一、項目簡述：本次試驗由****組織，引進中科院過程研究所和安徽晨晰潔凈科技有限公司聯(lián)合研發(fā)的超低溫SCR脫硝催化劑，并在****水泥進行水泥行業(yè)煙氣超低溫低氮治理的首臺套中試。

 1、實驗?zāi)康模阂则炞C此催化劑及配套工藝在水泥煙氣等復(fù)雜工況下的脫硝效率、運行穩(wěn)定性、運行經(jīng)濟性等指標(biāo)，為我們下一步引進此項目，并在生物質(zhì)發(fā)電、垃圾發(fā)電、煉鋼等行業(yè)推廣此項技術(shù)提供數(shù)據(jù)支撐。

 2、實驗地點：****水泥公司

 3、實驗方式：在****水泥煙道的布袋除塵器后方，從主排煙管道預(yù)留一個10000方的側(cè)排煙管口，并從此管口將真實工況煙氣引入中試設(shè)備開展相關(guān)試驗。

4、核心技術(shù)團隊：

課題立項人陳勇生，佐治亞理工大學(xué)終生教授；

催化劑配方研發(fā)團隊中科院過程所余劍博士團隊，脫硝部分主要研發(fā)方向有中低溫釩鈦體系催化劑，脫硝濾袋，陶瓷管脫硝過濾器，錳基超低溫脫硝催化劑 ；

工程化團隊，安徽晨晰董事長盧昊，高級工程師，國內(nèi)最早一批從事低溫脫硝研發(fā)工程化的團隊，國內(nèi)焦化行業(yè)第一套低溫脫硝工程化裝置及配套催化劑生產(chǎn)的主要負(fù)責(zé)人，國內(nèi)第一套超低溫脫硝催化劑生產(chǎn)及配套工程技術(shù)的主要負(fù)責(zé)人。

二、項目必要性：選擇性催化還原（SCR）脫硝是世界范圍被廣泛應(yīng)用的NOx深度控制技術(shù)，最早由美國Engelhard公司開發(fā)并于上世紀(jì)70年代由日本公司完成中溫釩鈦商業(yè)化催化劑的應(yīng)用。我國自2003年由電力行業(yè)通過消化國外技術(shù)，逐步實現(xiàn)了電力行業(yè)中溫SCR催化劑及工程應(yīng)用技術(shù)的國產(chǎn)化。然而，鋼鐵、建材、石化、化工等非電力行業(yè)中各種窯爐煙氣溫度多低于200℃，且可能含有使催化劑中毒的復(fù)雜成分。借鑒使用中溫SCR催化劑，需耗費大量的能源用于煙氣升溫，造成很大的能源和經(jīng)濟負(fù)擔(dān)。而且，很多工業(yè)窯爐在結(jié)構(gòu)和空間布置上，難以提供空間用以增設(shè)GGH，因此，開發(fā)尾端低溫脫硝催化劑成為必然的選擇。

三、技術(shù)現(xiàn)狀：目前，低溫脫硝與煙氣凈化技術(shù)處于“邊應(yīng)用、邊成熟”的發(fā)展?fàn)顟B(tài)，煙氣特性對催化劑影響機制的認(rèn)識也在逐漸深化，低溫SCR脫硝技術(shù)仍有較大提升空間。國內(nèi)外對中低溫SCR脫硝催化劑的研發(fā)始于2012年，在2015～2016年達到鼎盛，現(xiàn)階段國內(nèi)研發(fā)的有清華、北工大、北科大、浙大、南理工、川大、西南院、福州大學(xué)、中科院大連物化所、中科院蘭化所、中科院過程所等等，國外有托普所、殼牌、日化學(xué)等，但絕大部分均未突破釩鈦體系及蜂窩結(jié)構(gòu)，所以大部分的研發(fā)改變方向為除塵脫硝一體化方面，最低脫硝溫度為180℃左右。

四、水泥行業(yè)市場需求：水泥窯爐的煙氣脫硝治理工藝目前主要有低氮燃燒、SNCR脫硝、高溫SCR脫硝工藝路線，幾種方案均存在綜合能耗高、氨逃逸嚴(yán)重及脫硝效率不高等情況，無法滿足日益嚴(yán)峻的環(huán)保治理需求，

1、低氮燃燒：該技術(shù)投資較低，實施簡單；但脫硝效率低，無法達到有效降低排放要求，且改造后會造成窯爐一定的熱損失，只能是一種輔助技術(shù)。

2、SNCR脫硝：系統(tǒng)流程簡單，投資造價低；但脫硝效率較低，一般只有50%左右，且大量噴氨水在一定程度上降低了窯爐燃燒的熱效率，作為前端治理技術(shù)，存在效率低氨逃逸嚴(yán)重及影響窯爐工況等情況。

3、高溫SCR脫硝：相對技術(shù)成熟脫硝效率高，但系統(tǒng)運行穩(wěn)定性受到水泥灰塵影響波動性大，進一步降低排放指標(biāo)具有難度；且系統(tǒng)投資高、脫硝系統(tǒng)30~50℃的煙氣溫?fù)p造成水泥行業(yè)脫硝系統(tǒng)綜合能耗及運行成本高。

4、超低溫SCR脫硝：脫硝效率高，滿足超低排放需求且系統(tǒng)運行穩(wěn)定，投資相對高溫SCR脫硝系統(tǒng)低；但是對運行工況要求較高，需要在脫硝前配置除塵及脫硫系統(tǒng)，超低溫催化劑的活性組分為氧化錳，會與煙氣中的酸性氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成錳鹽造成催化劑失活，因此需要在低硫工況下運行，催化劑的使用周期與煙氣中酸性氣含量直接相關(guān)，該脫硝工藝可以有效降低綜合能耗，解決脫硝效率低氨逃逸嚴(yán)重問題，具備全面替代的能力，也符合國家雙碳政策及環(huán)保超低排放要求。

五、項目創(chuàng)新點及創(chuàng)新內(nèi)容

1、降低SCR脫硝使用溫度至120-180℃，填補現(xiàn)有釩鈦體系催化劑的市場應(yīng)用空白

2、將脫硝溫度置于附加值低的溫度下進行，大大降低了SCR脫硝系統(tǒng)的綜合能耗，降低運行成本減少了碳排放

3、采用移動床設(shè)計，催化劑可以在不停產(chǎn)狀態(tài)下更換，對各類異常工況均有預(yù)案可以解決，降低了對主生產(chǎn)裝置的影響

4、改變催化劑結(jié)構(gòu)形式，提高SCR的脫硝效率，滿足日益嚴(yán)峻的環(huán)保排放壓力及指標(biāo)

5、改變現(xiàn)有催化劑的危廢特性，降低后期無害化處置廢舊催化劑的社會成本

6、考慮失活后催化劑通過化工方式處置后，轉(zhuǎn)化成催化劑的生產(chǎn)原料，做到資源循環(huán)利用

7、符合雙碳政策及資源循環(huán)利用政策

六、主要研究內(nèi)容

1、SCR脫硝溫度范圍120-180℃，填補市場空白；

2、充分利用錳基的強氧化性及低溫高活性能達到降低脫硝溫度的需求，著重關(guān)注125-150℃溫區(qū)的催化劑性能，滿足水泥窯大布袋出口實際工況下的脫硝效率，通過中石化催化劑研究院的實際產(chǎn)品性能檢測，125℃以上溫度滿足脫硝效率95%以上的性能指標(biāo)

3、通過提高催化劑的比表面積來提高催化劑的綜合性能，通過改變催化劑結(jié)構(gòu)形式及裝填方式，從工程方面彌補傳統(tǒng)蜂窩體催化劑的脫硝效率不高的問題，滿足95%脫硝效率甚至更高；

4、催化劑所有原材料不選用環(huán)保名錄中屬于危廢的原料，故催化劑屬于無毒物質(zhì)；

5、廢舊催化劑通過現(xiàn)場機械摩擦處置及水洗處理，可以再生重復(fù)使用兩次，延長催化劑使用周期，無法現(xiàn)場再生的廢舊催化劑通過回收后，化學(xué)方式提煉出錳元素，再生產(chǎn)出催化劑的原料錳鹽，最終做到資源循環(huán)利用

6、結(jié)合水泥回轉(zhuǎn)窯煙氣的溫度、濕度、粉塵特性、NOX濃度、SO2濃度、風(fēng)量、風(fēng)壓等參數(shù)實際，,對技術(shù)進行創(chuàng)新、研究，形成水泥窯爐煙氣脫硝的自有技術(shù)和工程化數(shù)據(jù)及各類有害物質(zhì)對催化劑性能影響曲線

七、關(guān)鍵理論、核心技術(shù)指標(biāo)等研究目標(biāo)

1、錳基催化劑配方研究,

2、催化劑配方調(diào)整，加入稀土，提升催化劑耐酸性氣性能及熱穩(wěn)定性能

3、顆粒體催化劑生產(chǎn)，綜合考慮催化劑強度及脫硝性能情況下，考慮耐水性能，滿足移動床工況下催化劑不粉化及短時間水洗后催化劑強度不驟減，具備循環(huán)使用能力

4、做好失活催化劑回收后資源循環(huán)利用的問題

5、采用移動床反應(yīng)器，提升催化劑在低硫環(huán)境下的使用周期，并能應(yīng)對各種復(fù)雜工況

八、預(yù)期經(jīng)濟效益和社會效益

1、大大降低生產(chǎn)裝置為了脫硝引起的綜合能耗上升，降低綜合運行成本及碳排放指標(biāo)

2、催化劑無毒，可資源循環(huán)利用，大大降低了無害化處置傳統(tǒng)催化劑的社會成本

3、目前選定的垃圾發(fā)電、生物質(zhì)發(fā)電、水泥窯、玻璃窯等工業(yè)窯爐、鋼鐵版塊、燃?xì)忮仩t板塊、石油化工板塊等，作為主要市場推廣，預(yù)期年催化劑需求量超過50萬方，年產(chǎn)值300-500億元左右。

九、項目實施的風(fēng)險分析及主要對策措施

9.1、市場風(fēng)險分

該產(chǎn)品填補了SCR脫硝市場在超低溫區(qū)域的一個空白，有著潛在的巨大市場，可能存在的市場風(fēng)險在于目前行業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)知的SCR脫硝催化劑均為蜂窩體或者板式體，而我們采用的是顆粒體形式，有一個市場認(rèn)可認(rèn)知的過程，不過在催化劑領(lǐng)域，SCR脫硝催化劑只是非常小的一個分支，其他行業(yè)的催化劑目前均采用顆粒體形式，且最近幾年國內(nèi)外采用顆粒體形式SCR脫硝催化劑的應(yīng)用案例越來越多，此技術(shù)的優(yōu)勢也越來越明顯，隨著時間的推移，顆粒體SCR脫硝催化劑及其配套的反應(yīng)器技術(shù)會更加深入的被市場行業(yè)認(rèn)可。

9.2、技術(shù)風(fēng)險分析

低于280℃的低溫SCR脫硝，技術(shù)風(fēng)險方面，催化劑普遍怕粉塵和酸性氣。

粉塵的問題，一般規(guī)避措施為，在除塵器后低塵工況下運行，催化劑形式為蜂窩體板式體或顆粒體，同時脫硝裝置可以選擇性設(shè)置吹灰器，滿足催化劑的使用工況；

酸性氣問題，一般考慮的是ABS（硫酸銨鹽）在280℃以下對催化劑的毒害作用，通常采用的方法是脫硝裝置前設(shè)置脫硫裝置，把SO2脫除至較低濃度，來降低ABS的生成量，提高催化劑的運行時間，同時配套加熱解析系統(tǒng)，在催化劑中毒情況下解析以達到延長使用周期目的。

超低溫SCR脫硝催化劑及配套技術(shù)，同時存在上述風(fēng)險，一般情況下，選擇在低溫低硫低塵工況下運行，運行溫度120-180℃，干法半干法脫硫除塵后，SO2濃度低于20毫克；粉塵濃度低于10毫克下運行，從工況角度，可以有效規(guī)避ABS及粉塵對催化劑的影響，理論上酸性氣含量越低催化劑性能越穩(wěn)定使用周期越長，同時通過增加催化劑中氧化錳含量及增加部分稀土，來增強SO2對氧化錳的影響，來達到規(guī)避技術(shù)風(fēng)險增加運行周期的目的。

9.3、社會風(fēng)險方面

超低溫SCR脫硝催化劑，采用無毒原料，催化劑本身不屬于危廢，且立項初期就考慮了失活催化劑回收資源循環(huán)利用問題，目前也具備失活催化劑返廠復(fù)活條件，不過使用后的催化劑是否屬于危廢還有待相關(guān)管理部門的鑒定，并給出相關(guān)處理意見。

十、針對水泥窯爐煙氣治理方案：

目前市面上水泥窯SCR脫硝主要工藝路線為：

“煙氣（350℃）+高溫電除塵＋SCR脫硝（300℃）＋余熱鍋爐（150℃）＋布袋除塵器（130℃）＋引風(fēng)機＋直排煙囪”，在此工藝路線基礎(chǔ)上，為了更有效回收余熱，目前的主流工藝均增加了生料磨加熱工序，主要流程為：

“煙氣（350℃）+高溫電除塵＋SCR脫硝（300℃）＋余熱鍋爐（150℃）＋生料磨（110℃）+布袋除塵器（90℃）＋引風(fēng)機＋直排煙囪”，

這種工藝路線運行較為穩(wěn)定，規(guī)避了脫硝過程中硫酸銨鹽對催化劑的毒害，熱量回收梯次較好，但是也存在一定問題，主要表現(xiàn)為兩方面，（1）雖然高溫脫硝保證了SCR脫硝催化劑在最適宜溫度下發(fā)揮作用，但損失高位熱能50℃，造成脫硝裝置整體綜合能耗較高，增加了運行成本也不符合雙碳政策；

（2）催化劑長期的高粉塵含量下運行，導(dǎo)致催化劑磨損、堵塞、中毒等，不利于催化劑長期穩(wěn)定運行。

新推出的超低溫SCR催化劑應(yīng)用于水泥窯市場，使用溫度125-180℃，根據(jù)一般水泥窯現(xiàn)場條件，暫定兩種超低溫脫硝路線：

1、現(xiàn)有水泥窯未上生料磨的，采用“煙氣（350℃）+＋余熱鍋爐（150℃）＋布袋除塵器（130℃）+超低溫SCR脫硝（120℃）＋引風(fēng)機＋直排煙囪”，

此工藝路線最為簡單，投資最少，只需要在業(yè)主已有布袋除塵器后新增超低溫SCR脫硝反應(yīng)器，增加了50℃能量回收，但存在現(xiàn)有余熱發(fā)電裝置能力是否匹配問題。

2、現(xiàn)有水泥窯已上生料磨的，采用“煙氣（350℃）+余熱鍋爐（200℃）＋生料磨（150℃）+布袋除塵器（130℃）+超低溫SCR脫硝（120℃）＋引風(fēng)機＋直排煙囪”，此工藝路線對業(yè)主煙氣溫度熱量回收較為理想，亦不需要對其他設(shè)備進行改造，只是將回收溫度附加值提高了，增加了余熱發(fā)電的能力。

總體而言，相較于水泥窯高溫高塵脫硝，超低溫脫硝在運行費用、后期維護上都具有較大優(yōu)勢：

1、從直接投資方面考慮，移動床超低溫工藝與高溫除塵脫硝工藝相比，催化劑投資增加，但設(shè)備投資大幅度下降，總體投資降低10-15%。

2、從運行成本方面考慮，在脫硝方面，高溫脫硝需增加高溫電除塵設(shè)備，但其能耗一般為每1000m3/h煙氣量需耗電能0.2~0.8Kwh（取0.5Kwh計算），估算每年需要電能約400萬Kw，運行成本大幅增加約300萬元。

3、余熱回收的熱量附加值提高，單套裝置年增產(chǎn)蒸汽量為2萬噸以上（根據(jù)煙氣量大小不等），提高了收益，降低了裝置運行成本。

4、傳統(tǒng)高溫脫硝工藝采用催化劑為釩鈦體系，釩鈦體系催化劑失活后作為危廢，需要有資質(zhì)的廠家進行回收處理；超低溫錳基催化劑為非釩鈦體系，催化劑失活為一般固廢，并且失活催化劑可以免費回收處理。

十一、超低溫SCR脫硝催化劑實際煙氣工況側(cè)線試驗方案

11.1本次在****水泥有限公司進行水泥窯超低溫SCR脫硝催化劑中試，其目的是：

1、測試超低溫SCR脫硝催化劑在130℃、空速1500-1、2000-1、2500-1、3000-1、3500-1低硫、低塵下的脫硝效率及NOX排放值；

2、檢測超低溫SCR脫硝催化劑在水泥窯實際煙氣工況下的運行穩(wěn)定性。

3、評價超低溫SCR脫硝工藝與傳統(tǒng)中低溫SCR、高溫SCR工藝在水泥行業(yè)的投資、運行穩(wěn)定性能、經(jīng)濟性能比較。

11.2、試驗方案說明

脫硝煙氣原始數(shù)據(jù)及排放指標(biāo)

11.3、工藝流程簡述

從布袋除塵器出口煙道抽取原煙氣，經(jīng)電加熱器調(diào)溫送至超低溫SCR移動床脫硝反應(yīng)器，超低溫SCR移動床脫硝反應(yīng)器裝填催化劑7.0m3（反應(yīng)器內(nèi)有效催化劑體積為5m3），同時為了保證脫硝催化劑在低硫工況下運行，在脫硝反應(yīng)器內(nèi)至脫硫劑保護層，通過引風(fēng)機變頻調(diào)節(jié)，實現(xiàn)催化劑在1500-1～3500-1空速下的各項測試。

還原劑采用氨水，采用風(fēng)機抽取空氣，經(jīng)過電加熱器加熱后將氨水汽化后送入移動床脫硝反應(yīng)器進口參與反應(yīng)。

脫硝反應(yīng)器進、出口煙道上設(shè)置溫度、壓力、流量測量點及污染物濃度檢測口，以便于獲取脫硝試驗裝置的運行參數(shù)。

圖1：工藝流程簡圖

11.4、試驗步驟

11.4.1、設(shè)備、管道及輔助設(shè)施安裝

設(shè)備、管道、閥門到達現(xiàn)場后，由安徽晨晰潔凈科技有限公司負(fù)責(zé)設(shè)備、煙道及工藝管道安裝、供電及保溫等。

11.4.2、裝置調(diào)試

設(shè)備管道等貫通以后，對裝置進行調(diào)試，保證裝置順利運行。

11.4.3、中試步驟

11.4.3.1 考察超低溫催化劑空速在1500-1～3500-1、溫度在125℃～150℃下運行情況

（1）在保證****水泥公司環(huán)保主體裝置運行正常情況下，在現(xiàn)有裝置引風(fēng)風(fēng)機出口煙道設(shè)置取其口，利用測試裝置風(fēng)機抽取一定量的煙氣（流量計計量）經(jīng)過移動床脫硝反應(yīng)器，通過變頻器調(diào)節(jié)引風(fēng)機頻率，控制催化劑空速在1500-1～3500-1范圍內(nèi)，并通過調(diào)節(jié)電加熱器頻率，調(diào)節(jié)脫硝反應(yīng)器進口煙氣溫度在125℃～150℃范圍，測量不同空速、不同溫度下的催化劑脫硝效率；

（2）煙氣首先通過脫硝反應(yīng)器內(nèi)的脫硫劑保護層，防止水泥窯爐的工況波動造成煙氣中SO2含量超標(biāo)，控制進入脫硝催化劑床層煙氣中SO2在20mg/Nm3以下

（3）啟動噴氨，參與脫硝反應(yīng)；

（4）在脫硝反應(yīng)器進出口設(shè)置在線監(jiān)測系統(tǒng)，每小時記錄一次運行參數(shù)，著重觀察超低溫催化劑脫硝效率及在低硫工況下持續(xù)運行情況。

（5）在經(jīng)過不同煙氣溫度、催化劑空速試驗運行一段時間后，對移動床脫硝反應(yīng)器的超低溫催化劑進行放料和加料試驗，考察其在線更換的操作可靠性及在更換期間脫硝效率波動情況。

11.4.3.2注意事項

（1）試驗期間嚴(yán)格執(zhí)行亞美水泥的相關(guān)安全生產(chǎn)和管理制度；

（2）密切注意原有主體設(shè)備運行情況，不影響其正常運行；

（3）試驗裝置連續(xù)運行，連續(xù)記錄裝置運行數(shù)據(jù)并及時統(tǒng)計歸納。

11.5、超低溫SCR脫硝試驗裝置主要設(shè)計指標(biāo)

11.6、超低溫SCR脫硝試驗裝置主要設(shè)備一覽表

超低溫SCR移動床脫硝試驗裝置主要由還原劑系統(tǒng)、SCR脫硝反應(yīng)器、引風(fēng)機、測量系統(tǒng)、煙道等組成。

十二、實驗成果

1、通過試驗得出水泥行業(yè)煙氣治理的工藝技術(shù)包，在不同煙氣溫度、空速下的脫硝效率，為后續(xù)的工程化提供堅實的理論基礎(chǔ)。

2、工程化后共同申報行業(yè)首臺套作為工程案例。

3、共同申報國家對于首套設(shè)備的相關(guān)獎勵。

4、共同申報工程化的技術(shù)專利。

5、共同制定、申報水泥行業(yè)煙氣治理的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

現(xiàn)在水泥行業(yè)工業(yè)窯爐，垃圾焚燒發(fā)電企業(yè)均可以安排做中試，這個測試項目的方案，如有意向合作企業(yè)，我公司提供免費項目中試，通過中試讓業(yè)主真正了解我公司超低溫催化劑，煙氣末端治理的技術(shù)優(yōu)勢及降低高溫蒸汽升溫達到脫脫的目的，在水泥窯爐把30度左右的升溫蒸汽節(jié)省下來用余熱發(fā)電，在垃圾發(fā)電行業(yè)一臺750噸鍋爐年節(jié)約蒸汽費用為900萬左右，降低能耗浪費提高經(jīng)濟效益，即節(jié)能又環(huán)保并且可以做到超低排放，有意向合作企業(yè)可聯(lián)系：柯先生18958090092（微信同號）