【正文】 的監(jiān)測(cè)結(jié)果 根據(jù)瀘州賽德水泥有限公司提供生產(chǎn)線的 NOx 資料，該公司的氮氧化物排放水平在預(yù)熱器出口處～ 950mg/Nm3(%O2),C1 出口煙氣量 約40 萬(wàn)（標(biāo)況風(fēng)量）（ Nm3/h)。無(wú)煙煤工業(yè)分析見下表： Mad Aad Vad Fcad (kJ/kg) 瀘州賽德水泥有限公司 4600t/d熟料新型干法水泥生產(chǎn)線 SNCR脫硝系統(tǒng)工程 可行性研究報(bào)告 成都建筑材料工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司 10 第 三 章 脫硝工藝方案選擇 水泥生產(chǎn)線的工藝原理 水泥生產(chǎn)原理和方法 水泥生產(chǎn)工藝，以石灰石、砂巖、頁(yè)巖、鐵粉為主要原料，經(jīng)破碎、配料、磨細(xì)制成生料、喂入水泥窯中煅燒成熟料，加入適量石膏以及混合材磨細(xì)制成水泥。水泥的特性必須符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的細(xì)度、凝結(jié)時(shí)間、安定性、強(qiáng)度、比重、水化熱、抗?jié)B性、抗凍性、脹縮性、耐熱性和耐蝕性等指標(biāo)。 水泥工業(yè)的一般工藝描述 水泥生產(chǎn)一般工藝簡(jiǎn)圖如下： 瀘州賽德水泥有限公司 4600t/d熟料新型干法水泥生產(chǎn)線 SNCR脫硝系統(tǒng)工程 可行性研究報(bào)告 成都建筑材料工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司 11 瀘州賽德水泥有限公司 4600t/d熟料新型干法水泥生產(chǎn)線 SNCR脫硝系統(tǒng)工程 可行性研究報(bào)告 成都建筑材料工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司 12 水泥工業(yè)氮氧化合物形成機(jī)理 氮氧化合物 NOx 是 NO、 NO2和 N2O 等的總稱，水泥窯 NOx 排放的主要成分是 NO 和 NO2，其中 NO 占氮氧化合物總量的 95%左右 ， NO2大約為 5%左右。熱力型 NOx 主要是溫度高于 1500℃時(shí)，空氣中的 N2 和O2反應(yīng)而生成的。燃料型 NOx 是燃料和原料中的氮氧化而生成的，煤中氮主要以有機(jī)形態(tài)存在，氮含量約為 %～ %，原料在氮含量主要以 NH4+形式存在于有機(jī)組分中，生料中的 NH4+含量約為80～ 200g/t。分解爐主要完成生料的分解過(guò)程，分解后的產(chǎn)物進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯，進(jìn)行高溫煅燒，形成熟料?；剞D(zhuǎn)窯內(nèi)主要是煅燒時(shí)物料的熔融和重結(jié)晶的過(guò)程，物料溫度必須超過(guò) 1400℃，因此通常水泥窯燃燒器形成的火焰溫度控制在 18002200℃之間，這樣在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)熱力型 NOx 和燃料型 NOx 均有較多的形成比例，其中尤以熱力 NOx 為主。而且分解爐內(nèi)的粉塵濃度高達(dá) 1000g/Nm3 以上。 影響水泥回轉(zhuǎn)窯 NOx 生成量的因素 (1) 過(guò)剩空氣系數(shù)的影響 同濟(jì)大學(xué)朱彤等人通過(guò)數(shù)值計(jì)算，證明在不同的過(guò)?？諝庀禂?shù)下，NOx 生成量也不同。當(dāng)過(guò)?？諝庀禂?shù)小于 時(shí)，會(huì)造成不完全燃燒，燃料的熱量 不能全部釋放出來(lái)，產(chǎn)生大量的 CO，而 CO 會(huì)還原所生成的 NOx，所以此時(shí) NOx 排放很瀘州賽德水泥有限公司 4600t/d熟料新型干法水泥生產(chǎn)線 SNCR脫硝系統(tǒng)工程 可行性研究報(bào)告 成都建筑材料工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司 13 少。 見下圖： (2) 燒成溫度的影響 回轉(zhuǎn)窯主燃燒器火焰溫度高達(dá) 1600～ 2021℃，這種量級(jí)的火焰溫度會(huì)促使熱力型NOx 大量生成。工藝上往往把窯尾 NOx(或 C1 出口 NOx)作為反映回轉(zhuǎn)窯內(nèi)燒成溫度的重要指標(biāo)，具體關(guān)系 如下圖 ： (3) 火焰形狀的影響 根據(jù)定性判斷，火焰拉長(zhǎng)將降低高溫點(diǎn)溫度，減少熱力型 NOx，但過(guò)長(zhǎng)的火焰會(huì)降低高溫區(qū)燒成帶溫度，影響熟料質(zhì)量。 (4) 廢氣在窯內(nèi)停留時(shí)間 在熱能流量相同的條件下，窯截面空氣流量越大，燃燒氣體在高溫區(qū)停留的時(shí)間越短，形成的 NOx 量越少，因此縮短料氣在燃燒器出口端附近高溫區(qū)停留時(shí)間，可以減 少 N2和 O2反應(yīng)機(jī)率，從而降低 NOx 的生成率。 (1) 加強(qiáng)原燃料的管理，加強(qiáng)原燃料的均化效果，合理控制生料、煤粉的細(xì)度，提高生料的易燒性，降低煤耗，相關(guān)實(shí)驗(yàn)表明，提高生料的易燒性，降低煤耗可以降低 NOx。 (3) 降低燒成帶溫度可有效降低熱力型 NOx 的生成量，因此可以通過(guò)加入混合材或礦化劑，調(diào)整配料等方法減少熱力型 NOx 的生成量，降低 NOx 生成量約為 5%～ 15%，氟化物礦化劑的加入有可能存在氟污染，造成二次污染，因此礦化劑不具有普遍適用性，所以可以通過(guò)加入混合材，調(diào)整配料等方法減少熱力型 NOx 的生成量。這一類燃燒器主要有：丹麥?zhǔn)访芩沟?Centrax 型、雙調(diào)縮節(jié)伸縮式 Duoflex型燃燒器，法國(guó)皮拉得公司 Rotaflam 型燃燒器、德國(guó) KDH 公司的PYROJET 型燃燒器，使用低氮燃燒器對(duì)于不同水泥廠的 NOx 減排效果一般在 5%～ 30%。分解爐內(nèi)煤粉燃燒溫度為 8501100℃，分解爐分級(jí)燃燒技術(shù)有自身的特殊性，對(duì)于一個(gè)傳統(tǒng)的分解爐來(lái)說(shuō)，一般認(rèn)為燃料 中的氮約有 50%被轉(zhuǎn)化形成燃料型氮氧化物，當(dāng)分解爐內(nèi)某一區(qū)域沒有充足的氧氣燃燒時(shí)就會(huì)產(chǎn)生 HCN、 NH CO，把已生成的 NOx 還原成N2。分解爐有很大的調(diào)節(jié)性，可以處置回轉(zhuǎn)窯內(nèi)產(chǎn)生的大部分 NOx，同時(shí)可以和生料分解的熱力要求結(jié)合起來(lái)，使水泥的生產(chǎn)過(guò)程和氮氧化物的降低有機(jī)結(jié)合。在窯爐的進(jìn)料端點(diǎn)燃燃料，并保持還原性氣氛，就可以減低在窯內(nèi)燃燒帶中形成的 NOx； 通過(guò)調(diào)整燃燒空氣量，使得燃燒燃料最初是在還原性氣氛中燃燒，以降低 NOx 的生成，然后再在氧化氣氛中完全燃燒；通過(guò)控制生料的加入量來(lái)調(diào)節(jié)燃燒溫度；引入三次風(fēng)來(lái)調(diào)整燃燒器中還原性氣氛，使其達(dá)到適宜的還原氣氛，采用這種方式的分級(jí)燃燒技術(shù)可降低熱力型和燃料型 NOx。 但是理論研究和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)表明，回轉(zhuǎn)窯中無(wú)論 采取何種工藝措施來(lái)降低 NOx 的排放，仍有相當(dāng)數(shù)量 NOx 生成，所以我們還須采取強(qiáng)制型脫硝方案。 選擇性非催化還原技術(shù)（ SNCR）是一種對(duì)燃料燃燒后含 NOx 煙氣進(jìn)行的脫硝技術(shù)，在沒有催化劑的情況下，在一定的溫度范圍內(nèi)向煙氣中噴入一定量的還原劑， (如氨水，碳?xì)浠衔锏?)，把煙氣中的氮氧化物還原成氮?dú)猓瑢?shí)踐證明，向窯尾高溫廢氣中噴氨是最有效的 NOx 減排技術(shù)之一。瀘州賽德水泥有限公司 4600t/d熟料新型干法水泥生產(chǎn)線 SNCR脫硝系統(tǒng)工程 可行性研究報(bào)告 成都建筑材料工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司 16 以 NH3做還原劑時(shí)，金屬氧化物（如 V2O MnO2等）是最常用的 SCR 工業(yè)催化劑。 SNCR－ SCR 復(fù)合技術(shù)是 SNCR 與 SCR 相接合的技術(shù)。 采用 NH3作為還原劑，在溫度為 850℃～ 1100℃的范圍內(nèi)，還原 NOx的化學(xué)反應(yīng)方程式主要為： 4NH3 + 4NO + O2 → 4N2 + 6H2O 4NH3 + 2NO + 2O2 → 3N2 + 6H2O 8NH3 + 6NO2 → 7N2 + 12H2O 而采用尿素作為還原劑還原 NOx 的主要化學(xué)反應(yīng)為： 2NO + (NH2)2CO 十 (1/2)02=2N2十 2H20+C02 SNCR 還原 NO 的反應(yīng)對(duì)于溫度條件非常敏感，分解爐噴入點(diǎn)的選擇，也就是所謂的溫度視窗的選擇，是 SNCR 還原 NO 效率高低的關(guān)鍵。當(dāng)反應(yīng)溫度低于溫度視窗時(shí)，由于停留時(shí)間的限制，往往使化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的程度較低反應(yīng)不夠徹底，從而造成 NO 的還原率較低，同時(shí)未參與反應(yīng)的 NH3增加氨氣的逃逸率。所以，SNCR 法還原 NO 的過(guò)程是上述兩類反應(yīng)相互競(jìng)爭(zhēng)、共同作用的結(jié)果。 無(wú)論氨或尿素，皆必須噴射于 850℃～ 1100℃之溫度范圍內(nèi)，才能使氮氧化物還原為氮?dú)?(N2) 瀘州賽德水泥有限公司 4600t/d熟料新型干法水泥生產(chǎn)線 SNCR脫硝系統(tǒng)工程 可行性研究報(bào)告 成都建筑材料工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司 17 (2) SCR 脫硝原理 在預(yù)熱器出口的管道上把煙氣（約 350℃）引入 SCR 反應(yīng)器，在管道上加入還原劑尿素 [CO(NH2)2]或氨水 (NH4OH)，氮氧化物在催化劑作用下被氨還原為無(wú)害的氮?dú)夂退? 4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O 4NH3 + 2NO2 + O2 → 3N2 + 6H2O NO2 + NO + 2NH3 → 2N2 + 3H2O (3) 三種煙氣脫硝技術(shù)的比較 見下表： 脫硝技術(shù) SNCR SCR SNCR/SCR混合型 還原劑 氨水、液氨、尿素 氨水、液氨、尿素 氨水、液氨、尿素 反應(yīng)溫度區(qū) 85011000C 3204000C 前段： 85011000C 后段： 3204000C 催化劑類型 不使用催化劑 TIO V2O WO3等重金屬氧化物 后段加裝少量 TIO V2OWO3等 催化壽命 不使用催化劑 2021024000h 2021024000h 脫硝效率 最高可達(dá) 8088% 最高可達(dá) 95% 最高可達(dá) 95% 對(duì)系統(tǒng)通風(fēng)的影響 基本不影響 增加系統(tǒng)阻力 6001000pa 增加系統(tǒng)阻力 400800pa 運(yùn)行成本 最低 比 SNCR高 80120% 比 SNCR高 4080% 主要成本 還原劑消耗、霧化介質(zhì)消耗 催化劑消耗、還原劑消耗、霧化介質(zhì)消耗 催化劑消耗、還原劑消耗、霧化介質(zhì)消耗 占地空間 需要還原劑制備系統(tǒng)占地 催化劑再生及催化劑反應(yīng)、還原劑制備系統(tǒng)需要空間 大 催化反應(yīng)占地略小占地中等 投資額度 約相當(dāng)于 SCR 系統(tǒng)投資的2530% 投資較高 約相當(dāng)于 SCR 系統(tǒng)投資的5060% 脫硝水平 150500mg/Nm3(10%O2） 100500mg/Nm3(10%O2） 100500mg/Nm3(10%O2） 經(jīng)濟(jì)脫硝運(yùn)行水平 水泥行業(yè)煙氣脫硝以SNCR為主 大型火力發(fā)電為主，水泥廠采用少 尚沒有成功案例工程 SNCR 煙氣脫硝技術(shù)具有經(jīng)濟(jì)實(shí)用的特點(diǎn)，雖然受到反應(yīng)溫度、混合等因素的制約。因此 ， 我們推薦水泥廠選擇選擇性非催化還原技術(shù)（ SNCR）。 尿素 SNCR 系統(tǒng)和氨水 SNCR 系統(tǒng)，還原劑噴射至爐膛后的示意圖： 尿素溶液與氨水溶液爐膛內(nèi)噴射示意圖 瀘州賽德水泥有限公司 4600t/d熟料新型干法水泥生產(chǎn)線 SNCR脫硝系統(tǒng)工程 可行性研究報(bào)告 成都建筑材料工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司 19 圖中給出了尿素溶液與氨水溶液噴入爐膛內(nèi)的示意圖。而氨水溶液則是水與氨充分混合，反應(yīng)更加直接，氨水溶液噴入爐膛的一瞬間還原反應(yīng)就會(huì)開始。當(dāng)煙氣溫度較低的時(shí)候，尿素所需要的停留時(shí)間很難得到滿足，影響系統(tǒng)脫硝效率及增加氨逃逸。 900℃工況下尿素與氨水的脫硝效率對(duì)比圖 圖中的橫坐標(biāo)是氨氮摩爾比，縱坐標(biāo)是氮氧化 合物脫除效率。要達(dá)到更高的效率，就要提高氨氮比，這樣瀘州賽德水泥有限公司 4600t/d熟料新型干法水泥生產(chǎn)線 SNCR脫硝系統(tǒng)工程 可行性研究報(bào)告 成都建筑材料工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司 20 氨的逃逸率也隨之增加。 綜上所述，選擇性非催化還原技術(shù)（ SNCR）以氨水為還原劑較合理，因?yàn)橐喊卑踩婪酪蠛芨?，我們一般較難實(shí)現(xiàn)，而氨水與尿素相比，雖然其仍需安全防護(hù)，但他有操作方便、占地面積少、脫硝效率高、運(yùn)行成本較低的優(yōu)點(diǎn)，所以我們建議以氨水為還原劑，氨水的常用濃度有17%、 20%、 25%,濃度高，效率高，所需的氨水少。因此 ， 在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的 NOx 排放量計(jì)算方法下，采用廢氣總管的實(shí)測(cè)資 料作為評(píng)估生產(chǎn)線氮氧化物排放指標(biāo)可滿足工程應(yīng)用精度要求。 氧化物排放水平在預(yù)熱器出口處～ 950mg/Nm3(%O2)， C1 出口煙氣量 約 40 萬(wàn)（標(biāo)況風(fēng)量）（ Nm3/h)，以實(shí)測(cè)為準(zhǔn)。進(jìn)行脫硝技術(shù)改造勢(shì)在必行。滿足現(xiàn)有排放標(biāo)準(zhǔn)。 我公司投入了大量的人力、物力、資源，開發(fā)降低自己水泥窯氮氧化物排放技術(shù)及成套設(shè)備，取得了良好效果，瀘州賽德水泥有限公司降低氮氧化物排放的技術(shù)方案是：選擇性非催化還原技術(shù)（ SNCR）。降低氮 氧化物排放措施見下表 ： 瀘州賽德水泥有限公司 4600t/d熟料新型干法水泥生產(chǎn)線 SNCR脫硝系統(tǒng)工程 可行性研究報(bào)告 成都建筑材料工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司 22 主要措施 排放水平 減排比例 mgNOx/(Nm3,10%O2) 初始排放濃度 950 選擇性非催化還原技術(shù) 400 60% 選擇性非催化還原技術(shù) 300 70% SNCR 技術(shù)方案 (1) 技術(shù)方案介紹 氨水運(yùn)輸?shù)綇S后卸入儲(chǔ)存系統(tǒng)，經(jīng)調(diào)配后，通過(guò)泵送入霧化控制系統(tǒng)，按照霧化控制要求比例調(diào)節(jié)霧化分散介質(zhì)，通過(guò)各霧化噴槍的壓力、流量的調(diào)配保證還原劑在于預(yù)分解系統(tǒng)的良好分散。在噴射位置選擇及噴槍的布置方式上，首先要滿足脫硝反應(yīng)的溫度要求，同時(shí)也必須兼顧與分解系統(tǒng)燃料燃燒的影響以及氮氧化物還原區(qū)域內(nèi)流場(chǎng)分布對(duì)霧化分散效果的直接作用，通過(guò)優(yōu)化噴槍的空間布置關(guān)系，并保證噴入還原劑在高溫條件的足夠反應(yīng)時(shí)間，提升脫硝的反應(yīng)進(jìn)行程度，實(shí)現(xiàn)脫硝成本的經(jīng)濟(jì)化配置。 SNCR 系統(tǒng)主要指令自變量是流量、噴射系統(tǒng)壓力等指標(biāo)。 (2) SNCR 的主要設(shè)備表 設(shè)備清單（以 20%/25%氨水為還原劑的 SNCR 系統(tǒng)） 見下表： 序號(hào) 工程規(guī)范 單位 數(shù)量 備注 以 20%氨水為還原劑 SNCR系統(tǒng) 一 主體設(shè)備 1 氨水輸送泵 臺(tái) 1 材質(zhì) : SUS304