【導(dǎo)讀】重慶秀山西南水泥有限公司。2500t/d新型干法水泥熟料生產(chǎn)線。南京凱盛重慶秀山西南水泥有限公司脫硝工程可研報告。可行性研究報告總目次。序號文件名稱備注。脫硝還原站設(shè)備布置圖1張。分解爐分級燃燒工藝流程圖1張。SNCR脫硝還原劑選擇..

　　

【正文】 少，大都集中在燃燒中和燃燒后的 NOX 控制技術(shù)應(yīng)用。 所以國際上把燃燒中 NOX的所有控制措施統(tǒng)稱為一次措施，把燃燒后的 NOx 控制措施統(tǒng)稱為二次措施，又稱為煙氣脫硝技術(shù)。 目前普遍采用的燃燒中 NOx 控制技術(shù)即為低 NOx 燃燒技術(shù)，主要有低 NOx燃燒器、空氣分級燃燒和燃料分級燃燒。 應(yīng)用在燃煤電站鍋爐上的成熟煙氣脫硝技術(shù)主 要有選擇性催化還原技術(shù)（ Selective Catalytic Reduction，簡稱 SCR）、選擇性非催化還原技術(shù)（ Selective NonCatalytic Reduction，簡稱 SNCR）以及 SCR/SNCR 混合煙氣脫硝技術(shù)。 國外目前應(yīng)用在水泥熟料生產(chǎn)上的成熟煙氣脫硝技術(shù)主要是選擇性非催化還原技術(shù)（ SNCR）。 低氮燃燒 器 原理：使燃燒過程盡可能在接近理論空氣量的條件下進(jìn)行，隨著煙氣中過量氮的減少，可以抑制 NOX的生成。這是一種最簡單的降低 NOX排放的方法。低氮燃燒器一般把一次風(fēng)分成濃淡兩 股，濃相在內(nèi)，更靠近火焰中心；淡相在外，貼近水冷壁。濃相在內(nèi)著火時，火焰溫度相對較高，但是氧氣比相對較少，故生成的氮氧化物的幾率相對減少；淡相在外，氧氣比相對較大，但由于距火焰高溫區(qū)域較遠(yuǎn)，溫度相對較低，故氮氧化物的生成也不會很多。 降低燒成溫度的方法，可以通過調(diào)整配料、加礦化劑、窯頭噴水等方法降低窯內(nèi)的最高溫度以減少熱力型 NOX 的形成，但從熟料和水泥性能等方面考慮這類措施并非普遍適用。低 NOX 燃燒器目前在國內(nèi)已經(jīng)有廣泛的應(yīng)用，但其效果受窯工況影響較大，一般 NOX 的排放量不能達(dá)到預(yù)期效果或效果不明顯。一般脫 硝 效 率在 5%以下，達(dá)不到環(huán)保要求。 分級燃燒 分解爐是水泥分解生產(chǎn)工藝的重要裝備，其承擔(dān)了生料分解的作用，分解爐內(nèi)燃燒的燃料量占水泥熟料煅燒所需總?cè)剂狭康?70%，分解爐與回轉(zhuǎn)窯相連接，回轉(zhuǎn)窯窯頭燃料產(chǎn)生的煙氣可以進(jìn)入分解爐。 分級燃燒脫氮的基本原理是在 窯尾 煙室和分解爐之間建立還原燃燒區(qū)，將原 南京凱盛 重慶秀山西南水泥有限公司 脫硝工程可研報告 16 分解爐 所用助燃空氣和燃料 的 按照一定要求和比例分布 到該區(qū)域內(nèi)，使其燃燒 時產(chǎn)生還原性氣氛區(qū)域， 以便產(chǎn)生 CN、 CH H HCN和固定碳等還原劑，這些還原劑與窯尾煙氣中的 NOX 發(fā)生反應(yīng)，將 NOX還原成 N2等無污染的惰性氣體 。此外，煤粉在 低空氣過剩系數(shù) 條件下燃燒也抑制了自身燃料型 NOX產(chǎn)生，從而實現(xiàn)水泥生產(chǎn)過程中的 NOX減排。其主要反應(yīng)如下： 2CO + 2NO→N 2 + 2CO2 2H2 + 2NO→N 2 + 2H2O 2NHi+ 2NO→N 2 +... 分級燃燒技術(shù)主要有空氣分級燃燒和燃料分級兩種類型。 （一）空氣分級燃燒技術(shù)及其應(yīng)用 水泥窯空氣分級燃燒技術(shù)的基本原理為：將分解爐燃燒用的空氣分兩階段分級加入，先將一部分空氣送入主燃燒區(qū)，使第一級燃燒區(qū)內(nèi)空氣過剩系數(shù)在 1左右，使燃料在缺氧的條件下燃燒，燃燒速度低，生成 CO 等還 原性氣體，且燃料中的 N 大部分分解為 HCN、 HN、 CN、 CH2等，使 NOx 分解，抑制陸內(nèi) NOx生成，同時 CO 可還原部分窯氣的 NOx。然后將燃燒用空氣的剩下部分以分級風(fēng)的方式送入分解爐，使燃料燃燼。 水泥窯空氣分級燃燒改造包括：三次風(fēng)管調(diào)整和改造、脫硝風(fēng)管配置、高溫閘閥控制系統(tǒng)。 （二）燃料分級燃燒技術(shù)及其應(yīng)用 燃料分級燃燒脫硝系統(tǒng)主要由煤粉輸送系統(tǒng)和煤粉均布噴射系統(tǒng)組成。系統(tǒng)主要包含：煤粉計量、輸送系統(tǒng)、分解爐用煤粉燃燒器和相應(yīng)的電器控制系統(tǒng)， 脫氮系統(tǒng)的用煤經(jīng)煤粉秤精確計量后，由羅茨風(fēng)機(jī)送到窯尾煙室的脫氮還 原區(qū)，在脫氮還原區(qū)的合適位置均布著一套燃燒噴嘴，煤粉經(jīng)燃燒噴嘴高速（具體速度與該處空間結(jié)構(gòu)密切相關(guān)）進(jìn)入還原區(qū)內(nèi)并充分散開，一方面保證了分級燃燒的脫氮效率，另一方面減少了煤粉在壁面燃燒出現(xiàn)結(jié)皮的負(fù)面影響。根據(jù)還原區(qū)操作溫度、 C1 出口 NOx 等系統(tǒng)參數(shù)，可及時調(diào)整脫氮用煤量。 在窯尾預(yù)分解爐建立專門的脫氮還原區(qū)，采用煤粉均布和司料溫控技術(shù)，能夠有效的控制脫氮區(qū)的用煤和脫氮區(qū)的溫度。 分級燃燒技術(shù)脫硝效率大約在 10%30%左右。雖然 僅通過燃燒組織過程的調(diào)整，不增加水泥窯系統(tǒng)的運行成本即可實現(xiàn)系統(tǒng)氮氧化物排放的顯 著下降 ，但 南京凱盛 重慶秀山西南水泥有限公司 脫硝工程可研報告 17 是分級燃燒技術(shù)單獨采用，脫硝效率并不能滿足環(huán)保要求。因此在大多數(shù)場合下，可作為前置脫硝技術(shù)手段。 選擇性催化還原技術(shù) （ SCR） 原理：在催化劑作用下，向溫度約 280420 ℃ 的煙氣中噴入氨 ， 將 NOX還原成 N2和 H2O。其主要反應(yīng)如下： 4NO + 4NH3 + O2→4N 2 + 6H2O 6NO + 4NH3→5N 2 + 6H2O 當(dāng)煙氣中由氧氣時，反應(yīng)第一式優(yōu)先進(jìn)行，因此，氨消耗量與 NO 還原量有一對一的關(guān)系。 在燃燒煙氣中， NO2一般約占總的 NOx 濃度的 5%， NO2參與的反應(yīng)如下： 6NO2 + 8NH3→7NO 2 + 12H2O 2NO2 + 4NH3 + O2→3N 2 + 6H2O 上面兩個反應(yīng)表明還原 NO2比還原 NO 需要更多的氨。 在絕大多數(shù)的煙氣中， NO2僅占 NOx 總量的一小部分（約 5%左右），因此NO2的影響并不顯著。 SCR 法具有脫氮效率高的優(yōu)勢，在電廠鍋爐脫氮被廣泛應(yīng)用。但由于 SCR操作溫度窗口和含塵量的特殊要求，在國外水泥生產(chǎn)線上極少使用，而國內(nèi)目前沒有投運案例，主要原因為：（ 1）出 C1 的煙氣通常用于余熱發(fā)電，出余熱發(fā)電系統(tǒng)的煙氣溫度無法滿足 SCR 的溫度要求；（ 2）窯尾框架周邊基 本上沒有布置SCR 催化劑框架的空間；（ 3）出 C1 的煙氣中高濃度粉塵及其有害元素易造成催化劑破損和失效；（ 4）一次性投資大；煙氣通過催化劑的阻力增大了窯系統(tǒng)的阻力；（ 5）催化劑每三年需要更換，運行成本高。因此 SCR 脫硝技術(shù)不適宜在水泥窯上應(yīng)用 。 選擇性非催化還原技術(shù) （ SNCR） 原理：選擇性非催化還原技術(shù)（ 簡稱 SNCR）是一種不用催化劑，在 850～1100 ℃ 范圍內(nèi)，在煙氣中直接還原 NOx 的工藝。 SNCR 技術(shù)是把還原劑如氨氣、尿素稀溶液等噴入爐膛溫度為 850～ 1100 ℃ 的區(qū)域，該還原劑迅速熱分解出 NH3并與煙氣中的 NOx 進(jìn)行反應(yīng)生成 N2 和 H2O。該方法以爐膛為反應(yīng)器，可通過對鍋爐進(jìn)行改造實現(xiàn)。在爐膛 850～ 1100 ℃ 的溫度范圍內(nèi)，在無催化劑作用下，氨或尿素等氨基還原劑可選擇性地還原煙氣中的 NOx，基本上不與煙氣中的 O2 南京凱盛 重慶秀山西南水泥有限公司 脫硝工程可研報告 18 反應(yīng)，主要反應(yīng)為： (1) 氨為還原劑： 4NH3+4NO+ O2→ 4N2+6H2O (2) 尿素為還原劑： CO(NH2)2+NO +1/2O2→2N 2+CO2+H2O 當(dāng)溫度過高時，超過反應(yīng)溫度窗口時，氨就會被氧化 ： 4NH3+5O2→ 4NO+6H2O。 通過 對氨氣和 NO 及空氣中的 O2的化學(xué)反應(yīng)的不同化學(xué)反應(yīng)活化能來選擇合理的溫度窗范圍，可抑制對 NH3與氧氣反應(yīng)，從而提高了還原劑的利用效率。SNCR 的還原劑一般為液氨、氨水或尿素等。 選擇性非催化還原技術(shù)的反應(yīng)機(jī)理 SNCR 的反應(yīng)機(jī)理是及其復(fù)雜的，目前尚沒有完全了解清楚，但大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為可以用右圖描述的反應(yīng)歷程來說明 Nhi 基團(tuán)的反應(yīng)。 Nhi 基團(tuán)只對 NO 起作用，在不同的反應(yīng)條件下，各反應(yīng)具有不同的反應(yīng)速率，因此體現(xiàn)在整體上表現(xiàn)為溫度對脫硝效率的明顯影響。目前通常認(rèn)為在 900℃ 附近，脫除效果最顯著，在工業(yè)應(yīng)用上，采用 850～ 1100℃ 均可以獲得較理想的處置效果。 SNCR與 SCR 混合型技術(shù) 混合 SNCRSCR 工藝常用于電廠脫硝，具有兩個反應(yīng)區(qū)，通過布置在鍋爐爐墻上的噴射系統(tǒng)，首先將還原劑噴入第一個反應(yīng)區(qū) ——— 爐膛，在高溫下，還原劑與煙氣中 NOx 發(fā)生非催化還原反應(yīng)，實現(xiàn)初步脫氮。然后，未反應(yīng)完的還原劑進(jìn)入混合工藝的第二個反應(yīng)區(qū) ——— 反應(yīng)器，進(jìn)一步脫氮?；旌?SNCRSCR工藝最主要的改進(jìn)就是省去了 SCR 設(shè)置在煙道里的復(fù)雜 AIG(氨噴射 )系統(tǒng)，并減少了催化劑的用量 還原劑可使用 NH3或尿素，反應(yīng)溫度前段為 900～ 1100℃ ，后段為 320～ 400℃ ，后段加裝少量催化劑 (成分主要為 TiO V2O WO3)；脫硝效率為 40%～ 70%； SO2氧化較 SCR 低， NH3逃逸體積分?jǐn)?shù)為 5106～ 10106。雖然該混合技術(shù)脫氮效率高，催化劑使用量較 SCR 用量少，但是和 SCR 技術(shù)一樣 操作溫度窗口和含塵量的特殊要求，在國 內(nèi) 外水泥生產(chǎn)線上極少使用 。 南京凱盛 重慶秀山西南水泥有限公司 脫硝工程可研報告 19 對比表 表 空氣分級燃燒和燃料分級燃燒 比較 技術(shù)名稱 投資 效率 工程量 工期 對 熟料 產(chǎn)量影響 空氣分級燃燒 一般 10%左右 一般 一般 基本 沒有 燃料 分級燃燒 中等 20%～ 30% 中等 中等 根據(jù)各廠情況不同，有個別的還會提高熟料產(chǎn)量 結(jié)合對兩種分級燃燒技術(shù)的對比，結(jié)合秀山西南水泥有限公司 2500 噸生產(chǎn)線的情況，為了以后能夠節(jié)省運行成本，在此決定采用燃料分級燃燒技術(shù)。 表 水泥行業(yè)各種低 NOX 技術(shù)指標(biāo)比較 工藝技術(shù)名稱 效率（ %） 理論排放值 (mg/Nm3,10%O2) 低 NOX 燃燒器 0～ 5 800 分級燃燒 10～ 30 500～ 800 選擇性非催化還原技術(shù)（ SNCR） 60～ 80 200～ 500 選擇性催化還原技術(shù)（ SCR） 80～ 90 150～ 300 表 水泥窯低 NOX 技術(shù)投資比較 技術(shù)名稱 可行性 效率 (%) 費用 熟料質(zhì)量 低 NOX 燃燒器 高 0～ 5 低廉 不變 分級燃燒 高 10～ 30 低廉 不變 選 擇 性 非 催 化 還 原 技 術(shù)（ SNCR） 中等 60～ 80 中等 不變 選擇性催化還原技術(shù)（ SCR） 低 80～ 90 昂貴 不變 燃煤 分級燃燒技術(shù)可實現(xiàn)脫硝效率達(dá)到 20%30%之間。其突出優(yōu)點在于僅通過燃燒組織過程的調(diào)整，不增加水泥窯系統(tǒng)的運行成本即可實現(xiàn)系統(tǒng) 氮氧化物排放的顯著下降，但是單獨使用并不能滿足環(huán)保要求。因此在大多數(shù)場合下，只 南京凱盛 重慶秀山西南水泥有限公司 脫硝工程可研報告 20 可作為前置脫硝技術(shù)手段以降低系統(tǒng)脫硝運行的成本。 設(shè)計時 燃煤 分級燃燒 效率按照最低 20%進(jìn)行設(shè)計 ， 燃煤 分級燃燒的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析見下表 。 表 本項目 2500t/d 生產(chǎn)線 分級燃燒技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析表 設(shè)計效率 20%濃度氨水耗量 t/a 上分級燃燒節(jié)省 20%濃度氨水（ t/a） 上分級燃燒節(jié)省氨水費用（萬元 /年） 上分級燃燒每噸熟料節(jié)省成本（元 /噸熟料） 未上分級燃燒技術(shù) / （ 按 800元 /噸計） 上分級燃燒技術(shù) 20% 單獨 采用燃煤分級燃燒技術(shù)脫硝脫硝效率不能滿足環(huán)保要求，優(yōu)點是沒有運行成本，顧還需要結(jié)合其他脫硝技術(shù)一起使用。 與其它脫硝技術(shù)相比， SNCR 技術(shù)具有以下優(yōu)點： 脫硝效果令人滿意： SNCR 技術(shù)應(yīng)用在大型煤粉燃燒設(shè)備上，長期現(xiàn)場應(yīng)用得出， NOx 的經(jīng)濟(jì)脫除率一般能夠達(dá)到 60％左右。 還原劑多樣易得： SNCR 技術(shù)中脫除 NOx 的還原劑一般都是含氮的物質(zhì)，包括氨、尿素、氰尿酸和各種銨鹽（醋酸銨、碳酸氫銨、氯化銨、草酸銨、檸檬酸銨等）。但效果最 好，實際應(yīng)用最廣泛的是氨和尿素。 無二次污染： SNCR 技術(shù)是一項清潔的技術(shù)，沒有任何固體或液體的污染物或副產(chǎn)物生成，無二次污染。 經(jīng)濟(jì)性好：由于 SNCR 的反應(yīng)是靠高溫驅(qū)動的，不需要昂貴的催化劑系統(tǒng)，因此投資成本和運行成本較低。 系統(tǒng)簡單、施工時間短： SNCR 技術(shù)最主要的系統(tǒng)就是還原劑的儲存系統(tǒng)和噴射系統(tǒng)，主要設(shè)備有儲罐、泵、噴槍和必要的管路、測控設(shè)備。由于設(shè)備簡單，SNCR 技術(shù)的安裝期短，僅需 3 天左右停爐時間，小修期間即可完成爐膛施工。 SNCR 技術(shù)不需要對燃燒設(shè)備和受熱面進(jìn)行改動，也不需要改變?nèi)紵O(shè)備的常 規(guī)運行方式，對燃燒設(shè)備的主要運行參數(shù)也不會有顯著影響。 根據(jù)上述綜合分析，低 NOx 燃燒器目前在國內(nèi)已經(jīng)有廣泛應(yīng)用，但其效果受窯工況影響較大，一般 NOx 的排放濃度不能達(dá)到預(yù)期效果或效果不明顯。 （ 1） 燃煤 分級燃燒技術(shù)可實現(xiàn)脫硝效率達(dá)到 2030%之間。其突出優(yōu)點在于 南京凱盛