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水泥窑中低温SCR脱硝催化剂技术分析(二)

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       从当前情况看,由于双碳目标的确立以及实行,加之排放标准日趋严格,实现“两高”企业节能降碳,SCR脱硝催化剂应用技术仍少不了。

目前,国内一些地方出台了更为严格的排放标准,例如,浙江省出台的地方标准要求到2025年水泥窑炉烟气NOx排放浓度小于50mg/Nm³,江苏省拟发布的地方标准则把实现超低排放的目标提前到2022年。此外,相关部门颁发的《重污染天气重点行业应急减排技术指南》则要求,水泥生产采用SNCR、SCR等技术达到超低排放,并且吨水泥熟料氨水耗量小于4kg,才能认定为A级企业,享受相应的政策支持。

事实上,我国水泥工业从1996年就开始研究NOx减排技术和工程应用,2007年开始全面推广非催化还原技术(SNCR),即将还原剂氨水喷入到分解炉管道中,用于NOx的还原。SNCR技术的脱硝效率可高达60%。若水泥窑炉烟气NOx原始浓度为1000mg/m³,采用SNCR技术可控制NOx排放值小于400mg/m³。这期间还有研究采用分级燃烧技术,即通过控制分解炉及管道中的燃烧工况,用不完全燃烧产生的CO来还原NOx。分级燃烧技术的脱硝效率约为30%。

以德国为代表的世界水泥工业早在上世纪八十年代初就已开始水泥窑炉烟气NOx减排技术的研发及工程应用,但考虑到SNCR技术产生的氨逃逸问题,从2000年后开始采用SCR技术。截止到2020年底,德国水泥生产线采用SCR技术多达17条,约为生产线总数的一半。

我国从2018年开始学习引入国际上水泥窑炉烟气SCR脱硝技术,当时典型案例有河南登封宏昌水泥采用的高温中尘SCR技术和山东济宁海螺水泥采用高温高尘SCR技术。

其中SNCR技术与SCR技术都是采用氨水作为NOx减排及脱硝的还原剂,SNCR与SCR这两种技术有什么区别?

SNCR是将氨水喷入到分解炉及连接管道中,在800℃以上的高温区,NH3分子与NOx分子直接碰撞反应,形成N2和H2O。可见,这种反应是随机的,有对应的阈值。如果要通过SNCR技术一味地提高脱硝效率,这就需要大幅度提高氨水用量。有水泥生产企业SNCR技术应用案例表明,将氨水用量提高到8kg/t-熟料,有可能将烟气中NOx排放浓度降低到100mg/m³以下,但与此同时的氨逃逸已经大大超过100mg/m³。

与SNCR技术相比,SCR技术是在窑炉烟气小于320℃的区域布置了脱硝反应器,并在反应器中安装了多层催化剂材料。这类催化剂材料对NH3分子和NOx分子都有很强的吸附能力,使烟气中的NH3分子和NOx分子能在催化剂表面产生有效接触碰撞。此外,催化剂材料中含有过渡金属氧化物,由于价态易变,可以为NH3分子与NOx分子的反应提供电子转移,进而大大加快了反应的进行。


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