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Práctica de aplicación de regeneración por desorción térmica para sistema de desnitrificación SCR con carga de polvo a temperatura media en líneas de producción de clínker de cemento
2026-05-18 11:22:17
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Resumen: Con el objetivo de abordar problemas como la disminución de la eficiencia de desnitrificación y el aumento del consumo de agua amoniacal en el período posterior de operación del sistema de reducción catalítica selectiva (SCR) de desnitrificación de temperatura media y con polvo en líneas de producción de clínker de cemento, se tomó como objeto de estudio una línea de producción de 4500 t/d para analizar las principales causas de la desactivación del catalizador. Al introducir gas de combustión de alta temperatura desde la salida de la etapa C1 del precalentador para realizar un tratamiento de regeneración por desorción térmica del catalizador durante el período de mantenimiento por parada del horno, se logró la recuperación efectiva de la actividad del catalizador. Los datos de operación muestran que después de la desorción térmica, sin poner en uso el catalizador de la capa de reserva, el consumo de agua amoniacal por tonelada de clínker disminuyó de 2,78 kg a 1,94 kg, y la emisión de NOx cumplió de manera estable con los estándares de emisión. Este estudio puede proporcionar una referencia para la operación y mantenimiento de sistemas SCR en líneas de producción similares en todo el mundo.
Palabras clave: Horno de cemento; Temperatura media y con polvo; Desnitrificación SCR; Bisulfato de amonio; Desorción térmica; Regeneración de catalizador
0 Introducción
Con el aumento de la rigurosidad de los estándares de emisión de contaminantes atmosféricos en la industria cementera a nivel mundial, la emisión ultra baja de óxidos de nitrógeno (NOx) se ha convertido en un requisito obligatorio para la industria cementera en todo el mundo.
La tecnología de reducción catalítica selectiva (SCR), debido a su alta eficiencia de desnitrificación y tecnología madura, se está convirtiendo gradualmente en la configuración principal para las líneas de producción de clínker de cemento a nivel global. Entre ellas, el proceso de temperatura media y con polvo se utiliza ampliamente en proyectos de renovación debido a su disposición flexible y su inversión relativamente baja. Sin embargo, la sección de temperatura media (190~240 ℃) es propensa a la formación y condensación de bisulfato de amonio (ABS), lo que provoca la desactivación del catalizador. Combinado con la operación real de una línea de producción de clínker de cemento de 4500 t/d, este artículo explora la viabilidad y el efecto de implementación de la regeneración por desorción térmica in situ utilizando gas de combustión de alta temperatura, que es aplicable a líneas de producción similares en todo el mundo.
1 Descripción del proyecto
El proyecto es una línea de producción de clínker de cemento de proceso seco nuevo de 4500 t/d, equipada con un sistema de desnitrificación SCR de temperatura media y con polvo. La capacidad de tratamiento de gas de combustión diseñada del sistema es de 720,000 Nm³/h, la temperatura inicial de inyección de amoníaco es de 210 ℃, y el reactor está dispuesto entre la salida del ciclón C1 del precalentador y la caldera de recuperación de calor residual.
El sistema adopta un modo de disposición de capas "3+1" (3 capas en operación, 1 capa de reserva), y el tipo de catalizador es catalizador de titanio-vanadio en forma de panal.
Los principales parámetros de diseño se muestran en la Tabla 1.
| Ítem | Parámetro |
|---|---|
| Volumen de aire de tratamiento / (Nm³·h⁻¹) | 720,000 |
| Temperatura inicial de inyección de amoníaco / ℃ | 210 |
| Especificación del reactor / m | 10 × 10 |
| Especificación del catalizador / mm | 150 × 150 × 1100 |
| Número de módulos por capa / Unidad | 45 |
2 Problemas de operación y análisis de mecanismos
2.1 Estado de operación
Desde que el sistema se puso en operación en junio de 2024, la concentración de emisión de NOx se pudo controlar de manera estable por debajo de 50 mg/Nm³ en el período inicial de operación. Sin embargo, después de 7 meses de operación, la eficiencia de desnitrificación disminuyó significativamente. Bajo la premisa de mantener la emisión de NOx dentro de los estándares, el consumo de agua amoniacal (concentración del 20%) por tonelada de clínker aumentó desde los 2,78 kg/t iniciales a un nivel más alto, y la diferencia de presión en la rejilla de inyección de amoníaco aumentó gradualmente, lo que indica un aumento en la resistencia del sistema.
Este fenómeno es común en los sistemas SCR de temperatura media y alta carga de polvo de las líneas de producción de cemento en diversas regiones.2.2 Mecanismo de Desactivación
En el proceso de temperatura media y alta carga de polvo, el gas de combustión contiene altas concentraciones de SO₂ y polvo. Bajo la acción del catalizador, parte del SO₂ se oxida a SO₃, que reacciona con el NH₃ no reaccionado y el vapor de agua en el gas de combustión para generar bisulfato de amonio (NH₄HSO₄, abreviado como ABS).
La temperatura de punto de rocío del ABS es de aproximadamente 270~290 ℃. Cuando la temperatura local del catalizador es inferior a este punto de rocío, el ABS cambia de estado gaseoso a estado líquido. El ABS líquido tiene una alta viscosidad, lo que facilita la adsorción de polvo en el gas de combustión, formando una capa densa que bloquea los poros del catalizador, dificulta la difusión de los reactivos y provoca la desactivación del catalizador y un aumento de la resistencia del sistema. Este mecanismo de desactivación es universal en los sistemas de desnitrificación SCR de temperatura media a nivel mundial.
3 Esquema de Regeneración por Desorción Térmica
3.1 Principio Técnico
El ABS se sublima significativamente cuando la temperatura supera los 300 ℃ y comienza a descomponerse por encima de los 345 ℃. Aprovechando esta característica, al elevar la temperatura del lecho del catalizador al rango de descomposición del ABS, los depósitos adheridos a la superficie del catalizador pueden gasificarse y separarse, restaurando así el área superficial específica y la actividad del catalizador.Este principio es aplicable a los catalizadores de vanadio-titanio comúnmente utilizados en los sistemas SCR de la industria cementera a nivel mundial.
3.2 Plan de Implementación
La operación de desorción térmica in situ se llevó a cabo durante la ventana de mantenimiento planificada de parada del horno de la línea de producción, lo que es compatible con el programa de mantenimiento rutinario de la mayoría de las líneas de producción de cemento en todo el mundo:
Introducción de la Fuente de Calor: Cierre la válvula de entrada de la caldera de recuperación de calor e introduzca directamente el gas de combustión de alta temperatura (aproximadamente 360 ℃) desde la salida del ciclón C1 del precalentador al reactor SCR.
Control del Aumento de Temperatura: Abra la compuerta de derivación del reactor, controle estrictamente la temperatura de la capa del catalizador a (350±10) ℃ y controle la velocidad de calentamiento dentro de 30 ℃/h para evitar daños al catalizador debido al estrés térmico. Este estándar de control de temperatura está en línea con las propiedades de los materiales de los catalizadores principales en el mercado global.
Mantenimiento de la Temperatura: Mantenga la temperatura constante en la temperatura objetivo durante 8~10 horas para asegurar la descomposición y gasificación completa de los depósitos.
Soplado y Limpieza de Hollín: Después de la desorción térmica, active el soplador de hollín tipo rastrillo para eliminar las cenizas aflojadas por el choque térmico.
4 Análisis del Efecto de la Aplicación
Después de completar la operación de desorción térmica, con el funcionamiento normal del sistema del horno, se compararon los datos de operación antes y después de la regeneración.Los resultados son universales y pueden proporcionar referencia para proyectos similares a nivel mundial:
Reducción Significativa en el Consumo de Amoníaco: Bajo la condición de que la composición y la cantidad de alimentación de la harina cruda al horno sean básicamente estables, la concentración de emisión de NOx aún se controla por debajo de 50 mg/Nm³. En este momento, el consumo de agua amoniacal por tonelada de clínker disminuyó de 2.78 kg/t antes de la regeneración a 1.94 kg/t, con una tasa de reducción del 30.2%.
Optimización de la Resistencia del Sistema: La diferencia de presión entre la entrada y la salida del reactor disminuyó en comparación con la anterior al tratamiento, lo que indica que el bloqueo de los poros del catalizador se alivió efectivamente, lo que es favorable para reducir el consumo de energía del ventilador.
Reducción en la Tasa de Utilización de la Capa de Reserva: Anteriormente, era necesario poner en uso el catalizador de la capa de reserva para asegurar que las emisiones cumplieran con los estándares. Después de la desorción térmica, solo 3 capas de catalizadores principales pueden cumplir con los requisitos de emisión, lo que reduce la resistencia de ventilación del sistema y el riesgo de escape de amoníaco, y extiende la vida útil del catalizador de reserva.
5 Conclusión
La disminución en la eficiencia del sistema SCR de temperatura media y con polvo en hornos de cemento en el período posterior de operación se debe principalmente a la obstrucción de los poros del catalizador por bisulfato de amonio y polvo adsorbido, lo cual es un problema común en las líneas de producción de cemento a nivel mundial.
El uso de gas de combustión de alta temperatura de la salida C1 durante la parada del horno para desorción térmica a 350 ℃ es un método de regeneración in situ económico y efectivo, que puede restaurar significativamente la actividad del catalizador y reducir el consumo de agua amoniacal. Este método tiene una fuerte operabilidad y bajo costo, y es adecuado para su promoción y aplicación en plantas de cemento en todo el mundo.
Se recomienda realizar mantenimiento de desorción térmica cada 6 a 8 meses según los cambios en la diferencia de presión y el consumo de amoníaco. Al mismo tiempo, se debe prestar atención al impacto de la alta temperatura prolongada en el envejecimiento térmico del catalizador, y se deben realizar muestreos y pruebas periódicas de las propiedades físicas y químicas del catalizador.
6 Acerca de Liming Heavy Industry
Liming Heavy Industry es un proveedor global de soluciones de molienda industrial, calcinación y procesamiento de materiales, que proporciona equipos integrados y servicios de ingeniería para las industrias de cemento, minería, metalurgia, reciclaje de residuos sólidos y minerales industriales.
La empresa ofrece una amplia gama de productos y soluciones que incluyen molinos, trituradoras, hornos rotatorios, sistemas de clasificación de polvo, sistemas de recolección de polvo y tecnologías de control inteligente. En las industrias de cemento y cal, Liming Heavy Industry proporciona soluciones de proceso completas que cubren trituración de materias primas, molienda, calcinación, preparación de combustible, sistemas de soporte de desulfuración y desnitrificación, y utilización de residuos sólidos.
Con amplia experiencia en proyectos industriales a gran escala y capacidades de servicio en el mercado global, Liming Heavy Industry ha atendido a clientes en más de 180 países y regiones en todo el mundo.
