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Prática de Aplicação da Regeneração por Dessorção Térmica para Sistema de Desnitrificação SCR de Média Temperatura e com Alta Carga de Poeira em Linhas de Produção de Clínquer de Cimento
2026-05-18 11:22:17
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Resumo: Visando problemas como a diminuição da eficiência de desnitrificação e o aumento do consumo de água amoniacal no período posterior de operação do sistema de desnitrificação seletiva catalítica (SCR) de média temperatura e com alta carga de poeira em linhas de produção de clínquer de cimento, uma linha de produção de 4500 t/d foi tomada como objeto de pesquisa para analisar as principais causas da desativação do catalisador. Ao introduzir gás de combustão de alta temperatura da saída do estágio C1 do pré-aquecedor para realizar o tratamento de regeneração por dessorção térmica no catalisador durante o período de manutenção da parada do forno, a recuperação efetiva da atividade do catalisador foi realizada. Os dados de operação mostram que, após a dessorção térmica, sem colocar o catalisador da camada de reserva em uso, o consumo de água amoniacal por tonelada de clínquer diminuiu de 2,78 kg para 1,94 kg, e a emissão de NOx atendeu de forma estável aos padrões de emissão. Este estudo pode fornecer uma referência para a operação e manutenção de sistemas SCR em linhas de produção semelhantes em todo o mundo.
Palavras-chave: Forno de Cimento; Média Temperatura e Alta Carga de Poeira; Desnitrificação SCR; Bissulfato de Amônio; Dessorção Térmica; Regeneração de Catalisador
0 Introdução
Com o aumento da rigidez dos padrões de emissão de poluentes atmosféricos da indústria global de cimento, a emissão ultrabaixa de óxidos de nitrogênio (NOx) tornou-se um requisito rígido para a indústria de cimento em todo o mundo. A tecnologia de Redução Catalítica Seletiva (SCR), devido à sua alta eficiência de desnitrificação e tecnologia madura, está gradualmente se tornando a configuração dominante para linhas de produção de clínquer de cimento globalmente. Entre elas, o processo de média temperatura e com alta carga de poeira é amplamente utilizado em projetos de reforma devido ao seu layout flexível e investimento relativamente baixo. No entanto, a seção de média temperatura (190~240 ℃) é propensa à formação e condensação de bissulfato de amônio (ABS), levando à desativação do catalisador. Combinado com a operação real de uma linha de produção de clínquer de cimento de 4500 t/d, este artigo explora a viabilidade e o efeito de implementação da regeneração por dessorção térmica in situ usando gás de combustão de alta temperatura, que é aplicável a linhas de produção semelhantes em todo o mundo.
1 Visão Geral do Projeto
O projeto é uma linha de produção de clínquer de cimento por via seca nova de 4500 t/d, equipada com um sistema de desnitrificação SCR de média temperatura e com alta carga de poeira. A capacidade de tratamento de gás de combustão projetada do sistema é de 720.000 Nm³/h, a temperatura inicial de injeção de amônia é de 210 ℃, e o reator está disposto entre a saída do ciclone C1 e a caldeira de recuperação de calor residual. O sistema adota um modo de disposição de camadas "3+1" (3 camadas em operação, 1 camada de reserva), e o tipo de catalisador é catalisador de vanádio-titânio em favo de mel.
Os principais parâmetros de projeto são mostrados na Tabela 1.
| Item | Parâmetro |
|---|---|
| Volume de Ar de Tratamento / (Nm³·h⁻¹) | 720.000 |
| Temperatura Inicial de Injeção de Amônia / ℃ | 210 |
| Especificação do Reator / m | 10 × 10 |
| Especificação do Catalisador / mm | 150 × 150 × 1100 |
| Número de Módulos por Camada / Unidade | 45 |
2 Problemas de Operação e Análise do Mecanismo
2.1 Status de Operação
Desde que o sistema foi colocado em operação em junho de 2024, a concentração de emissão de NOx pôde ser controlada de forma estável abaixo de 50 mg/Nm³ no período inicial de operação. No entanto, após 7 meses de operação, a eficiência de desnitrificação diminuiu significativamente. Na premissa de manter a emissão de NOx dentro do padrão, o consumo de água amoniacal (concentração de 20%) por tonelada de clínquer aumentou de 2,78 kg/t inicial para um nível mais alto, e a diferença de pressão na grade de injeção de amônia aumentou gradualmente, indicando um aumento na resistência do sistema. Este fenômeno é comum em sistemas SCR de média temperatura e com alta carga de poeira de linhas de produção de cimento em várias regiões.
2.2 Mecanismo de Desativação
No processo de média temperatura e com alta carga de poeira, o gás de combustão contém altas concentrações de SO₂ e poeira. Sob a ação do catalisador, parte do SO₂ é oxidada a SO₃, que reage com NH₃ escapado e vapor de água no gás de combustão para gerar bissulfato de amônio (NH₄HSO₄, referido como ABS).
A temperatura do ponto de orvalho do ABS é de cerca de 270~290 ℃. Quando a temperatura local do catalisador é menor que este ponto de orvalho, o ABS muda do estado gasoso para o estado líquido. O ABS líquido tem forte viscosidade, que é fácil de adsorver poeira no gás de combustão, formando um revestimento denso, bloqueando os poros do catalisador, dificultando a difusão dos reagentes e levando à desativação do catalisador e ao aumento da resistência do sistema. Este mecanismo de desativação é universal em sistemas de desnitrificação SCR de média temperatura globalmente.
3 Esquema de Regeneração por Dessorção Térmica
3.1 Princípio Técnico
O ABS sublima significativamente quando a temperatura excede 300 ℃ e começa a se decompor acima de 345 ℃. Aproveitando essa característica, elevando a temperatura do leito do catalisador para a faixa de decomposição do ABS, os depósitos aderidos à superfície do catalisador podem ser gasificados e separados, restaurando assim a área de superfície específica e a atividade do catalisador. Este princípio é aplicável aos catalisadores de vanádio-titânio comumente usados em sistemas SCR da indústria global de cimento.
3.2 Plano de Implementação
A operação de dessorção térmica in situ foi realizada durante a janela de manutenção planejada da parada do forno da linha de produção, que é compatível com o cronograma de manutenção de rotina da maioria das linhas de produção de cimento em todo o mundo:
Introdução da Fonte de Calor: Feche a válvula de entrada da caldeira de recuperação de calor residual e introduza diretamente o gás de combustão de alta temperatura (cerca de 360 ℃) da saída do ciclone C1 no reator SCR.
Controle de Aumento de Temperatura: Abra o damper de bypass do reator, controle rigorosamente a temperatura da camada do catalisador em (350±10) ℃ e controle a taxa de aquecimento dentro de 30 ℃/h para evitar danos ao catalisador devido ao estresse térmico. Este padrão de controle de temperatura está de acordo com as propriedades dos materiais dos catalisadores dominantes no mercado global.
Manutenção de Calor: Mantenha a temperatura constante na temperatura alvo por 8~10 horas para garantir a decomposição completa e a gasificação dos depósitos.
Sopro de Fuligem e Limpeza: Após a dessorção térmica, acione o soprador de fuligem tipo ancinho para remover as cinzas soltas pelo choque térmico.
4 Análise do Efeito da Aplicação
Após a conclusão da operação de dessorção térmica, com a operação normal do sistema do forno, os dados de operação antes e depois da regeneração foram comparados. Os resultados são universais e podem fornecer referência para projetos semelhantes globalmente:
Redução Significativa no Consumo de Amônia: Sob a condição de que a composição e a quantidade de alimentação da farinha crua no forno estejam basicamente estáveis, a concentração de emissão de NOx ainda é controlada abaixo de 50 mg/Nm³. Neste momento, o consumo de água amoniacal por tonelada de clínquer diminuiu de 2,78 kg/t antes da regeneração para 1,94 kg/t, com uma taxa de redução de 30,2%.
Otimização da Resistência do Sistema: A diferença de pressão entre a entrada e a saída do reator diminuiu em comparação com antes do tratamento, indicando que o bloqueio dos poros do catalisador foi efetivamente aliviado, o que é favorável para reduzir o consumo de energia do ventilador.
Redução na Taxa de Utilização da Camada de Reserva: Anteriormente, era necessário colocar o catalisador da camada de reserva em uso para garantir a emissão dentro do padrão. Após a dessorção térmica, apenas 3 camadas de catalisadores principais podem atender aos requisitos de emissão, o que reduz a resistência de ventilação do sistema e o risco de escape de amônia, e prolonga a vida útil do catalisador de reserva.
5 Conclusão
A diminuição da eficiência do sistema SCR de média temperatura e com alta carga de poeira em fornos de cimento no período posterior de operação é principalmente causada pelo bloqueio dos poros do catalisador por bissulfato de amônio e poeira adsorvida, que é um problema comum em linhas de produção de cimento globais.
Usar gás de combustão de alta temperatura da saída C1 durante a parada do forno para dessorção térmica a 350 ℃ é um método de regeneração in situ econômico e eficaz, que pode restaurar significativamente a atividade do catalisador e reduzir o consumo de água amoniacal. Este método tem forte operabilidade e baixo custo, e é adequado para popularização e aplicação em fábricas de cimento em todo o mundo.
Recomenda-se realizar manutenção de dessorção térmica a cada 6~8 meses de acordo com as mudanças na diferença de pressão e no consumo de amônia. Ao mesmo tempo, atenção deve ser dada ao impacto da alta temperatura de longo prazo no envelhecimento térmico do catalisador, e amostragem e teste regulares das propriedades físico-químicas do catalisador devem ser realizados.
6 Sobre a Liming Heavy Industry
A Liming Heavy Industry é um fornecedor global de soluções de moagem industrial, calcinação e processamento de materiais, fornecendo equipamentos integrados e serviços de engenharia para as indústrias de cimento, mineração, metalurgia, reciclagem de resíduos sólidos e minerais industriais.
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Com vasta experiência em projetos industriais de grande escala e capacidade de serviço no mercado global, a Liming Heavy Industry atendeu clientes em mais de 180 países e regiões em todo o mundo.
