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【能源人都在看，点击右上角加关注】北极星大气网讯:欧洲作为环境治理以及环境保护的先进地区，在很多方面走在世界的前头十多年前，在奥地利及德国，SNCR被用于水泥废气处理，目标是将NOx排放浓度控制在500mg/Nm3(干基，10%O2)以下，德国率先制订了排放标准NEC(National Emission Ceiling) Directive。

在欧洲，作为进一步降低NOx排放的技术，SCR(Selective Catalytic Reduction，选择性催化还原)被指定为降低高尘、中尘及低尘NOx排放的最佳可用技术(BAT: Best Available Technology)及可行性技术。

欧洲水泥厂安装的第一套SCR于2000年在德国的Solnhofen水泥厂使用，至2005年停用除此以外，欧洲相继安装了数套水泥SCR脱硝系统，取得了应有的效果自从SCR在日本工业化后，CERAM（奥地利)作为日本之外的第一家SCR催化剂生产厂家，对SCR在欧洲及美洲的普及做出了贡献，也积累了不少经验，在水泥行业的SCR脱硝应用方面也与有关工程公司进行合作，成为欧洲主要的催化剂供应商。

在此，介绍一下欧洲水泥SCR脱硝的一些经验1 中国及欧洲水泥行业的NOx控制中国现行的水泥行业烟气排放标准见表1。

由表1可见，NOx的排放限值为400mg/Nm3，此外还有一些重点地区对水泥烟气排放有更为严格的要求，另外与发电行业的超净排放一样，水泥行业也提出了超净排放目标值，对于NOx排放的限制更为严格欧洲水泥NOx排放的下一轮标准是：不使用二次燃料(塑料、废包装材料、轮胎和动物油等)时为450mg/Nm3，使用二次燃料时为200mg/Nm3。

对于这些更为严格的排放标准，只靠SNCR技术是无法达到的从以往的经验来看，就目前的技术，要达到NOx排放值在200mg/Nm3以下的水平，SCR技术是经济实用的技术2 CERAM产品及其应用商用SCR脱硝催化剂的主要成分为钒钨钛氧化物。

其中二氧化钛(TiO2)为载体、三氧化钨(WO3)为助催化剂、五氧化二钒(V2O5)为催化剂活性成分，通常使用尿素或氨水作为还原剂，以氨水为还原剂的主要脱硝化学反应为:4NO＋4NH3＋O2→4N2＋6H2O(1)

2NO2＋4NH3＋O2→3N2＋6H2O(2)NO2＋NO＋2NH3→2N2＋3H2O(3)SCR脱硝技术是20世纪50年代由美国人最先提出来的，而该技术的实用化则是在日本完成的，日本在1978年实现了SCR的工业化应用。

1985年第一次在日本以外的国家由CERAM在奥地利生产SCR催化剂，并于1986年正式贩卖现在CERAM除了拥有蜂窝式系列产品外，还拥有平板式系列产品另外还有蓄热体材料产品系列等(见图1)脱硝催化剂的主要应用领域有火力发电厂、垃圾焚烧、燃气轮机、水泥厂、生物质锅炉及各类发动机等。

水泥SCR脱硝的布置方式通常有高尘、半尘及低尘等3种由于现行常用催化剂的反应温度在300～400℃之间，低温配置则需要额外的加热，增加了这一方面的成本

图2为水泥厂SCR脱硝的3种布置方式的示意图，其中高尘(High Dust)布置是将SCR布置在预热器C1废气出口处，此处的温度较高，足以满足SCR催化剂反应需要的温度但是该处的粉尘浓度也较高，对催化剂的冲刷磨损大，催化剂堵塞的风险也比较大，同时各种有害成分引起的催化剂中毒也会严重些，所以高尘布置时合理的清灰(吹灰)系统也是保证系统正常运行的重要因素；半尘(Semi-Dust)布置或中尘(Middle Dust)布置则需要在SCR反应器之前安装高温电除尘器，会增加设备成本，烟气温度也会有所降低，同时高温电除尘器的负担也会大些；低尘(Low Dust)布置通常需要在SCR反应器之前安装电除尘器以及布袋除尘器，这样粉尘对SCR催化剂的影响小，但是，为了接近最佳反应温度需要对烟气进行加热，即使如此还是难以将烟气加热到最佳反应温度。

为了保证脱硝效率必须加大催化剂用量和体积当然，如果有有效的低温催化剂，则是一个理想的选择但到目前为止，还没有有效的实用低温脱硝催化剂，世界上众多的研究者正在致力于低温SCR催化剂的开发 各种配置条件下催化剂活性的劣化趋势示意如图3所示。

图3显示，烟气中飞尘越多，催化剂的劣化就会越快但是，催化剂更换得越频繁，催化剂的成本也会越高实际上各种工艺的取舍不是根据单项成本来考虑，而是根据整个生产线的综合效率来进行比较及选择的烟气中飞灰的含量不同，对实用催化剂的开口密度要求也不同。

根据CERAM的经验，我们总结了常用催化剂开口密度与烟尘含量的基本关系(见表2)这些可以用来作为参考，但在实用中还需要根据具体情形来考虑，包括有关配套部分的设计、功效等都会对系统有影响一般来说，含尘量越大，催化剂的劣化就越快。

同时，SCR脱硝应用也在很大程度上受到烟气中SO2含量的制约(见图4)SO2含量越高，操作时的烟气温度要求也就越高，要不然就会因为硫酸氢铵的沉积过多而堵塞蜂窝催化剂的开口部

3 SCR在欧洲水泥行业的应用案例表3为欧洲安装SCR脱硝系统的水泥厂，表的最后一行追加了美国第一套水泥SCR厂家Joppa从表3可以看出，各厂采用的布置方式基本都是高尘布置，而且使用的基本上都是蜂窝催化剂，所有正在运行的蜂窝催化剂都是由CERAM提供的。

下面介绍几个典型案例1)高尘布置SCR: Mergestetten 水泥厂 ［3-5］该厂（见图5）使用的是3000t/d熟料的水泥窑(实际日产约2500t)，使用的是二次燃料(替代燃料)2010年4月开始安装催化剂并进行脱硝，期间进行了各类试验。

该厂一直采用CERAM的脱硝催化剂，最开始安装了3层(2、3、4层为催化剂，第1层为非催化剂)正六边形催化剂(长度为1.3m)，同年7月将第1层也换成了催化剂(催化剂长度0.6m)，其催化剂的安装变化见表4。

烟气中含尘浓度为60～100g/Nm3，为典型的高尘配置，烟气温度为370～400℃，由于温度较高时可使催化剂载体二氧化钛的烧结加剧，比表面积下降，使得催化剂的活性降低快后来改为喷水降温，将温度控制在370℃左右后，催化剂的快速失效得到了缓解稳定。

该厂的还原剂主要使用25%的氨水，并对SNCR及SCR的单独使用和混合使用进行了还原剂用量的比较(见图6)结果发现SCR系统的氨水用量约为3.5kg/t熟料，不到SNCR单独使用时的一半

注：①两个数据表示两次测定结果；②表示多次测定结果的范围表5为粉尘中某些有害元素的含量可以看出，与传统燃煤火电厂的烟尘相比，铊(Tl)的含量较高(燃煤火电中一般没有铊中毒问题)但试验中表明在高尘布置下，铊引起的催化剂中毒只是中等程度。

这主要是由于水泥粉尘中的铊一般富集在细粉尘中(见图7)高粉尘条件下铊平均浓度不高，所以高尘条件的催化剂的铊中毒没有半尘时严重（在欧洲的一些水泥厂的半尘SCR脱硝示范试验中有更严重的铊中毒的报告[6]）

该厂通过几年的运营，总结了自己的经验，脱硝率以及氨逃逸都满足了预期的要求该厂现在共使用4层催化剂，操作稳定，每年更换一层催化剂根据他们的计算，SCR的运营成本约为1.12欧元/吨熟料，并指出该成本还有改善余地。

2)半尘布置SCR:美国Joppa 水泥厂 ［4］该厂是拉法基(Lafarge)旗下的水泥厂（见图8），为美国第一家引进SCR脱硝的水泥厂该厂熟料生产能力为1 250t/d，烟气中含尘量约为100～250 mg/Nm3。

SCR烟气温度为290～330℃(需要对烟气进行再加热)，还原剂为25%的氨水，脱硝效率在80%以上NOx出口浓度在200mg/Nm3以下，氨逃逸在10 mg/Nm3以下其清灰装置汇集了工程公司的经验，每天清灰4次，清灰效果良好，该公司的SCR脱硝业绩得到了美国环保署(EPA)的认可。

严格来说，该厂烟气中含尘量较低，应该属于低尘案例（虽然是以半尘设计的）

3) RTO-SCR法RTO-SCR是一项新的技术，它的着眼点在于同时除去烟气中的NOx、CO及其他有机化合物，是将RTO(Regenerative Thermal Oxidizer，蓄热式热力焚烧系统)与SCR联合使用的一种装置，要求烟气中粉尘的含量低。

该技术的品牌名为DeCONOx，是奥地利朔伊希公司(Scheuch GmbH)发明的，其工作原理是利用陶瓷蓄热体来储存废气燃烧时所产生的热量，并用陶瓷蓄热体储存的热能来加热废气以达到SCR反应所需要的温度，能够有效地除去烟气中的CO、有机物以及NOx，设备内使用的蜂窝式蓄热体及SCR蜂窝体催化剂都是由CERAM提供的，燃烧室里的温度通过燃烧天然气保持在850℃左右，其工作流程见图9。

如图9所示(以3塔为例)，烟气(废气)由下端先进入第一塔(左侧塔)的蓄热器1，获取热能达到SCR反应所需要的最佳温度后，进入SCR反应区，与喷入的氨气进行反应使NOx生成氮气与水，之后进入蓄热器2进一步被升温，最后进入燃烧室，使CO及有机化合物进行燃烧。

燃烧后的烟气由第二塔(中间塔)上部进入，并与蓄热器2及蓄热器1进行换热后作为净化后的气体排出，此时第三塔(右侧塔)处于净化状态，如此3塔交替进行角色的交换，保证系统处于最佳反应状态该设备对蓄热体材料的要求较高，以保证热量尽量少外泄，保证反应的顺利进行及节约能源，对SCR催化剂的要求则是面积小、反应效率高。

4 结论总结欧洲水泥SCR脱硝经验，给了我们如下的启示:1) SCR技术可以帮助水泥行业降低NOx排放以及氨逃逸2) 水泥SCR脱硝技术中高尘布置是目前主要的布置方式3) 在众多的催化剂种类中，正方形蜂窝催化剂占主导地位。

4) 由于烟气中粉尘过多，催化剂表面磨损很大，所以水泥SCR催化剂不适合再生，端面硬化有助于催化剂寿命的延长5) 与燃煤发电厂不同，对水泥SCR催化剂寿命的影响因素中多了铊(Tl)中毒一项6) 反应温度过高会加速催化剂的劣化，喷水降温可以缓解催化剂的高温劣化。

7) 合理的清灰装置也是影响催化剂正常运行的重要因素作者单位：揖斐电株式会社 イビデン株式会社免责声明：以上内容转载自北极星大气网，所发内容不代表本平台立场全国能源信息平台联系电话：010-65367702，邮箱：hz@people-energy.com.cn，地址：北京市朝阳区金台西路2号人民日报社 。