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Pratique d'application de la régénération par désorption thermique pour le système de dénitrification SCR à température moyenne et à poussières dans les lignes de production de clinker de ciment
2026-05-18 11:22:17
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Résumé :Face aux problèmes de diminution de l'efficacité de dénitrification et d'augmentation de la consommation d'eau ammoniacale en fin de période d'exploitation du système de réduction catalytique sélective (SCR) à température moyenne et à poussières dans les lignes de production de clinker de ciment, une ligne de production de 4500 t/j a été prise comme objet d'étude pour analyser les principales causes de désactivation du catalyseur. En introduisant des gaz de combustion à haute température provenant de la sortie de l'étage C1 du préchauffeur pour effectuer un traitement de régénération par désorption thermique du catalyseur pendant la période de maintenance d'arrêt du four, la récupération efficace de l'activité du catalyseur a été réalisée. Les données d'exploitation montrent qu'après la désorption thermique, sans mettre en service le catalyseur de la couche de secours, la consommation d'eau ammoniacale par tonne de clinker est passée de 2,78 kg à 1,94 kg, et les émissions de NOx respectent stablement les normes d'émission. Cette étude peut servir de référence pour l'exploitation et la maintenance des systèmes SCR dans des lignes de production similaires dans le monde entier.
Mots-clés :Four à ciment ; Température moyenne et poussières ; SCR Dénitrification ; Bisulfate d'ammonium ; Désorption thermique ; Régénération du catalyseur
0 Introduction
Avec le renforcement des normes d'émission de polluants atmosphériques dans l'industrie mondiale du ciment, la réduction ultra-faible des émissions d'oxydes d'azote (NOx) est devenue une exigence rigoureuse pour l'industrie cimentière mondiale. La technologie de réduction catalytique sélective (SCR), en raison de son efficacité de dénitrification élevée et de sa technologie mature, devient progressivement la configuration dominante pour les lignes de production de clinker de ciment dans le monde. Parmi celles-ci, le procédé à température moyenne et à poussières est largement utilisé dans les projets de rénovation en raison de sa disposition flexible et de son investissement relativement faible. Cependant, la section à température moyenne (190~240 ℃) est sujette à la formation et à la condensation de bisulfate d'ammonium (ABS), entraînant la désactivation du catalyseur. En combinant avec l'exploitation réelle d'une ligne de production de clinker de ciment de 4500 t/j, cet article explore la faisabilité et l'effet de mise en œuvre de la régénération par désorption thermique in situ utilisant des gaz de combustion à haute température, applicable aux lignes de production similaires dans le monde entier.
1 Aperçu du projet
Le projet est une ligne de production de clinker de ciment par voie sèche de 4500 t/j, équipée d'un système de dénitrification SCR à température moyenne et à poussières. La capacité de traitement des gaz de combustion conçue du système est de 720 000 Nm³/h, la température initiale d'injection d'ammoniac est de 210 ℃, et le réacteur est disposé entre la sortie du préchauffeur à cyclone C1 et la chaudière de récupération de chaleur. Le système adopte un mode de disposition en couches « 3+1 » (3 couches en fonctionnement, 1 couche de secours), et le type de catalyseur est un catalyseur en nid d'abeille à base de vanadium-titane.
Les principaux paramètres de conception sont présentés dans le tableau 1.
| Élément | Paramètre |
|---|---|
| Volume d'air traité / (Nm³·h⁻¹) | 720,000 |
| Température initiale d'injection d'ammoniac / ℃ | 210 |
| Spécification du réacteur / m | 10 × 10 |
| Spécification du catalyseur / mm | 150 × 150 × 1100 |
| Nombre de modules par couche / unité | 45 |
2 Problèmes d'exploitation et analyse des mécanismes
2.1 État d'exploitation
Depuis la mise en service du système en juin 2024, la concentration d'émission de NOx pouvait être stablement contrôlée en dessous de 50 mg/Nm³ pendant la période initiale d'exploitation. Cependant, après 7 mois de fonctionnement, l'efficacité de dénitrification a diminué de manière significative. En maintenant les émissions de NOx conformes aux normes, la consommation d'eau ammoniacale (concentration de 20 %) par tonne de clinker est passée de 2,78 kg/t initialement à un niveau plus élevé, et la différence de pression au niveau de la grille d'injection d'ammoniac a progressivement augmenté, indiquant une augmentation de la résistance du système. Ce phénomène est courant dans les systèmes SCR à température moyenne et à poussières des lignes de production de ciment dans diverses régions.
2.2 Mécanisme de désactivation
Dans le procédé à température moyenne et à poussières, les gaz de combustion contiennent des concentrations élevées de SO₂ et de poussières. Sous l'action du catalyseur, une partie du SO₂ est oxydée en SO₃, qui réagit avec l'ammoniac non réagi et la vapeur d'eau dans les gaz de combustion pour générer du bisulfate d'ammonium (NH₄HSO₄, appelé ABS).
La température du point de rosée de l'ABS est d'environ 270~290 ℃. Lorsque la température locale du catalyseur est inférieure à ce point de rosée, l'ABS passe de l'état gazeux à l'état liquide. L'ABS liquide a une forte viscosité, ce qui facilite l'adsorption des poussières dans les gaz de combustion, formant un revêtement dense, obstruant les pores du catalyseur, entravant la diffusion des réactifs, et conduisant à la désactivation du catalyseur et à l'augmentation de la résistance du système. Ce mécanisme de désactivation est universel dans les systèmes de dénitrification SCR à température moyenne dans le monde.
3 Schéma de régénération par désorption thermique
3.1 Principe technique
L'ABS se sublime de manière significative lorsque la température dépasse 300 ℃ et commence à se décomposer au-dessus de 345 ℃. En exploitant cette caractéristique, en élevant la température du lit catalytique dans la plage de décomposition de l'ABS, les dépôts attachés à la surface du catalyseur peuvent être gazéifiés et séparés, restaurant ainsi la surface spécifique et l'activité du catalyseur. Ce principe est applicable aux catalyseurs à base de vanadium-titane couramment utilisés dans les systèmes SCR de l'industrie cimentière mondiale.
3.2 Plan de mise en œuvre
L'opération de désorption thermique in situ a été réalisée pendant la fenêtre de maintenance planifiée d'arrêt du four de la ligne de production, ce qui est compatible avec le calendrier de maintenance de routine de la plupart des lignes de production de ciment dans le monde :
Introduction de la source de chaleur : Fermer la vanne d'entrée de la chaudière de récupération de chaleur et introduire directement les gaz de combustion à haute température (environ 360 ℃) provenant de la sortie du préchauffeur à cyclone C1 dans le réacteur SCR.
Contrôle de la montée en température : Ouvrir le registre de dérivation du réacteur, contrôler strictement la température de la couche catalytique à (350±10) ℃, et contrôler la vitesse de montée en température dans les 30 ℃/h pour éviter les dommages au catalyseur dus aux contraintes thermiques. Cette norme de contrôle de la température est conforme aux propriétés des matériaux des catalyseurs dominants sur le marché mondial.
Maintien de la température : Maintenir la température constante à la température cible pendant 8 à 10 heures pour assurer la décomposition complète et la gazéification des dépôts.
Soufflage et nettoyage : Après la désorption thermique, démarrer le souffleur de suie de type râteau pour éliminer les cendres desserrées par le choc thermique.
4 Analyse de l'effet d'application
Après l'achèvement de l'opération de désorption thermique, avec le fonctionnement normal du système du four, les données d'exploitation avant et après la régénération ont été comparées. Les résultats sont universels et peuvent servir de référence pour des projets similaires dans le monde :
Réduction significative de la consommation d'ammoniac : Dans des conditions où la composition et la quantité d'alimentation de la farine crue dans le four sont fondamentalement stables, la concentration d'émission de NOx est toujours contrôlée en dessous de 50 mg/Nm³. À ce moment, la consommation d'eau ammoniacale par tonne de clinker est passée de 2,78 kg/t avant régénération à 1,94 kg/t, avec un taux de réduction de 30,2 %.
Optimisation de la résistance du système : La différence de pression entre l'entrée et la sortie du réacteur a diminué par rapport à avant le traitement, indiquant que l'obstruction des pores du catalyseur a été efficacement atténuée, ce qui est bénéfique pour réduire la consommation d'énergie du ventilateur.
Réduction du taux d'utilisation de la couche de secours : Auparavant, il était nécessaire de mettre en service le catalyseur de la couche de secours pour garantir des émissions conformes. Après la désorption thermique, seules 3 couches de catalyseurs principaux peuvent satisfaire aux exigences d'émission, ce qui réduit la résistance à la ventilation du système et le risque de fuite d'ammoniac, et prolonge la durée de vie du catalyseur de secours.
5 Conclusion
La diminution de l'efficacité du système SCR à température moyenne et à poussières dans les fours à ciment en fin de période d'exploitation est principalement causée par l'obstruction des pores du catalyseur par le bisulfate d'ammonium et les poussières adsorbées, ce qui est un problème courant dans les lignes de production de ciment dans le monde.
L'utilisation de gaz de combustion à haute température provenant de la sortie C1 pendant l'arrêt du four pour une désorption thermique à 350 ℃ est une méthode de régénération in situ économique et efficace, qui peut restaurer significativement l'activité du catalyseur et réduire la consommation d'eau ammoniacale. Cette méthode a une forte opérabilité et un faible coût, et est adaptée à la vulgarisation et à l'application dans les cimenteries du monde entier.
Il est recommandé d'effectuer une maintenance par désorption thermique tous les 6 à 8 mois en fonction des variations de la différence de pression et de la consommation d'ammoniac. En même temps, il faut prêter attention à l'impact de la température élevée à long terme sur le vieillissement thermique du catalyseur, et effectuer régulièrement des échantillonnages et des tests des propriétés physico-chimiques du catalyseur.
6 À propos de Liming Heavy Industry
Liming Heavy Industry est un fournisseur mondial de solutions industrielles de broyage, de calcination et de traitement des matériaux, fournissant des équipements intégrés et des services d'ingénierie pour les industries du ciment, des mines, de la métallurgie, du recyclage des déchets solides et des minéraux industriels.
L'entreprise propose une large gamme de produits et de solutions, notamment des broyeurs, des concasseurs, des fours rotatifs, des systèmes de classification des poudres, des systèmes de dépoussiérage et des technologies de contrôle intelligent. Dans les industries du ciment et de la chaux, Liming Heavy Industry fournit des solutions de processus complètes couvrant le concassage des matières premières, le broyage, la calcination, la préparation du combustible, les systèmes de support de désulfuration, de dénitrification et l'utilisation des déchets solides.
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