CN208660780U - 一种适用于水泥窑窑尾高尘高碱烟气的scr脱硝系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种适用于水泥窑窑尾高尘高碱烟气的SCR脱硝系统。该系统包括依次连接的窑尾烟道、高温预除尘装置、SCR脱硝装置、余热发电系统、生料磨、布袋除尘器和烟囱；所述SCR脱硝装置包括从上至下依次连接的导流板、吹灰器和催化剂床层。本实用新型的适用于水泥窑窑尾高尘高碱烟气的SCR脱硝系统，可以有效避免烟尘对SCR催化剂的磨损和堵塞，减少了碱及碱土金属对催化剂造成的中毒和失活，降低了SCR脱硝系统阻力，延长了SCR脱硝催化剂的运行寿命，在实现烟气中NO_x高效脱除的同时降低了系统运行成本。

Description

一种适用于水泥窑窑尾高尘高碱烟气的SCR脱硝系统

技术领域

本实用新型属于废气治理技术领域，涉及工业烟气脱硝系统及工艺，具体涉及一种适用于水泥窑窑尾高尘高碱烟气的SCR脱硝系统。

背景技术

2015年，我国水泥行业NO_x排放量为170.6万吨，占重点行业NO_x排放总量的15.3％，仅次于电力行业。《水泥工业大气污染物排放标准》(GB4915-2013) 规定，在10％含氧的烟气中NO_x的排放浓度不高于400mg/Nm³，京津冀等地区执行特别排放限值，为320mg/Nm³。2017年江苏省环保厅印发关于开展全省非电行业NO_x深度减排的通知，要求水泥行业2019年6月1日前NO_x排放不高于100mg/Nm³，2018年国家生态环境部规划院提出推动SCR脱硝技术在水泥行业的应用，目标是将NO_x控制在100mg/Nm³以下，因此，水泥行业的SCR 脱硝技术应用势在必行。

SCR脱硝技术是指烟气中NO_x在催化剂的催化作用下与NH₃反应生成N₂和H₂O，一般脱硝效率在80％以上。目前，常规SCR催化技术在火电、玻璃等行业应用已经成熟，但在水泥行业应用极少，目前国外水泥窑应用SCR脱硝技术的仅有9个案例，国内尚属空白。SCR技术的关键在于催化剂能够长期稳定发挥催化作用，与燃煤电厂飞灰不同，水泥窑尾的粉尘粒径小，CaO含量非常高，在采用常规高温高灰SCR布置时，极易造成SCR催化剂床层堵塞、中毒和失活，催化剂寿命短，SCR系统运行成本高。

CN105498531A公开了一种应用于水泥窑高尘烟气SCR脱硝装置，包括入口烟道、喷氨格栅、连接烟道、均流导流板、整流格栅、反应器壳体、催化层、联合吹灰装置、出口烟道，入口烟道、连接烟道、反应器壳体、出口烟道沿烟气走向依次连接，喷氨格栅设置在入口烟道上，均流导流板和整流格栅均放置在连接烟道内，整流格栅在均流导流板的下面，催化层置于反应器壳体内，联合吹灰装置位于反应器壳体相应的位置；该实用新型在SCR反应器入口烟道上设置了均流导流板和整流格栅，采用联合吹灰装置，这些方法对于催化剂床层的堵塞现象可以起到一定的缓解，但无法减少催化剂的CaO中毒问题。

CN103406006A公开了一种水泥回转窑NO_x控制的SCR脱硝装置，包括水泥回转窑、还原剂喷入系统、换热器、袋式除尘器、SCR反应器和脱硫塔；所述水泥回转窑和换热器相连，还原剂喷入系统设置于水泥回转窑的窑尾，水泥回转窑的烟气出口和换热器的高温烟气进口相连，换热器的低温烟气出口连接到袋式除尘器的烟气进口，袋式除尘器的出口连接换热器的低温烟气进口，换热器的高温烟气出口连接SCR反应器的烟气进口，脱硫塔的烟气进口和SCR 反应器的烟气出口相连，脱硫塔的烟气通过烟囱排放；该实用新型将水泥回转窑和换热器相连，换热后的高温烟气引入布袋除尘器，在布袋滤料上负载催化材料，将SNCR、除尘脱硝和SCR三种技术组合，实现粉尘和NO_x的一体化脱除，但由于NO_x的催化温度在300℃以上，采用常规的布袋滤料会存在烧袋、糊袋的问题，无法实现稳定的脱硝效率。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种适用于水泥窑窑尾高尘高碱烟气的SCR脱硝系统，该系统可以有效避免烟尘对SCR催化剂的磨损和堵塞，减少了碱及碱土金属对催化剂造成的中毒和失活，降低了SCR脱硝系统阻力，延长了SCR脱硝催化剂的运行寿命，在实现烟气中NO_x高效脱除的同时降低了系统运行成本。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种适用于水泥窑窑尾高尘高碱烟气的SCR脱硝系统，包括依次连接的窑尾烟道、高温预除尘装置、SCR脱硝装置、余热发电系统、生料磨、布袋除尘器和烟囱；所述SCR脱硝装置包括从上至下依次连接的导流板、吹灰器和催化剂床层。

本实用新型采用高温预除尘装置和SCR脱硝装置结合的方式，水泥窑窑尾烟气自C1级悬浮预热器经高温预除尘装置除尘后进入SCR脱硝装置，SCR脱硝后接入余热发电系统，烟气经生料磨进行热量回收，经布袋除尘器除尘后由烟囱排空。该系统可以有效避免烟尘对SCR催化剂的磨损和堵塞，减少碱及碱土金属对催化剂造成的中毒和失活，降低SCR脱硝系统阻力，延长SCR脱硝催化剂运行寿命，在实现烟气中NO_x高效脱除的同时降低系统运行成本。

所述水泥窑窑尾烟道、高温预除尘装置预除尘后、SCR脱硝装置后及烟囱处均安装有烟气在线监测设备，监测烟气温度及O₂、SO₂、NO_x和粉尘浓度。

所述窑尾烟道还连接有旁路烟道和增湿塔，所述旁路烟道的一端与所述窑尾烟道的出口相连接，所述旁路烟道的另一端与所述增湿塔的底端相连接，所述增湿塔的顶端与所述余热发电系统的出口端相连接；遇检修或非正常工况时，窑尾烟道与余热发电系统后烟道间设置的旁路烟道和增湿塔，可对窑尾烟气进行降温。

所述催化剂床层布置在外置反应器或烟道中，外置SCR反应器呈立式，优选用三备一或用五备一的布置方式，所采用的催化剂为耐碱及碱土金属中毒的整体式催化剂；优选地，所述整体式催化剂包括载体和活性组分，所述整体式催化剂的活性组分的含量为0.1～20％，例如活性组分的含量为0.14％、1.54％、 3.21％、5％、8.31％、10％、14.13％、15％、16％、18％、20％等；所述整体式催化剂载体的比表面积为0～1000m²/g，如比表面积为10m²/g、20m²/g、50m²/g、 55.1m²/g、100m²/g、110m²/g、123.1m²/g、200m²/g、300m²/g、324.4m²/g、400m²/g、 500m²/g、512.1m²/g、600m²/g、700m²/g、800m²/g、900m²/g、1000m²/g等。

优选地，所述活性组分包括V、Ce、Mn、Fe和W元素中的至少一种，所述载体选自TiO₂、分子筛、介孔氧化铝或蒙脱石。

优选地，所述整体式催化剂的孔径为1～100μm，如整体式催化剂的孔径为 1nm、3nm、5nm、6nm、30nm、500nm、15μm、20μm、30μm、40μm、50μm、 60μm、70μm、80μm、90μm、100μm等；所述整体式催化剂截面孔径为0.1～10cm，如整体式催化剂截面孔径为1mm、3.8mm，10.1mm，50mm、80mm、1cm、4cm、 5cm、6cm、7cm、8cm、9cm、10cm等。

优选地，所述整体式催化剂的形状为蜂窝式、板式或波纹式。

所述导流板为直形或弧形导流板；优选地，所述直形导流板的角度与烟道界面垂直，所述直形导流板的长度与入口段烟道截面横向尺寸相同；优选地，所述弧形导流板的弧度为45～90°，烟气经过导流板的导向使流速分布均匀。

所述吹灰器为蒸气吹灰器或声波吹灰器；在含尘浓度较低的工况下，优选耙式蒸气吹灰器。

所述SCR脱硝装置的反应温度区间为280～400℃，如300℃、320℃、340℃、 360℃、380℃；所述SCR脱硝装置的系统阻力为0～1000Pa，例如系统阻力为 200Pa、400Pa、600Pa、800Pa、1000Pa等。

优选地，所述SCR脱硝装置内的烟气流速为0～10m/s，例如所述SCR脱硝装置内的烟气流速为1m/s、2m/s、3m/s、4m/s、5m/s、6m/s、7m/s、8m/s、9m/s、 10m/s。SCR催化装置的脱硝效率在60～99％，如60％、65％、67％、71％、72％、 75％、80％、82％、85％、88％、90％、92％、98％、99％等。

所述SCR脱硝装置还包括还原剂喷射系统，所述还原剂喷射系统设置于所述SCR脱硝装置的入口或竖直烟道中；优选地，所述还原剂喷射系统的还原剂为尿素、液氨、氨水或有机胺；优选地，所述还原剂的喷射量与烟气中的NO_x的浓度有关，优选地，氨氮摩尔比为0.5～1.5，如氨氮摩尔比为0.5、0.6、0.7、 0.8、0.9、1.0、1.1，1.2、1.3、1.4、1.5等；优选地，所述还原剂喷射系统的喷射形式为格栅型和/或涡流型喷射，喷嘴在烟道截面均匀分布。

根据烟气不同含尘浓度，所述高温预除尘装置选自高温电除尘器、旋风除尘器、重力除尘器、管式除尘器、旋流内构件、格栅中的一种。优选地，所述高温电除尘器电除尘的电场为数1～5，如二电场，三电场，四电场等。进一步优选地，预除尘的除尘效率为50～99.99％，如60％、75％、80％、90％等。

所述高温预除尘装置的前端设置有烟气调质系统，通过向烟道中喷入调质剂，调节粉尘湿度，提高粉尘脱除效率；所述高温预除尘装置的内部设置有电凝并装置，提高PM_2.5、PM₁₀等微细粉尘的脱除效果；所述烟气调质系统的一端与窑尾烟道连接，所述烟气调质系统的另一端与所述电凝并装置连接。

作为优选方案，将所述SCR脱硝系统与SNCR系统联用。现有近90％的水泥窑已采用SNCR脱硝，本实用新型可以单独布置，也可以与原有的SNCR系统联用，还原剂发生系统可以共用，在调整系统参数最优的情况下，SCR催化装置内的催化剂床层数可做适当减少，实现低成本高效脱除NO_x。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

(1)本实用新型的适用于水泥窑窑尾高尘高碱烟气的SCR脱硝系统，可以满足日渐严格的水泥窑窑尾烟气NO_x的排放标准，尤其是当前各地方提出 100mg/Nm³以下的排放要求，可为水泥窑窑尾NO_x提标改效提供技术指导。

(2)本实用新型的适用于水泥窑窑尾高尘高碱烟气的SCR脱硝系统，高温预除尘装置和SCR脱硝装置联用可以有效减少水泥窑烟气中碱及碱土金属对催化剂的毒化和失活现象，高温预除尘装置的除尘效率为50～99.99％，SCR脱硝装置的催化脱硝效率在60～99％，延长了催化材料的使用寿命，降低了系统运行成本。

(3)本实用新型的适用于水泥窑窑尾高尘高碱烟气的SCR脱硝系统，既可以单独使用，又可以与水泥窑目前已应用的SNCR技术联用，共用还原剂发生系统，减少了系统投资成本，实现了NO_x的经济高效脱除。

附图说明

图1为本实用新型高温电除尘联合SCR脱硝系统的装置示意图；附图标记如下：

1-悬浮预热器；2-窑尾烟道；3-烟气在线监测仪；4-电除尘器；5-旁路烟道； 6-增湿塔；7-烟气在线监测仪；8-导流板；9-吹灰器；10-催化剂床层；11-引风机；12-SCR脱硝装置；13-烟气在线监测仪；14-余热发电系统；15-生料磨；16- 布袋除尘器；17-引风机；18-烟囱；

图2为本实用新型旋风预除尘联合SCR脱硝系统的装置示意图；附图标记如下：

其中，1-悬浮预热器；2-窑尾烟道；3-烟气在线监测仪；4’-旋风除尘器； 5-旁路烟道；6-增湿塔；7-烟气在线监测仪；8-导流板；9-吹灰器；10-催化剂床层；11-引风机；12-SCR脱硝装置；13-烟气在线监测仪；14-余热发电系统；15- 生料磨；16-布袋除尘器；17-引风机；18-烟囱；

图3为本实用新型烟道预除尘联合SCR脱硝系统的装置示意图；附图标记如下：

其中，1-悬浮预热器；2-窑尾烟道；3-烟气在线监测仪；4”-竖直烟道；5- 旁路烟道；6-增湿塔；7’-旋流内构件；8-导流板；9-吹灰器；10-催化剂床层； 11-引风机；12-SCR脱硝装置；13-烟气在线监测仪；14-余热发电系统；15-生料磨；16-布袋除尘器；17-引风机；18-烟囱。

具体实施方式

下面结合附图1-3，并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

本实用新型的一种适用于水泥窑窑尾高尘高碱烟气的SCR脱硝系统，包括依次连接的窑尾烟道2、高温预除尘装置、SCR脱硝装置12、余热发电系统14、生料磨15、布袋除尘器16和烟囱18；所述SCR脱硝装置12包括从上至下依次连接的导流板8、吹灰器9和催化剂床层10。

实施例1

一种适用于水泥窑窑尾高尘高碱烟气的SCR脱硝系统，如图1所示。水泥窑窑尾烟气自C1级悬浮预热器1排出，窑尾烟道2内安装有烟气在线监测仪3，正常工况下，含尘烟气进入电除尘器4除尘，除尘后由烟气在线监测仪7监测，除尘后的烟气由导流板8引入SCR脱硝催化剂床层10脱硝，从SCR脱硝装置 12底部排出，烟气成分由烟气在线监测仪13监测，催化剂上粘附的粉尘定期由吹灰器9清除，引风机11将底部排出的烟气引入余热发电系统14(可为余热锅炉)，经过余热回收后进入生料磨15烘干生料，从生料磨15顶部排出，进入布袋除尘器16除尘，经引风机17后排入烟囱18，烟囱18安装有烟气在线监测仪；遇检修或非正常工况时，窑尾烟道2与余热发电系统14后烟道间设置有旁路烟道5和增湿塔6，对窑尾烟气进行降温。

依据窑尾不同含尘浓度、催化剂材料对粉尘和碱/碱土金属的耐受性能及烟气温度/组分等特征，还可采用如图2、图3的布置方式，与图1不同的是，图2采用旋风除尘器4’对窑尾烟气进行预收尘，图3在SCR脱硝装置前的竖直烟道4”中设置旋流内构件或格栅7’对窑尾烟气进行预收尘，工艺布置灵活。

实施例2

利用实施例1所述装置，采用实施例1图1的高温电除尘联合SCR脱硝系统，进行脱硝效率试验。具体如下：在1台3200t/d新型干法水泥窑上进烟气脱硝，窑尾烟气含尘浓度为40g/Nm³，温度为360℃，NO_x浓度为423mg/Nm³，烟气流量为436320Nm³/h，采用三电场电除尘器，除尘效率为98％，电除尘器出口粉尘浓度为800mg/Nm³，烟气温度为340℃，SCR脱硝装置采用用三备一的布置方式，采用1.2％V负载TiO₂载体的脱硝催化剂，催化剂截面孔径为0.4cm，采用耙式蒸气吹灰器，吹灰频率为一周一次，SCR脱硝装置脱硝效率为80％，脱硝后窑尾烟气中NO_x浓度为84.6mg/Nm³。

实施例3

利用实施例1所述装置，采用实施例1图2的旋风预除尘联合SCR脱硝系统，进行脱硝效率试验。具体如下：在1台2500t/d新型干法水泥窑上进烟气脱硝，窑尾烟气含尘浓度为10g/Nm³，温度为380℃，NO_x浓度为214mg/Nm³，烟气流量为314210Nm³/h，采用两级旋风除尘装置，除尘效率为70％，预除尘器出口粉尘浓度为3g/Nm³，烟气温度为320℃，SCR脱硝装置采用用二备一的布置方式，采用V-Ce-W负载Al₂O₃载体的脱硝催化剂，催化剂截面孔径为1.2cm，采用耙式蒸气吹灰器，吹灰频率为一周两次，SCR脱硝装置脱硝效率为70％，脱硝后窑尾烟气中NO_x浓度为64.2mg/Nm³。

实施例4

利用实施例1所述装置，采用实施例1图3的烟道预除尘联合SCR脱硝系统，进行脱硝效率试验。具体如下：在1台2000t/d新型干法水泥窑上进烟气脱硝，窑尾烟气含尘浓度为12g/Nm³，温度为340℃，NO_x浓度为173mg/Nm³，烟气流量为253610Nm³/h，在SCR脱硝装置前的竖直烟道内设置两层旋流内构件，设置间隔1.2m，除尘效率为50％，预除尘后粉尘浓度为6g/Nm³，烟气温度为 340℃，SCR脱硝装置采用用二备一的布置方式，采用V-Ce-Mn-W负载蒙脱石载体的脱硝催化剂，催化剂截面孔径为2.5cm，采用耙式蒸气吹灰器，吹灰频率为一周三次，SCR脱硝装置脱硝效率为60％，脱硝后窑尾烟气中NO_x浓度为 69.2mg/Nm³。

另外，现有近90％的水泥窑已采用SNCR脱硝，本实用新型的适用于水泥窑窑尾高尘高碱烟气的SCR脱硝系统可以单独布置，也可以与原有的SNCR系统联用，还原剂发生系统可以共用，在调整系统参数最优的情况下，SCR催化装置内的催化剂床层数可做适当减少，实现低成本高效脱除NO_x。

本实用新型的适用于水泥窑窑尾高尘高碱烟气的SCR脱硝系统，可以有效避免烟尘对SCR催化剂的磨损和堵塞，减少碱及碱土金属对催化剂造成的中毒和失活，高温预除尘装置的除尘效率为50～99.99％，SCR脱硝装置的催化脱硝效率在60～99％，降低SCR脱硝系统阻力，延长SCR脱硝催化剂运行寿命，在实现烟气中NO_x高效脱除的同时降低系统运行成本。

以上实施例仅用来说明本实用新型的详细方法，本实用新型并不局限于上述详细方法，即不意味着本实用新型必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本实用新型的任何改进，对本实用新型产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本实用新型的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于水泥窑窑尾高尘高碱烟气的SCR脱硝系统，其特征在于，所述SCR脱硝系统包括依次连接的窑尾烟道(2)、高温预除尘装置、SCR脱硝装置(12)、余热发电系统(14)、生料磨(15)、布袋除尘器(16)和烟囱(18)；所述SCR脱硝装置(12)包括从上至下依次连接的导流板(8)、吹灰器(9)和催化剂床层(10)。

2.根据权利要求1所述的SCR脱硝系统，其特征在于，所述窑尾烟道(2)还连接有旁路烟道(5)和增湿塔(6)，所述旁路烟道(5)的一端与所述窑尾烟道(2)的出口相连接，所述旁路烟道(5)的另一端与所述增湿塔(6)的底端相连接，所述增湿塔(6)的顶端与所述余热发电系统的出口端相连接。

3.根据权利要求1或2所述的SCR脱硝系统，其特征在于，所述催化剂床层(10)所采用的催化剂为耐碱及碱土金属中毒的整体式催化剂；所述整体式催化剂的孔径为1～100μm，所述整体式催化剂截面孔径为0.1～10cm。

4.根据权利要求3所述的SCR脱硝系统，其特征在于，所述整体式催化剂的形状为蜂窝式、板式或波纹式。

5.根据权利要求1所述的SCR脱硝系统，其特征在于，所述导流板(8)为直形或弧形导流板；所述直形导流板的角度与烟道界面垂直，所述直形导流板的长度与入口段烟道截面横向尺寸相同；所述弧形导流板的弧度为45～90°。

6.根据权利要求1所述的SCR脱硝系统，其特征在于，所述吹灰器(9)为蒸气吹灰器或声波吹灰器。

7.根据权利要求1所述的SCR脱硝系统，其特征在于，所述SCR脱硝装置(12)还包括还原剂喷射系统，所述还原剂喷射系统设置于所述SCR脱硝装置(12)的入口或竖直烟道中。

8.根据权利要求7所述的SCR脱硝系统，其特征在于，所述还原剂喷射系统的喷射形式为格栅型和/或涡流型喷射。

9.根据根据权利要求1所述的SCR脱硝系统，其特征在于，所述高温预除尘装置选自高温电除尘器、旋风除尘器、重力除尘器、管式除尘器、旋流内构件、格栅中的一种。

10.根据根据权利要求1或9所述的SCR脱硝系统，其特征在于，所述高温预除尘装置的前端设置有烟气调质系统，所述高温预除尘装置的内部设置有电凝并装置，所述烟气调质系统的一端与窑尾烟道(2)连接，所述烟气调质系统的另一端与所述电凝并装置连接。