水泥熟料生产线脱硝工程可行性研究报告.doc

2500t d 水泥熟料生产线脱硝工程水泥熟料生产线脱硝工程 可行性研究报告可行性研究报告 目目 录录 1 总 总 论论 1 1 1 项目背景 1 1 2 项目相关单位情况 3 1 3 工程实施原则及执行标准 4 2 工程概况 工程概况 6 2 1 厂址条件及自然条件 6 3 脱硝工艺方案选择 脱硝工艺方案选择 7 3 1 水泥生产线的工艺原理 7 3 2 NOX控制技术概述 10 3 3 SNCR 烟气脱硝技术 13 3 4 脱硝工艺选择 16 4 脱硝工程方案 脱硝工程方案 18 4 1 生产线本底 NOX排放浓度 18 4 2 本项目的脱硝技术方案 18 4 3 几种脱硝还原剂技术经济比选 23 5 性能保证 性能保证 24 6 环境影响 环境效益与社会效益 环境影响 环境效益与社会效益 25 6 1 环境安全三废情况 25 6 2 环境效益 25 6 3 社会效益 26 7 项目实施的风险分析项目实施的风险分析 27 8 劳动卫生安全 劳动卫生安全 28 8 1 职业危险 危害因素分析 28 8 2 对各种危害因素采取的主要防范措施及预期效果 28 8 3 安全生产制度 29 9 建设计划 建设计划 30 9 1 建设周期及实施进度 30 9 2 设计 施工及安装 30 9 3 现场调试及运转 30 10 主要结论 主要结论 31 11 附图 附图 31 X X 1 1 总 总 论论 1 1 项目背景 1 1 1 氮氧化物 NOX 氮氧化物是一氧化二氮 N2O 一氧化氮 NO 三氧化二氮 N2O3 二氧化氮 NO2 四氧化二氮 N2O4 五氧化二氮 N2O5 等氮和氧相结合的各种形式的化合物总称简称 NOX 属于 温室气体 绝大部分氮氧化物对人体有危害 主要表现在对眼睛和上 呼吸道粘膜刺激较轻 主要侵入呼吸道深部的细支气管及肺泡 当氮 氧化物进入肺泡后 因肺泡的表面湿度增加 反应加快 在肺泡内约 可阻留 80 一部分变为四氧化二氮 四氧化二氮与二氧化氮均能与 呼吸道粘膜的水分作用生成亚硝酸与硝酸 对肺组织产生强烈的刺激 及腐蚀作用 从而增加毛细血管及肺泡壁的通透性 引起肺水肿 亚 硝酸盐进入血液后还可引起血管扩张 血压下降 并可与血红蛋白作 用生成高铁血红蛋白 引起组织缺氧 高浓度的一氧化氮亦可使血液 中的氧和血红蛋白变为高铁血红蛋白 引起组织缺氧 因此 在一般 情况下当污染以二氧化氮为主时 对肺的损害比较明显 严重时可出 现以肺水肿为主的病变 而当混合气体中有大量一氧化氮时 高铁血 红蛋白的形成就占优势 此时中毒发展迅速 出现高铁血红蛋白症和 中枢神经损害症状 1 1 2 氮氧化物 NOX 国际关注 国际上自 1995 年以来 二氧化硫 氮氧化物 汞 细颗粒物污染 控制技术与管理国际交流会 会议已经连续成功举办 14 届 第 14 届 SO2 NOX Hg PM2 5 污染控制技术国际交流会于 2010 年 5 月 5 日 7 日上海召开 会议以合作共赢和谐发展为主题 围绕国家减排战 略和经济复苏政策下的工业烟气及废气环保市场和谐发展而精心组织 旨在推进电力 钢铁 有色冶金 石油化工 建材等行业二氧化硫 氮氧化物 可吸入颗粒物综合治理 加强国际交流与合作 2005 年 权威科学杂志 自然 上刊登了一篇关于 NO2的论文 文中的全球卫星遥感图显示 中国东部 NO2浓度值增加量明显高于其 他地区 尤其是在华北 长三角和珠三角地区 而北京到上海之间的 工业密集地区成为世界上对流层 NO2污染较为严重的地区 中国东部 和珠江三角洲存在大面积的 NO2污染 且大气 NO2总负荷仍呈快速增 长的趋势 大气中氮氧化物浓度增长 造成了氮沉降量的增加 根据酸雨监 测数据 降水中 NO3 与 SO42 当量浓度比值多年以来呈上升趋势 NO3 与 SO42 当量浓度比值增大 表明氮氧化物对酸性降水的贡献在 X X 2 增大 我国酸雨正在由硫酸型酸雨向硫酸 硝酸复合型过渡 同时 氮 沉降产生更多的硝酸根和氮的氧化物 使土壤酸化 使水酸化和富营 养化 氮氧化物的持续增加 还会加速细微颗粒物和二次气溶胶的形成 氮氧化物是光化学污染的前体物之一 在阳光照射下 NO2和 VOCs 挥发性有机化合物 经由一连串的光化学反应生成臭氧和甲醛 乙醛等多种二次污染物 导致大气氧化性增强 并形成光化学烟雾 对大气环境和人体健康造成危害 在我国一些人口密集 经济发达和 机动车保有量大的城市 已经发现发生光化学污染的趋势 尤其是在 北京 广州 上海等特大城市已经监测到了光化学污染的发生 因此 减少大气中的氮氧化物对于保护生态 保持人们身体健康 起到重要作用 而减排氮氧化物就是保护环境 改善民生的重大举措 分析表明 由于很少采取 NOX 排放控制措施 目前中国各种燃烧 设备的 NOX 排放因子与欧 美等发达国家相比仍处于较高的水平上 早在 2000 年中国 NOX 排放量约 77 万吨 据推算 到 2020 年和 2030 年 NOX 排放量将达到 2363 2914 万吨和 3154 4296 万吨 成为世 界 NOX排放大国 中国 NOX排放的燃料 部门及地区分布极不均衡 大约 63 的 NOX排放源于燃煤 火力发电 交通运输和工业部门的 贡献率分别为 35 8 和 43 3 21 3 和 31 6 30 9 和 13 8 80 左右 NOX排放集中在中东部省区 排放强度最大的地区 是上海 因此 制定日趋严格的 NOX排放标准 促使先进的低 NOX 燃烧技术 可靠的烟气脱除 NOX是控制中国 NOX排放增长的必然选 择 1 1 3 水泥行业氮氧化物 NO 情况 目前 我国拥有水泥企业近 5000 家 产量已连续多年位居世界首 位 2010 年全国累计水泥总产量 18 7 亿吨 其中 新型干法水泥比重 达到 80 来自国家发改委的数据显示 截至 2010 年年底 采用国 内技术和装备建设的新型干法水泥生产线已经达 1300 多条 日产 4000 吨 5000 吨水泥生产线占 60 左右 总计 800 多条生产线 回转窑是新型干法水泥物料烧成的关键技术装备 也是水泥行业 氮氧化物排放的主要来源 水泥行业中 煅烧水泥熟料时生成一氧化 氮的途径主要有热力氮氧化物 瞬发氮氧化物 燃料氮氧化物和生料 氮氧化物 4 种 在回转窑产生的废气中 二氧化氮一般仅占氮氧化物 总量的 5 以下 一氧化氮则占总量的 95 以上 目前主要 NO 排放的三大行业 火力发电汽车水泥全国 NO 排放总量 X X 3 装机 NOxNOx 产量 NOx 年度GW万吨万辆万吨亿吨万吨万吨 19951652651040484 75621000 20002904631802815 97771177 2005384530316010910 51361820 2010593550700021713 51751680 水泥行业在全国各行业中全国 NOX排放总量排在第三位 约占全 各行业的 10 左右 在总量减排中占有很大比例 根据 2010 年对多家水泥企业的调研 水泥厂的大气污染物粉尘基 本上得到了控制 但是氮氧化物已成为主要废气污染源 比如 对于 每条 5000t d 的熟料新型干法水泥生产线而言 企业每年需缴纳排污 费 90 万 100 万元 其中 氮氧化物排污费约占 85 即每年氮氧化 物排污费 76 万 85 万元 氮氧化物排放量已被国家列入 十二五 规划的控制性目标 要求 2015 年氮氧化物排放总量比 2010 年下降 10 工业和信息化部发布的 水泥行业准入条件 工原 2010 第 127 号文件 中也提到 对水泥行业大气污染物实行总量控制 新建或改 扩建水泥 熟料 生产线项目须配置脱除 NOX效率不低于 60 的烟气 脱硝装置 GB4915 2004 水泥工业大气污染物排放标准 水泥窑 NOX排放量应小于 800mg Nm3 折算为 NO2 以 10 氧含量为基准 GB50259 2008 水泥厂设计规范规定 水泥厂焚烧废弃物 NOX排放量 应小于 500mg Nm3 折算为 NO2 以 10 氧含量为基准 十二五 期间 水泥行业新型干法窑推行低氮燃烧技术和烟气脱 硝示范工程建设 并逐步推广 可以将规模大于 2000 吨熟料 日的新 型干法水泥窑作为 十二五 改造重点 综合脱硝效率应达到 60 1 2项目相关单位情况项目相关单位情况 项目建设单位为 XX 水泥有限公司 以下简称 XX XX 日产 2500 吨熟料新型干法水泥生产线是立足 X 丰富环境与资 源和促进煤电工业固体废弃物 粉煤灰资源化利用的循环经济项目 具有生产水泥得天独厚的资源优势 项目于 2009 年 5 月开工至 2009 年 10 月完成厂区 三通一平 2010 年 3 月引进山东山水集团共同投资新建一条日产 2500 吨新型干 法水泥熟料生产线 工程总投资 3 5 亿人民币 采用目前世界上水泥 生产最先进的悬浮余热热窑外预分解技术 整体工程包括 一条 2500 吨熟料生产线 一条年产 115 万吨水泥粉磨站 一座 6MW 纯低温余 热发电站 项目全部建设工期为 12 个月 2010 年 4 月开工建设以来 X X 4 已陆续完成厂内道路施工 基础处理施工 并进入主题工程施工阶段 完成主机订货率 100 辅机订货率 95 安装单位已经进场做施工 准备 目前 已经完成固定资产投资 1 1 亿元 2010 年底计划完成固 定资产投资 2 6 亿元 建成投产后 可年生产优质水泥熟料 80 万吨 各型号新型干法水 泥 115 万吨 余热发电 6MW 年销售收入约 0 8 亿元 上交利税约 0 8 亿元 需用管理人员和工人月 300 余人 当地运输业车辆 200 余辆 具有良好发展前途和经济社会效益 1 2 1项目名称 项目名称 XX水泥有限公司2500t d水泥熟料生产线脱硝工程 1 2 2项目建设地点 建设地点 山西省X县沙泉乡双神堂村西北0 7 km X水泥有限公 司2500t d水泥熟料生产线厂区 1 2 3项目建设内容 建设内容 本项目建设内容为XX水泥有限公司已建成的2500t d水 泥熟料生产线降低氮氧化物排放系统 采用X集团有限公司的选择性 非催化还原技术降低氮氧化物排放 1 3 工程实施原则及执行标准 1 3 1 工程实施原则 1 严格执行国家和地方有关环境保护法规 确保达到稳定可靠的 氮氧化物减排效果 2 遵循 技术先进可靠 使用经济 运行稳定 的原则 3 技术线路明确 工艺布置合理 操作稳定可靠 系统抗冲击能 力强 4 在满足上述条件下做到低投资费用和低运行管理费用 1 3 2 执行标准 降低氮氧化物排放系统设计 制造 安装 调试 试验及检查 试运行 性能考核 最终交付中采用的资料 标准 规定及相关资料 的清单如下 标准 规定及相关资料 中华人民共和国环境保护法 中华人民共和国大气污染防治法 GB4915 2004 水泥工业大气污染物排放标准 GB3095 2012 环境空气质量标准 GB12348 2008 工业企业厂界环境噪声排放标准 GB20426 2006 煤炭工业污染物排放标准 GB0198 97 热工仪表及控制装置施工及验收规范 X X 5 GB50168 2006 电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范 GB50231 2009 机械设备安装工程施工及验收通用规范 GB50235 2010 工业金属管道工程施工及验收规范 GB50236 2011 现场设备工业管道焊接工程施工及验收规范 上述标准有矛盾时 按较高标准执行 工程联系文件 技术资料 图纸 计算 仪表刻度和文件中的计 量单位为国际计量单位 SI 制 X X 6 2 工程概况 工程概况 2 1 厂址条件及自然条件 2 1 1 厂址 本项目位于项目位于山西省临沂市 X 县沙泉乡双神堂村 2 1 2 供电条件 发包方负责提供一路 AC380 220V 250A 电源接入点 电源频率为 50 0 5HZ 2 1 3 工程地质及地震烈度 依据发包方提供的地质详勘及地震等级设计 由承包方进行确认 2 1 4 气象条件 拟建场地位于 X 县沙泉镇双神堂村西北部 地势南高北低 丘陵 起伏 由于流水切割 地表破碎 沟壑纵横 植被稀少 水土流失比 较严重 X 县气候干寒 年均气温 8 8 一月零下 9 七月 23 年降雨量 460 毫米 霜冻期为九月下旬至次年四月中 下旬 无霜期 150 天左右 2 1 5 成分资料 煤的工业分析 MadAadVadSt adQnet ad kJ kg 4 510 3031 530 3026105 X X 7 3 脱硝工艺方案选择 脱硝工艺方案选择 3 1 水泥生产线的工艺原理 3 1 1 水泥生产原理和方法 水泥的生产工艺 以石灰石和粘土为主要原料 经破碎 配料 磨细制成生料 喂入水泥窑中煅烧成熟料 加入适量石膏 有时还掺 加混合材料或外加剂 磨细而成 按用途及性能分为三大类 通用水 泥 专用水泥和特种水泥 水泥的性能必须符合国家标准规定的细 度 凝结时间 安定性 强度 比重 水化热 抗渗性 抗冻性 胀 缩性 耐热性和耐蚀性等指标 目前水泥制造以新型干法水泥生产工 艺为主要工艺 它以悬浮预热和预分解技术为核心 并把现代科学技 术如 矿山计算机控制网络化开采 原料预均化 生料均化 高效多 功能挤压粉磨新技术 新型机械粉体输送装置 新型耐热 耐磨 耐 火 隔热材料以及IT技术等广泛应用于水泥干法生产全过程 使水泥 生产具有高效 优质 节约资源 清洁生产 符合环境保护要求和工 艺装备大型化 生产控制自动化 实行科学管理 3 1 2 水泥工业的一般生产工艺描述 水泥生产一般工艺简图如下 X X 8 X X 9 3 1 3 水泥工业氮氧化物的形成特点 水泥生产过程中 回转窑和分解炉是两个主要的生产设备 分解 炉主要完成生料的分解过程 分解后的产物进入回转窑 进行高温煅 烧 形成水泥熟料 在整个水泥生产过程中 大约60 的煤粉进入分 解炉 炉内的温度一般在850 1000 范围内 在此温度下 基本可以 不考虑热力NOX的形成 主要是燃料NOX 回转窑内主要是煅烧时物 料的熔融和重结晶过程 物料温度必须超过1400 因此通常水泥窑 主燃烧器形成的火焰温度控制在1800 2200 之间 这样在回转窑内热 力NOX和燃料NOX均有较多的形成比例 其中尤以热力NOX为主 水泥生产过程中的氮氧化物产生位置示意图 区别于电厂锅炉 水泥厂分解炉内不但有煤粉燃烧 还有大量的 生料在进行碳酸钙分解 煤粉燃烧和碳酸钙分解互相耦合 互相制 X X 10 约 而且分解炉内的粉尘浓度高达1000g Nm3以上 如果用电厂的 SNCR脱硝技术直接应用 会引起分解炉工况制度的混乱 不但达不 到脱硝效果 而且会影响水泥的正常生产 3 2 NOX控制技术概述 3 2 1 水泥工业常用的脱硝技术 随着各项降低 NOX技术在水泥工业中应用 目前在国际水泥行业 较大规模推广应用的技术主要集中在低 NOX燃烧器 分级燃烧技术分 解炉和在选择性非催化还原技术等三项技术措施 水泥行业各种低 NOX燃烧 BAT 技术指标比较 工艺技术名称效率 理论排放值 mg Nm3 10 O2 火焰冷却0 40800 低 NOx 燃烧器0 30800 矿化剂10 15800 分级燃烧0 50500 1000 选择性非催化还原技术30 85200 500 选择性催化还原技术50 95150 500 水泥窑低 NOX技术应用效能的比较 技术名称可行性效率 费用熟料质量 优化燃烧气氛中等15 30低廉下降 低 NOX燃烧器高0 30低廉不变 分级燃烧高10 50低廉不变 选择性非催化还原技术中等50 85中等不变 选择性催化还原技术低70 90昂贵不变 3 2 2 技术方案选择 降低烧成温度的方法 可以通过调整配料 加矿化剂 窑头喷水 等方法降低窑内的最高温度以减少热力型 NOx 的形成 但从熟料和水 泥性能等方面考虑这类措施并非普遍适用 低 NOx 燃烧器目前在国内 已经有广泛应用 但其效果受窑工况影响较大 一般 NOx 的排放量不 能达到预期效果或效果不明显 SCR 法具有脱氮效率高的优势 在电 厂锅炉脱氮被广泛应用 但由于 SCR 操作温度窗口和含尘量的特殊要 X X 11 求 在国外水泥生产线上极少使用 而国内目前没有投运案例 主要 原因为 1 出 C1 的烟气通常用于余热发电 出余热发电系统的烟 气温度无法满足 SCR 的温度要求 2 窑尾框架周边基本上没有布 置 SCR 催化剂框架的空间 3 出 C1 的烟气中高浓度粉尘及其有 害元素易造成催化剂破损和失效 4 一次性投资大 烟气通过催化 剂的阻力增大了窑系统的阻力 5 催化剂每三年需要更换 运行成 本高 因此在欧洲投运的脱硝系统中 SNCR 系统数量大大高于 SCR 系 统 因此 X 集团有限公司根据水泥厂的原 燃料条件 设备情况和排 放要求不同 可以选择不同的 NOx 控制技术或者 NOx 控制技术相结 合的方法 根据 XX 水泥已运行的 2500t d 熟料生产线的实际情况 X 集团有限公司建议采用分级燃烧和 SNCR 法相结合的脱氮技术 3 2 3 水泥工业燃料分级燃烧技术 分解炉是水泥预分解生产工艺的重要装备 其承担了生料分解的 作用 分解炉内燃烧的燃料量占水泥熟料煅烧所需总燃料量的 60 分解炉与回转窑相连接 回转窑窑头燃料燃烧产生的烟气可以进入分 解炉 分解炉实施分级燃烧技术 采用燃料或助燃空气的分级加入 主要是先在进入分解炉的氧含量低的窑烟气中加入燃料 其不完全燃 烧 还原部分氮氧化物并抑制燃料氮的转化 由于不同的原子基团在 分解炉正常工作温度波动范围内对 NO 的还原能力不尽相同 通常认 为 CHi Hi HCCO 等中间基团对 NO 的还原能力要远远强于 CO 对 NO 的还原作用 因此选择合适的燃料类型对于分级燃烧的效果具有 明显的影响 相关的研究表明 采用分级燃烧技术降低 NOx的潜力 最重要的燃料参数是挥发分的含量 挥发分即是碳氧化合物 当燃料 加热时就会迅速被释放 并与 NO 反应生成氮气 挥发分高的燃料 例如褐煤和某些二次燃料一般都具有快速燃尽的活性剩余焦碳 在引 入分级燃烧技术过程中总可以取得很明显的效果 影响分解炉减少 NOx 潜力的最重要因素是空气过剩系数及还原区的气体停留时间 分 解炉内的温度 燃料特性以及气体和物料的混合情况等 目前 全世 界大约有近 300 条水泥熟料生产线采用低 NOx分解炉 其中新建设的 水泥熟料生产线中主要以采用 TDF 低 NOx TTF 低 NOx Pyroclon R low NOx炉等结构原理的分解炉为主 本公司在设计新的 水泥窑中 均设计融入分级燃烧技术 可实现脱硝效率达到 30 以 上 其突出优点在于仅通过燃烧组织过程的调整 不增加水泥窑系统 的运行成本即可实现系统氮氧化物排放的显著下降 因此在大多数场 合下 可作为前置脱硝技术手段以降低系统脱硝运行的成本 X X 12 3 2 4 水泥工业燃烧后烟气脱硝技术 水泥工业燃烧后脱硝工艺技术主要为 选择性非催化还原技术 SNCR 选择性催化还原技术 SCR 选择性还原混合技术 SNCR SCR 不同烟气脱硝技术的比较 脱硝技术脱硝技术SCRSNCRSNCR SCR 混合型混合型 还原剂氨水 液氨 尿素氨水 液氨 尿素氨水 液氨 尿素 反应温度区320 400 850 1100 前段 850 1100 后段 320 400 催化剂类型TiO2 V2O5 WO3等重金属氧 化物 不使用催化剂后段加装少量 TiO2 V2O5 WO3等 催化寿命20000 24000h不使用催化剂20000 24000h 脱硝效率最高可达 70 90 最高可达 80 85 最高可达 70 90 对系统通风 的影响 增加系统阻力 600 1000Pa 基本不影响增加系统阻力 400 800Pa 运行成本比 SNCR 高 80 120 最低比 SNCR 高 40 80 主要成本催化剂消耗 还原剂消耗 雾 化介质消耗 还原剂消耗 雾化介质消耗催化剂消耗 还原剂消耗 雾 化介质消耗 占地空间催化剂再生及催化反应 还原 剂制备系统需要空间较大 仅需要还原剂制备系统占地 催化反应空间略小 占地中等 投资额度投资最高约相当于 SCR 系统投资的 25 30 约相当于 SCR 系统投资的 50 60 适用脱硝水 平 100 600mg Nm3 10 O2 100 800mg Nm3 10 O2 100 800mg Nm3 10 O2 经济脱硝运 行水平 大型火力发电站为主 水泥厂 采用较少 水泥行业烟气后脱硝以应用 SNCR 为主 水泥行业尚没有工程应用 SNCR 烟气脱硝技术具有经济实用的特点 虽然受到反应温度 混合等因素的制约 但它具有系统容易加工无停工期 所占空间极小 与其它脱硝设备兼容升级性能好 运行管理方便等突出特点 SNCR 系统的建设快 投资经济 运行管理灵活 脱硝成本相对低廉等优势 X X 13 3 3 SNCR 烟气脱硝技术 3 3 1 选择性非催化还原 SNCR 脱硝技术简介 SNCR 是在没有催化剂作用下 向 850 l100 高温区域中喷入还 原剂 还原剂迅速热解成 NH3与烟气中 NO 反应生成 N2 通过对氨气 和 NO 及空气中的 O2的化学反应的不同化学反应活化能来选择合理的 温度窗范围 可抑制对 NH3与氧气反应 从而提高了还原剂的利用效 率 SNCR 的还原剂一般为液氨 氨水或尿素等 SNCR 系统烟气脱硝过程是由下面三个基本过程完成 接收和 储存还原剂 固态或者液态的还原剂运输到厂进行接收及储存 还 原剂的雾化喷射 在窑炉选择合适位置注入稀释后的还原剂 通过调 整合理的雾化控制要求及雾化点的设置 实现还原剂在高温脱硝区域 的快速高效混合均化 脱硝系统的工艺控制 通过对关键节点的烟 气成分的检测 合理优化窑炉系统的操作 调整雾化液体及压缩空气 的流量压力比 为还原剂与烟气混合进行快速高效的脱硝反应 调整 脱硝区域的温度 控制燃料燃烧反应的进程 保证脱硝反应的优化条 件 3 3 2 选择性非催化还原技术的反应机理 SNCR 的反应机理是及其复 杂的 目前尚没有完全了解清楚 但大多数学者认为可以用右图描 述的反应历程来说明 NHi 基团 X X 14 的反应 NHi 基团只对 NO 起作用 在不同的反应条件下 各反应具 有不同的反应速率 因此体现在整体上表现为温度对脱硝效率的明显 影响 目前通常认为在 900 附近 脱除效果最显著 在工业应用上 采用 850 1100 均可以获得较理想的处置效果 由于和采用分级燃烧技术相比 采用 SNCR 技术具有较高的运行 成本 因此在目前已有的预分解窑系统通常采用分级燃烧和 SNCR 相 结合的方法以获得较好的效益 目前在水泥行业 在 SNCR 技术应用 的过程中 通常采用氨水 尿素 氨基氰 无机铵盐等作为还原剂 依据运行的经验 影响 SNCR 处置效果的主要工艺参数为 反应区域 的温度 反应区域的气氛条件 还原剂的品种 用量等等 采用 SNCR 技术可以确实可靠的达到 200 800 mg Nm3 NO2 10 O2 的水平 但针对 BAT 技术文件中所援引的1 时 才能 取得较好的脱硝效率 而运行成本在很大程度上取决于还原剂的消耗 量 所以选取合适的 NSR 值需要同时考虑经济性和脱硝效率 在减排 指标较高如 500 800mg Nm3 10 O2 脱硝剂的使用量总是遵循经济 性的原则 通过合理的匹配脱硝反应的比例 实现系统的经济运行 5 气氛的影响 CO 会使 SNCR 反应的 温度窗 向低温移动 但是并不能提高最 大的 NO 还原效率 导致脱硝还原剂使用量的微增 并延长 SNCR 反 应的进程 增加还原剂氧化的比例 从而对系统运行的经济性产生冲 击 6 氨基还原剂的类型和喷射状态 不同的氨基还原剂进入高温区 域后 形成 SNCR 作用的主要是氨气 但氨气与烟气的混入方式直接 受到氨还原剂的类型和喷射状态的制约 采用氨基化合物作为还原剂 必须合理的匹配雾化粒度的平均性 雾化液滴在烟气中的寿命 喷射 空间布点要求等 3 4 脱硝工艺选择 综合上述分析 降低烧成温度的方法 可以通过调整配料 加矿 化剂 窑头喷水等方法降低窑内的最高温度以减少热力型 NOx 的形成 X X 17 但从熟料和水泥性能等方面考虑这类措施并非普遍适用 低 NOx 燃烧 器目前在国内已经有广泛应用 但其效果受窑工况影响较大 一般 NOx 的排放量不能达到预期效果或效果不明显 SCR 法具有脱氮效率 高的优势 在电厂锅炉脱氮被广泛应用 但由于 SCR 操作温度窗口和 含尘量的特殊要求 在国内外水泥生产线上极少使用 主要原因为 1 出 C1 的烟气通常用于余热发电 出余热发电系统的烟气温度无 法满足 SCR 的温度要求 2 窑尾框架周边基本上没有布置 SCR 催 化剂框架的空间 3 出 C1 的烟气中高浓度粉尘及其有害元素易造 成催化剂破损和失效 4 一次性投资大 烟气通过催化剂的阻力增 大了窑系统的阻力 5 催化剂每三年需要更换 运行成本高 SNCR 法在欧洲水泥工业已应用 20 多年 效果较好 中材国际根据水 泥厂的原 燃料条件 设备情况和排放要求不同 可以选择不同的 NOx 控制技术或者 NOx 控制技术相结合的方法 根据 XX 水泥有限 公司已运行的 2500t d 熟料生产线的实际情况 X 集团有限公司建议 采用空气分级燃烧和 SNCR 法相结合的脱氮技术 X X 18 4 脱硝工程方案 脱硝工程方案 根据前面的分析 XX 水泥有限公司已运行的 2500t d 熟料生产线 的实际情况 X 集团有限公司建议采用空气分级燃烧和 SNCR 法相结 合的脱氮技术 4 1 生产线本底 NOX排放浓度 现有生产线尾气处理主要解决粉尘问题 没有脱除氮氧化物的作 用 因此在国家标准的 NOX排放量计算方法下 采用废气总管的实测 数据作为评估生产线氮氧化物排放指标可满足工程应用的精度要求 依据厂方提供的 2500t d 水泥熟料生产线的氮氧化物排放指标匡算如 下作为本可行性研究报告脱硝基准数据采用 系统脱硝前的本底排放水平 O2NONOX氮氧化物本底排放水平 说明 ppmmg Nm3 NO2 10 O2 kg NO2 hkg NO2 t 熟料 换算数据10 814458672572 24 从现场检测的数据分析 本项目依托的一条 2500t d 水泥熟料生 产线的氮氧化物水平 867mg Nm3 NO2 10 O2 高于 水泥工厂大气 污染物排放控制标准 GB T 4915 2004 进行脱硝技术改造是势在 必行的 4 2 本项目的脱硝技术方案 本项目设计目标排放浓度 由现有的氮氧化物水平减排 60 满 足现有和近期新的排放标准 本技术方案拥有良好的适应性 无需增 X X 19 加设施 可满足 300 mg Nm3 NO2 10 O2 排放要求 X 集团有限公司采用国家高新技术产业计划 863 项目和国家重大 产业技术开发项目研究成果 开发降低水泥窑氮氧化物排放技术及成 套设备 现场应用取得良好效果 XX 水泥有限公司降低氮氧化物排 放的技术方案如下 采用选择性非催化还原技术 将氨水在一定的条件下与烟气混合 反应 降低系统 NOX排放 确保在低成本的状态下 可实现系统的 NOX减排目标 降低氮氧化物排放措施表 排放水平 主要措施mg NO2 Nm3 10 O2 减排比例 本底排放水平867 选择性非催化还原技术 300 60 在本项目中采用的降低 NOX的技术思路是 利用废选择性催化还 原技术在高温废气中喷射氨水来降低 NOX 以确保系统 NOX减排 60 使总体技术经济指标最优化 4 2 1 SNCR 系统的技术方案 1 脱硝技术方案 通过分析计算在给定的脱硝效率要求条件下不同的 NH3 NO 化学 当量比对脱除 NO 效果 确定最合适的氨水用量 氨水在高温条件下 的反应是双向的 既存在氧化形成 N2或者 NO 的可能 也存在着和 NO 通过复杂的系列反应形成 N2的可能 这两种反应均与反应的温度 具有密切的关系 在 800 以下 两种反应均具有很低的反应速度 X X 20 主要还是以氨气的形式存在于烟气中 随着反应温度的升高 氨和 NO 的反应占有主导地位 烟气中的 NO 被大量还原 而当温度超过 1100 以后 氨气的氧化是主要的 烟气中的 NO 将呈现增加的趋势 在分解炉中 由于生料分解炉的平衡吸热 导致分解炉的出口温度通 常在 820 870 之间波动 能满足 SNCR 的要求 因此在分解炉的中 上部分及最下一级旋风筒 C5 之间的区域作为喷氨脱氮的反应区域是 完全合适的 X 集团有限公司的 SNCR 系统主要设备都进行模块化设计 主要 有储存系统 溶液传输模块以及溶液喷射系统组成 SNCR 法主要操 作参数是流量 喷射系统压力等等指标 依据窑系统产量 排放浓度 等系统参数 通过控制系统协调流量 压力等等操作指标实现氮氧化 物排放的减排 传输系统控制要求控制室信号 喷射系统 氨水 储存系统 预分解窑 控制信号 系统按功能区划分可分为下列组成 1 氨水存储系统 X X 21 作为还原剂的氨水 被溶解制备成特定浓度的还原剂溶液 溶液 喷入预分解系统前 经过精确计量分配至每个喷枪 然后经喷枪喷入 预分解系统 进行脱硝反应 还原剂运送到现场后 进入储罐内进行 储备 还原剂储罐的容积足够储存脱硝系统运行数天内所需要的还原 剂的量 2 氨基还原剂传输系统 氨水溶液或尿素制备还原剂输送泵采用离心泵 输送泵设有备用 对于输送供给系统 输送泵考虑备用 为避免杂物对泵机及喷嘴的损 坏 还原剂储罐到输送泵入口设有滤网 3 还原剂溶液喷射系统 还原剂溶液喷射系统的设计应能适应水泥窑系统的安全运行 并 能适应水泥窑系统的负荷变化和水泥窑系统启停的要求 并应尽量考 虑利用现有窑尾系统进行安装和维修 还原剂溶液喷射系统布置在窑 尾塔架 还原剂溶液在通过喷嘴喷出时被充分雾化后以一定的角度喷 入炉膛内 X 集团有限公司提供一套完整的还原剂溶液喷射系统 保证还原 剂溶液和烟气混合均匀 喷射系统设置流量调节 能根据烟气不同的 工况进行调节 喷射系统具有良好的热膨胀性 抗热变形性和抗振性 2 SNCR 系统的主机设备表 SNCR 系统主机设备表与流程图如下 SNCR 主要设备与设施 编号设备名称数量单位 1 氨水储存罐 32m3 2 个 X X 22 2 氨水调配 输送系统 1 套 3 雾化喷枪 6 个 4 雾化控制系统 1 套 5 压缩空气系统 1 套 6 电气控制制柜系统 1 套 7 控制模块 接 DCS 系统相关设备 1 套 X X 23 SNCR 工艺流程图 X X 24 4 3 几种脱硝还原剂技术经济比选 SNCR反应中 常用的脱硝剂主要有 液氨 氨水 尿素 其比 较如下 各种还原剂的比较 还原剂类型优点缺点 液氨1 反应剂成本最低 2 蒸发成本最低 3 投资较小 4 储存体积最小 1 氨站设计 运行考虑安全 问题 氨水1 较安全1 2 3 倍的反应剂成本 2 大约 10 倍高的蒸发能量 3 较高的储存设备成本 4 投资较大 尿素1 没有危险1 相对无水氨反应剂成本高 3 5 倍 2 更高的蒸发能量 3 更高的储存设备成本 4 投资较大 SNCR 法采用的还原剂一般是液氨 氨水 尿素 反应温度区间 位于 730 950 之间时 选用氨作还原剂的脱硝效率要高于选用 尿素的脱硝率 当反应区域温度在 950 以上时 尿素的脱硝效率 则可以保持在氨脱硝系统之上 水泥窑系统适合 SNCR 反应的区域 其烟气温度一般在 900 以下 最高不超过 950 所以较适合选用氨水或纯氨系统 由于 采用液氨作为还原剂涉及到危险管理许可 故本项目采用氨水作为 还原剂 还原剂来源保证需要提醒业主与当地公司签订合作协议 X X 25 5 性能保证 性能保证 以现有生产线本底排放 867 mg Nm3 NO2 10 O2 为基准 通过 选择性非催化还原技术或仅采用选择性非催化还原技术均实现脱硝 效率稳定在 60 X X 26 6 环境影响 环境效益与社会效益 环境影响 环境效益与社会效益 6 1 环境安全三废情况 6 1 1 废水 正常生产情况下不产生新的废水污染 在氨水溶液调配过程中 若浓度不符合要求 可根据情况加水或氨水进行调整 无须外排 直接喷入水泥窑系统中 氨水储罐采用一用一备 已经考虑检修要 求 6 1 2 废气 SNCR 系统运行时 窑尾烟囱存在氨气的逃逸可能 X 集团有 限公司及有关检测部门在科特林 三都润基水泥厂等工业化应用现 场检测 氨逃逸浓度在满足 恶臭污染物排放标准 GB14554 93 要求 实际排放浓度约相当于国家标准的 1 6 1 3 固废 本技术唯一可能涉及的固体反应物质为尿素 且完全溶解于水 中 喷入分解炉后分解为 NH3 CO2等 故无固体废弃物产生 6 1 4 噪声 本系统主要噪声源为泵电机运转的噪音 且小于 85dB A 噪 声不会对周边环境构成危害 6 2 环境效益 生产线加装脱硝系统后 氮氧化物 NOx 排放量大为降低 脱硝 前后烟气污染物的排放量比较列于表 X X 27 脱氮前后烟气氮氧化物排放状况 基础数据减排目标指标 mg Nm3 10 O2867 60 减排量kg h154 3 减排量kg d 3702 减排量t a 1161 注 按照设计煤种 脱氮效率 60 日利用小时 24h 年利用 310 天计 6 3 社会效益 XX 水泥有限公司脱硝工程的实施 不仅对降低氮氧化物排放 改善环境空气质量有重要意义 而且在山西省 乃至全国水泥厂开 展脱硝方面必将起到示范作用 我国是水泥生产大国 2009 年我国水泥总产量已经超过 16 亿 吨 该建设项目 对于全国水泥行业节能减排意义重大 新型干法 比例占我国水泥产能的 70 均具有实施本项目技术的可行性和需 求 是本项目成果推广应用的重要基础 按照 2009 年水泥产量 16 亿吨 熟料产量 12 亿吨 估算 如本成果在全国 70 水泥企业推广 应用 按减排氮氧化物 60 计算 每年可减少 NOX排放 80 万吨 X X 28 7 项目实施的风险分析项目实施的风险分析 节能减排是中国经济和社会发展的一项长远战略方针 十二五 期间我国决定根据环境保护的需要和改善环境质量的需要 把氮氧 化物列入约束性指标 大规模地推行干法水泥生产线的脱硝改造工 程 同时加强环保监管 继续安装自动在线监测装置 因此本项目 不存在政策风险 X 集团有限公司在水泥行业氮氧化物减排的技术研究及工业应 用具有良好的基础 在减排模拟试验 示范工程方案设计 设备制 造 安装调试 运行管理等方面具有丰富的经验 因此该项目不存 在技术及其他方面的风险 X X 29 8 劳动卫生安全 劳动卫生安全 8 1 职业危险 危害因素分析 1 在空气分级燃烧中 可能由于煤粉的不完全燃烧而产生一定 浓度的 CO 气体 可能对健康会产生危害 2 本项目上各风机等设备在运转过程中产生的噪声会对工人的 听力造成一定影响 3 各种设备运转中有发生机伤 电伤的可能 4 SNCR 系统运行时 窑尾烟囱存在氨气的逃逸可能 X 集团 有限公司及有关检测部门在科特林 三都润基水泥厂等工业化应用 现场检测 氨逃逸浓度在满足 恶臭污染物排放标准 GB14554 93 要 求 5 氨水属于碱性腐蚀品 SNCR 系统的操作人员必须经过专门培