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“兩個一百年”的歷史交匯點，全面建設(shè)社會主義現(xiàn)代化國家新征程即將開啟。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)。

中國水泥網(wǎng)于去年12月16日報道了“國內(nèi)外首臺套水泥窯爐中低溫?zé)煔釹CR脫硝工程項目通過專家評審”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)的報道跟進(jìn)，以便為了解、掌握和應(yīng)用這項工程技術(shù)提供更多的幫助。為此，中國水泥網(wǎng)技術(shù)欄目記者專程采訪了項目負(fù)責(zé)人汪瀾，以下是訪談對話全文。

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，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兩大類。天然排放的NOx主要來自土壤和海洋中有機物的分解，屬于自然界的氮循環(huán)過程。人為活動排放的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，看來也會產(chǎn)生一定量的NOx？

答：有研究測算2020年我國NOx總排放量約為2千萬噸。我國是水泥生產(chǎn)大國，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年我國水泥工業(yè)窯爐排放的NOx約為200余萬噸，占全國NOx總排放量的10%,也是繼火電發(fā)電廠和機動車之后的第三大排放源。

問題四：針對NOx減排，國家有哪些方針政策或指導(dǎo)意見？

答：保護(hù)環(huán)境是我國的基本國策。早在2005年時任浙江省委書記習(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《政府工作報告》都提出要持續(xù)推進(jìn)污染治理及加強工業(yè)、燃煤、機動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計劃》提出“加強脫硫、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)實現(xiàn)全行業(yè)的超低排放。機動車NOx減排也進(jìn)入由“國五”到“國四”排放標(biāo)準(zhǔn)的過渡時期；鋼鐵行業(yè)也是先行一步，到2025年底,全行業(yè)力爭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)》僅對顆粒物進(jìn)行排放限制，到近期排放標(biāo)準(zhǔn)對顆粒物、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）。一些地方還出臺了更為嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，例如，浙江省出臺的地方標(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：事實上，我國水泥工業(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。分級燃燒技術(shù)的脫硝效率約為30%。

以德國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。

我國從2018年開始學(xué)習(xí)引入國際上水泥窯爐煙氣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)是隨機的，有對應(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NH3分子和NOx分子都有很強的吸附能力，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？

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)器的高粉塵對催化劑材料脫硝效率及長期使用壽命的影響；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)器對后續(xù)余熱鍋爐發(fā)電量的影響，同時也減少了設(shè)備投資和SCR反應(yīng)器全系統(tǒng)運行故障率。

“中低溫布置”結(jié)合了“高溫布置”兩種形式的優(yōu)點，即SCR反應(yīng)器置于余熱鍋爐后，這樣對窯爐運行及余熱鍋爐發(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，國家重點研發(fā)計劃“大氣污染成因與控制技術(shù)研究”重點專項中立項“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”，前一重點研發(fā)計劃項目由清華大學(xué)牽頭，中國建材總院參與；后一重點研發(fā)計劃項目由中國建材總院牽頭。在院士專家的指導(dǎo)下，通過不懈努力，研究團隊開發(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，取得了長期高效穩(wěn)定的運行效果。

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，以后在日本和德國燃煤電廠中得到商業(yè)應(yīng)用，我國于上世紀(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，國家重點研發(fā)計劃項目特別提出要研發(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，研究團隊對傳統(tǒng)的高溫催化劑材料進(jìn)行改進(jìn)性研究，通過添加強吸附功能材料組分，使催化劑材料對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)；目前已申報發(fā)明專利23項，獲專利授權(quán)5項，形成了一系列自主知識產(chǎn)權(quán)。

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

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，包括催化劑材料的比表面積增加、活性增強、抗失活能力提高。

催化劑材料失活，即在一段時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。

還有一個非常值得關(guān)注的現(xiàn)象，以往國內(nèi)外文獻(xiàn)報道，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，故不會對催化劑材料產(chǎn)生影響，這與國際上的研究報道也是一致的。這也可以說是中低溫催化劑脫硝工藝技術(shù)的一個優(yōu)勢。

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，在實現(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)包括許多機理研究和原始創(chuàng)新，為實現(xiàn)工程化應(yīng)用就需要在水泥生產(chǎn)實際工況條件下檢測中低溫SCR脫硝催化劑材料的各項性能。為此，在上海南方水泥有限公司的支持和配合下，我們對催化劑模塊進(jìn)行實際工況條件下的性能檢測，即建立多個微型反應(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，但有時會高達(dá)1600 mg/m3。

在中試試驗期間，研究工作重點考察中低溫催化劑材料長期性能，研究煙氣工況條件變化，包括SO2濃度變化對催化劑脫硝效率的影響。通過近2年中試裝置的連續(xù)運行，驗證了中低溫SCR脫硝催化劑材料的長期高效穩(wěn)定性，同時也驗證了中低溫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”通過由中國建材聯(lián)合會組織的項目鑒定，專家意見認(rèn)為“達(dá)到國際先進(jìn)水平”。

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

答：煙氣中SO2對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又會與NH3反應(yīng)生成(NH4)2SO4和NH4HSO4。這些硫酸銨鹽會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會在300℃以上的溫度窗口內(nèi)迅速氧化成SO3，同時形成硫酸銨鹽，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SO2高溫催化形成SO3，又防止了催化劑材料在反應(yīng)器中對硫酸銨鹽的低溫冷凝吸附。這一過程機理也已被中試試驗所證實，也可以認(rèn)為是中低溫SCR脫硝技術(shù)的一個天然優(yōu)勢。

問題十四：前期研究工作很深入、很扎實，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：前期的實驗室研究及實際工況條件下的中試試驗，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脫硝項目是一個大工程，請把工程建設(shè)背景介紹一下。

答：長興南方水泥有限公司位于浙江省長興縣煤山鎮(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氨水儲存庫上方建設(shè)，這樣就不會占用原有的任何場地，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SCR脫硝反應(yīng)器的壓力降僅為320 Pa。

對脫硝反應(yīng)器的進(jìn)出口煙氣管道設(shè)計，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，以保證煙氣流場的均勻分布，防止煙氣中粉塵偏流對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：在實際工程應(yīng)用中對催化劑材料采取了什么設(shè)計方案？

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)一步證實了中低溫?zé)煔庵械姆蹓m流動性增加、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，針對長興南方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)計原則，對催化劑材料進(jìn)行化學(xué)優(yōu)化選型設(shè)計和物理優(yōu)化選型設(shè)計?；瘜W(xué)優(yōu)化選型設(shè)計包括進(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)計包括根據(jù)流場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，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，對窯爐的正常運行和余熱鍋爐發(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，會增加系統(tǒng)阻力1000 Pa左右，這就需要窯尾風(fēng)機有足夠功率，否則會考慮增加接力風(fēng)機。

此外，中低溫SCR反應(yīng)器工程建立的工作量相對較小，基礎(chǔ)處理也較簡單，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：在長興南方與5000t/d生產(chǎn)線配套的煙氣中低溫SCR反應(yīng)器運行情況怎么樣？

答：在長興南方的中低溫SCR反應(yīng)器及整個工程于2020年7月進(jìn)行調(diào)試并投入試運行，并且也進(jìn)行了一些優(yōu)化改進(jìn)。例如，對反應(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)國內(nèi)權(quán)威機構(gòu)的現(xiàn)場檢測及中國建材聯(lián)合會和中國水泥協(xié)會聯(lián)合組織的專家評審會意見如下：

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、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SO2等成分的敏感性問題，實現(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，實現(xiàn)了中低溫SCR催化劑的工業(yè)化生產(chǎn)。

3.設(shè)計開發(fā)出水泥窯爐煙氣中低溫SCR脫硝工藝技術(shù)，建成國內(nèi)外首臺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，實現(xiàn)工程穩(wěn)定運行。

技術(shù)成果已于2020年7月在長興南方水泥有限公司5000 t/d水泥熟料生產(chǎn)線實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用，連續(xù)運行表明：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。項目已發(fā)表學(xué)術(shù)論文23篇，申請發(fā)明專利16件，已獲授權(quán)發(fā)明專利5件。

項目成果開拓了水泥煙氣治理的新技術(shù)路線，實現(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)到國際先進(jìn)水平。

問題二十：祝賀研究團隊成功研發(fā)了中低溫SCR脫硝催化劑材料，并實現(xiàn)了工程化應(yīng)用，那在推廣該項工程技術(shù)上有什么計劃？

答：水泥窯爐煙氣NOx減排是實現(xiàn)水泥工業(yè)轉(zhuǎn)型升級和綠色發(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)的評級和長期可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支撐。具體講，對于有設(shè)計及工程建設(shè)能力的水泥集團公司，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)的水泥集團公司全面掌握這項工程技術(shù)，實現(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,中國水泥網(wǎng)對中低溫SCR脫硝技術(shù)研發(fā)和工程應(yīng)用進(jìn)行了長期跟蹤和報道。在此，我僅表示深深的感謝！