(huì)和中國(guó)水泥協(xié)會(huì)聯(lián)合組織的專家評(píng)審會(huì)意見如下：

1.自主研發(fā)了稀土耦合釩鈦體系的中低溫SCR脫硝催化劑，系統(tǒng)優(yōu)化了催化劑的化學(xué)組成設(shè)計(jì)、物理結(jié)構(gòu)形態(tài)與催化性能之間的關(guān)系，解決了催化劑對(duì)SO2等成分的敏感性問題，實(shí)現(xiàn)了在170～220℃窗口溫度催化劑脫硝效率可達(dá)90%。

2.自主開發(fā)了獨(dú)有的SCR脫硝催化劑干燥陳腐一體化、智能焙燒升溫制度、標(biāo)準(zhǔn)模塊化裝配的成套制備技術(shù)，解決了中低溫催化劑的高效制備難題，實(shí)現(xiàn)了中低溫SCR催化劑的工業(yè)化生產(chǎn)。

3.設(shè)計(jì)開發(fā)出水泥窯爐煙氣中低溫SCR脫硝工藝技術(shù)，建成國(guó)內(nèi)外首臺(tái)套水泥窯爐煙氣中低溫SCR脫硝反應(yīng)器及其工藝技術(shù)裝備，實(shí)現(xiàn)工程穩(wěn)定運(yùn)行。

技術(shù)成果已于2020年7月在長(zhǎng)興南方水泥有限公司5000 t/d水泥熟料生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用，連續(xù)運(yùn)行表明：脫硝效率達(dá)到90%、NOx排放濃度小于50 mg/m3、氨逃逸小于5 mg/m3。項(xiàng)目已發(fā)表學(xué)術(shù)論文23篇，申請(qǐng)發(fā)明專利16件，已獲授權(quán)發(fā)明專利5件。

項(xiàng)目成果開拓了水泥煙氣治理的新技術(shù)路線，實(shí)現(xiàn)水泥煙氣中低溫SCR脫硝技術(shù)的重大創(chuàng)新和突破，為水泥工業(yè)節(jié)能減排、綠色發(fā)展提供了有力技術(shù)支撐。

專家一致認(rèn)為：成果主要技術(shù)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

問題二十：祝賀研究團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)了中低溫SCR脫硝催化劑材料，并實(shí)現(xiàn)了工程化應(yīng)用，那在推廣該項(xiàng)工程技術(shù)上有什么計(jì)劃？

答：水泥窯爐煙氣NOx減排是實(shí)現(xiàn)水泥工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和綠色發(fā)展的重要標(biāo)志。中低溫SCR脫硝技術(shù)備受關(guān)注。我們也希望能將這項(xiàng)工程技術(shù)推廣應(yīng)用到更多的水泥生產(chǎn)企業(yè)，以便為這些企業(yè)的評(píng)級(jí)和長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支撐。具體講，對(duì)于有設(shè)計(jì)及工程建設(shè)能力的水泥集團(tuán)公司，我們可以僅提供SCR脫硝技術(shù)咨詢和催化劑材料，以便使相關(guān)的水泥集團(tuán)公司全面掌握這項(xiàng)工程技術(shù)，實(shí)現(xiàn)最少的投入和最大的環(huán)保收益。如有需要，我們也可以為水泥生產(chǎn)企業(yè)提供EPC服務(wù)，共同打造水泥行業(yè)節(jié)能環(huán)保引領(lǐng)示范工程。

此外,中國(guó)水泥網(wǎng)對(duì)中低溫SCR脫硝技術(shù)研發(fā)和工程應(yīng)用進(jìn)行了長(zhǎng)期跟蹤和報(bào)道。在此，我僅表示深深的感謝！