熟料新型干法水泥生产线SNCR脱硝系统工程可行性研究报告.doc

第一章 总 论1.1 项目名称与业主名称1.1.1 项目名称项目全称： 4600t/d熟料新型干法水泥生产线SNCR脱硝系统工程。项目简称： 1.1.2 业主名称业主名称： 法人代表： 注册地址： 1.1.3 建设地点本项目建设地点：四川省泸州市叙永县震东乡伏龙村，在工厂现有厂区范围内。1.2 可行性研究报告编制单位单位名称：成都建筑材料工业设计研究院有限公司。工程咨询资格证书：甲级，工咨甲22720070015号。发证机关：中华人民共和国国家发展和改革委员会。1.3 项目由来和目的1.3.1 氮氧化物（NOx）氮氧化物是一氧化氮（NO）、一氧化二氮（N2O）、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简称（NOx），属于温室气体，绝大部分氮氧化物对人体有危害。表现在对眼睛和上呼吸道粘膜的刺激，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，NOx可在肺泡内阻留下80%，一部分变为四氧化二氮。四氧化氮和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和腐蚀，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以引起血管扩张，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以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，对肺的损伤较为明显，严重时可出现以肺水肿形式为主的病变。而当混合气体中含有大量一氧化氮时，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。1.3.2 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、细颗粒污染控制技术与管理国际交流会”会议已经成功举办了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日在上海召开，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浓度值增加明显高于其他地区，尤其是在华北、长三角洲和珠三角地区，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的增长，造成了氮沉降量的增加。根据酸雨监测资料，江水中NO3-与SO42-浓度比值逐年呈上升趋势。表明氮氧化物对酸性降水的比例在增加，我国酸雨正在由硫酸型向硫酸型与小酸型复合过渡型转化。同时氮的沉降产生更多的硝酸根和氮氧化物，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期化学物之一。在阳光下，NO2和VOCS（挥发性有机化学物）经由一连串的光化学反应生成O3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。早我国一些人口密集、经济发达和机动车保有量大的城市，已经发现有发生光化学污染的趋势，尤其在北京、广州、上海等特大城市已经检测到光化学污染的发生。因此，减少大气中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t。据推算，到2020年和2030年，NOx排放量将达到23632914万t和31544296万t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排放来源于燃煤；火力发电、交通运输和工业部门的排放率分别为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，排放强度量大的地区是上海。因此烟气脱硝是控制中国氮氧化物排放量增长的必然选择。1.3.3 水泥行业氮氧化物情况2011年我国水泥产量为20多亿吨，水泥企业近5000家，其中新型干法生产线1400多条。水泥煅烧产生大量NOx，排放浓度是3001100mg/Nm3，平均约850mg/Nm3，每吨熟料约产生0.53.5kg氮氧化物。2011年全国水泥排放氮氧化物200多万吨，占全国氮氧化物排放总量的10%以上，仅次于电力行业，位居第二。国外水泥窑NOx排放标准（mg/Nm3）见下表：名称奥地利德国卢森堡日本瑞典美国欧盟指令NOx500200-500800300-600200400-700200-800我国水泥窑NOx排放标准：我国原执行水泥工业大气污染物排放标准（GB4915-2004），规定NOx排放浓度不得超过800mg/Nm3。2014年3月1日其执行新的水泥工业大气污染物排放标准（GB4915-2013）：NOx的排放限值为400mg/Nm3，氨的排放限值为10mg/Nm3。目前国家对新建项目和已建项目的环保要求逐渐加大，特别是对NOx的排放控制要求较高，“十二五”期间主要大气污染总量控制约束性指标较“十一五”增加了氮氧化物，要求2015年氮氧化物排放总量比2010年下降10%。针对水泥行业污染物减排的严峻形势，新的水泥工业大气污染物排放标准（GB4915-2013），已将氮氧化物排放限值（窑尾烟囱取样）由原来的每标立方米800毫克降低到300毫克-400毫克(折算为NO2，以10%氧含量为基准)。工业和信息化部发布的水泥行业准入条件（工原2010第127号）中提到，“对水泥行业大气污染物总量，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”。各省、市、自治区根据区域位置制定各自标准：广东省：水泥企业实施广东地方新标准。从今年1月1日起，广东、珠三角大部分地区开始执行广东省水泥工业大气污染物排放标准，NOx排放浓度限定值550mg/Nm3，余下区域自2014年执行；今年广东抓17条示范线，且广东环保厅明确补贴政策。四川省：全省所有4000吨/日以上（含4000吨/日）及2000吨/日以下（不含2000吨/日）的现役新型干法水泥熟料生产线必须实施低氮燃烧改造并建成投运脱硝设施，综合脱硝效率达到75%以上；全省所有2000吨/日以上（含2000吨/日）-4000吨/日以下（不含4000吨/日）的现役新型干法水泥熟料生产线必须实施低氮燃烧改造并建成投运脱硝设施，综合脱硝效率达到40%以上。湖南省：水泥行业脱硝进入倒计时。2013年前，全省2000t/d以上生产线全部实施低氮燃烧技术改造，脱硝率达到30%以上；4000t/d以上生产线必须配备SNCR设施，脱硝效率60%以上；已脱硝企业擅自停运、逾期未建企业一律停产。浙江省：杭州市NOx排放浓度的政策规定最严。（杭减办201130号）文件中提出：水泥企业烟气脱硝率保证达到85%以上（NOx排放浓度150mg/Nm3），脱硝装置保证运转率95%以上。山东省：现役水泥企业2000t/d的生产线，必经进行低氮燃烧技术改造，并配套烟气脱硝设施黑龙江：脱硫脱硝纳入重点监管，19家水泥企业年内完成低氮燃烧改造工程。因此，水泥窑脱硝建设势在必行。1.4 项目建设单位简介泸州赛德水泥有限公司成立于2008年5月5日，于2012年12月战略合作整体并购纳入台泥水泥企业团，建有日产4600吨熟料水泥生产线一条，是一家大型的水泥生产上市企业。公司注册资本3.95亿元，占地400亩，固定资产达8.2亿元，在岗职工426人，其中高级工程师8人，工程师52人，技术人员108人。公司坐落于四川省泸州市叙永县震东乡。区域煤、石灰石等资源丰富，位于夏蓉高速1.5公里，交通便利，通讯发达。公司年产PO 42.5R级、PC 32.5R级和PC 32.5级水泥280万吨。其产品具有较高的安定性，凝结时间适中，前、后期强度高，耐磨性、可塑性、均匀性优良，色泽美观、含碱量低等特点，实物质量达到国际先进水平，被广泛使用于城市高层建筑、大坝桥梁、大型厂房、高速公路等工程，并被广阔的民用市场青睐。公司秉承集团“善用资源、服务建设”的核心理念，积极倡导“创新、绩效、和谐、责任”的企业文化，以“团结拼搏、锐意创新、争创一流”的企业精神，科学规划企业未来，以更加优秀的经营业绩，服务社会、回报社会。公司愿同更多的有志之士，共同营造人类生活与自然环境的和谐统一，加强在各领域的合作，实现共赢和多赢，共同开创更加美好的明天。1.5 项目概述本项目在四川省泸州市环保局的大力支持与指导下，对4600t/d水泥熟料生产线实施脱硝技术的改造，此项目建成，对四川省泸州市水泥企业实施降低氮氧化物技术具有很强的示范意义，对改变四川省大气环境质量具有积极的贡献。本项目建设内容为泸州赛德水泥有限公司4600t/d新型干法熟料水泥生产线脱硝工程，采用苏州仕净环保设备有限公司的选择性非催化还原技术（SNCR）降低氮氧化物排放。1.6 工程实施原则及执行标准1.6.1 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、操作稳定性可靠，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。1.6.2 执行标准降低氮氧化物排放系统设计、改造、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：标准编号标准名称主席令1989第22号中华人民共和国环境保护法主席令2000第32号中华人民共和国大气污染防治法GB4915-2013水泥工业大气污染物排放标准GB3095-2012环境空气质量标准GB16297-1996大气污染物综合排放标准GB12348-2008工业企业厂界环境噪声排放标准GB0198-97热工仪表及控制装置施工及验收规范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1.7 设计指导思想(1) 贯彻“安全可靠，经济适用，符合国情”的建设方针。(2) 贯彻节约用地、节能、节水原则。(3) 总体规划、建筑设计因地制宜、合理布置、协调一致，提高整体效果和水平。(4) 工艺系统设计和设备、建筑结构选型，结合原住产房的设计特点，尽量利用原有设备和材料及建构筑物，贯彻技术先进成熟、安全可靠、经济合理的原则，技改工程量最小。(5) 厂区、车间布置，要提高综合技术水平，合理分区，方便施工，检修和运行操作。(6) 严格执行环境保护政策，减少污染；烟气、废水、噪音等污染物的排放符合国家及地方的标准和规定。(7) 积极推广应用新技术，努力提高工程设计技术水平。1.8 研究范围及深度本可研报告按规定的深度要求研究工程实施的必要性、工程背景条件、环境保护以及厂址的地形地貌、地震、地质和水文气象等主要工程建设条件，提出脱硝工艺系统的设想。主要设计范围及内容：(1) 脱硝工程的建设条件；(2) 烟气脱硝工艺方案；(3) 脱硝还原剂的来源及供应；(4) 脱硝工程对环境的影响；(5) 脱硝工程的投资估算及运行成本分析。第二章 建设条件2.1 厂址及交通运输条件2.1.1 厂址位置及交通台泥泸州赛德水泥有限公司地处四川省泸州市叙永县震东乡伏龙村一社，距叙永县城15km，到泸州市区124km。泸（州）-叙（永）铁路及大（方）-纳（溪）高速公路从厂区旁通过，工厂外部运输条件优越，由公路、铁路组成的交通网络四通八达，完全能满足工厂的外部运输要求。2.1.2 厂区气象、水文条件气 温 年平均气温 17.9 历年极端最高气温 42.9 历年极端最低气温 -1.5湿 度 年平均相对湿度 81%降雨量 年平均降雨量 1147.1mm 年最大降雨量 1499.4mm 年最小降雨量 849.9mm 年平均降雨天数 195.8天 年日照时数 1132.4小时风 年平均风速 1.2m/s 历年最大风速 28.0m/s 全年主导风向 NNW气压 年平均大气压力 969.8hPa全年雷暴天数 40天2.1.3 建设场地及工程地质厂区海拔高度在690m左右。厂址位于东西向构造落窝背斜北翼，落窝背斜起于震东乡，止于落卜镇，核部为志留系韩家店地层，两翼依次出露二迭系、三迭系地层。场地未做工程地质勘察。根据建筑抗震设计规范（GB50011-2010）要求，本项目抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g，设计地震分组：第一组。2.2 供电条件工厂建有110kV单电源单回路总降压站一座，设有31500kVA、110/10.5kV变压器一台。另设有一台800kW的柴油发电机作为保安电源，供窑辅传、篦冷机风机、消防水泵等一类负荷的用电。工厂还建有一座容量9MW的纯低温余热电站，可供生产线使用。2.3 供水条件本项目在厂区前的震东河取水。震东河枯水季最小日流量15000m3。此外，在厂区后还有一条小溪，可作为备用水源。2.4 生产线情况2.4.1 泸州赛德水泥有限公司的监测结果根据泸州赛德水泥有限公司提供生产线的NOx资料，该公司的氮氧化物排放水平在预热器出口处950mg/Nm3(NO2.10%O2),C1出口烟气量约40万（标况风量）（Nm3/h)。具体情况见下表：说明O2NOxNOx氮氧化物排放水平%ppmmg/Nm3(NO2.10%O2)kg NO2/hkg NO2/t.熟料高限39501115638292低限3500626359164平均值36958704992282.4.2 燃料条件熟料烧成用燃料来自于当地的无烟煤，年消耗量217085吨（干基）。无烟煤工业分析见下表：MadAadVadFcadSt.adQnet.ad(kJ/kg)2.0829.097.7761.060.4722315.74第三章 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生产工艺，以石灰石、砂岩、页岩、铁粉为主要原料，经破碎、配料、磨细制成生料、喂入水泥窑中煅烧成熟料，加入适量石膏以及混合材磨细制成水泥。水泥按用途及性能分为三大类：通用水泥、专用水泥和特种水泥。水泥的特性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，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 水泥工业的一般工艺描述水泥生产一般工艺简图如下：3.2 水泥工业氮氧化合物形成机理氮氧化合物NOx是NO、NO2和N2O等的总称，水泥窑NOx排放的主要成分是NO和NO2，其中NO占氮氧化合物总量的95%左右，NO2大约为5%左右。燃料燃烧过程中主要存在3种氮氧化合物形成方式，即热力型、瞬态型和燃料型。热力型NOx主要是温度高于1500时，空气中的N2 和O2反应而生成的。瞬态型氮氧化合物是碳氢类燃料在a1的富燃料条件下，碳氢化合物和N2在火焰内快速反应而生成的，一般来说，在水泥生产过程中，瞬态型氮氧化合物可以忽略。燃料型NOx是燃料和原料中的氮氧化而生成的，煤中氮主要以有机形态存在，氮含量约为0.5%2.5%，原料在氮含量主要以NH4+形式存在于有机组分中，生料中的NH4+含量约为80200g/t。水泥生产过程中，回转窑和分解炉是两个主要生产设备。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，形成熟料。在整个过程中，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型NOx的形成，主要是燃料的NOx。回转窑内主要是煅烧时物料的熔融和重结晶的过程，物料温度必须超过1400，因此通常水泥窑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型NOx和燃料型NOx均有较多的形成比例，其中尤以热力NOx为主。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，煤粉燃烧和生料分解互相耦合、互相制约。而且分解炉内的粉尘浓度高达1000g/Nm3以上。如果用电厂脱硝技术直接应用，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。3.3 影响水泥回转窑NOx生成量的因素(1) 过剩空气系数的影响同济大学朱彤等人通过数值计算，证明在不同的过剩空气系数下，NOx生成量也不同。当过剩空气系数为1.05时所生成的NOx最多。当过剩空气系数小于1.0时，会造成不完全燃烧，燃料的热量不能全部释放出来，产生大量的CO，而CO会还原所生成的NOx，所以此时NOx排放很少。当过剩空气系数远大于1.0时，燃料燃烧所释放出来热量会被过量的空气和烟气吸收，火焰温度受到限制，使得NOx浓度有所下降。见下过剩空气系数对NOx排放的影响图：(2) 烧成温度的影响回转窑主燃烧器火焰温度高达16002000，这种量级的火焰温度会促使热力型NOx大量生成。研究表明，当温度高于1500时，温度每上升100时，热力型NOx的生成量就会成倍增长。工艺上往往把窑尾NOx(或C1出口NOx)作为反映回转窑内烧成温度的重要指标，具体关系如下图：(3) 火焰形状的影响根据定性判断，火焰拉长将降低高温点温度，减少热力型NOx，但过长的火焰会降低高温区烧成带温度，影响熟料质量。在实际生产中，一般情况下虽然火焰温度较高，但因为短火焰核心部位缺少空气，因此产生的NOx量却比长火焰的少，究竟什么样的火焰形状会使NOx生成量最低，需要结合现场实际和理论分析才得出结论。(4) 废气在窑内停留时间在热能流量相同的条件下，窑截面空气流量越大，燃烧气体在高温区停留的时间越短，形成的NOx量越少，因此缩短料气在燃烧器出口端附近高温区停留时间，可以减少N2和O2反应机率，从而降低NOx的生成率。3.4 降低NOX的工艺措施针对NOx形成机理、生成量的影响因素，我们从工艺方向下降低NOx，主要方法有。(1) 加强原燃料的管理，加强原燃料的均化效果，合理控制生料、煤粉的细度，提高生料的易烧性，降低煤耗，相关实验表明，提高生料的易烧性，降低煤耗可以降低NOx。(2) 加强工艺管理，精细化操作，优化回转窑系统的煅烧制度，控制利于NOx的火焰形状和适宜的煅烧温度，在不影响熟料质量的前提下，尽量降低过剩空气系数，确保原燃料喂料的准确均匀稳定，精心操作，适当调整窑系统的各项指令自变量可获得相应的NOx减排效果，降低NOx生成量约为10%15%。(3) 降低烧成带温度可有效降低热力型NOx的生成量，因此可以通过加入混合材或矿化剂，调整配料等方法减少热力型NOx的生成量，降低NOx生成量约为5%15%，氟化物矿化剂的加入有可能存在氟污染，造成二次污染，因此矿化剂不具有普遍适用性，所以可以通过加入混合材，调整配料等方法减少热力型NOx的生成量。(4) 使用低氮燃烧器：回转窑中的热力型NOx主要是由窑头燃烧器产生的，提高一次风喷出速度，提高一次风喷出动量，降低一次风用量，提高卷吸高温二次风的能力，可以显著降低回转窑中NOx的生成量。这一类燃烧器主要有：丹麦史密斯的Centrax型、双调缩节伸缩式Duoflex型燃烧器，法国皮拉得公司Rotaflam型燃烧器、德国KDH公司的PY-RO-JET型燃烧器，使用低氮燃烧器对于不同水泥厂的NOx减排效果一般在5%30%。(5) 分级燃烧技术：在分解炉采用分级燃烧技术是降低NOx排放的有效及必要的技术措施。分解炉内煤粉燃烧温度为850-1100，分解炉分级燃烧技术有自身的特殊性，对于一个传统的分解炉来说，一般认为燃料中的氮约有50%被转化形成燃料型氮氧化物，当分解炉内某一区域没有充足的氧气燃烧时就会产生HCN、NH3、CO，把已生成的NOx还原成N2。基于这一反应对于窑内已形成高温氮氧化物在分解炉内通过还原性区域时，可还原降低氮氧化物。分解炉有很大的调节性，可以处置回转窑内产生的大部分NOx，同时可以和生料分解的热力要求结合起来，使水泥的生产过程和氮氧化物的降低有机结合。在分解炉结构上可采用分风、分燃料、分生料的措施，其主要原理是在沿着气流动动方向，在分解炉内形成强还原区、弱还原区、完全燃烧区，确保把窑内形成的NOx充分还原成N2，同时对分解炉的燃料型NOx进行还原控制，并保证燃料完全燃烧和生料的充分分解。在窑炉的进料端点燃燃料，并保持还原性气氛，就可以减低在窑内燃烧带中形成的NOx；通过调整燃烧空气量，使得燃烧燃料最初是在还原性气氛中燃烧，以降低NOx的生成，然后再在氧化气氛中完全燃烧；通过控制生料的加入量来调节燃烧温度；引入三次风来调整燃烧器中还原性气氛，使其达到适宜的还原气氛，采用这种方式的分级燃烧技术可降低热力型和燃料型NOx。分级燃烧技术的脱NOx效率达20%50%。但是理论研究和实际经验表明，回转窑中无论采取何种工艺措施来降低NOx的排放，仍有相当数量NOx生成，所以我们还须采取强制型脱硝方案。3.5 强制型脱销技术方案强制型脱硝技术方案有选择性非催化还原技术（SNCR）、选择性催化还原技术（SCR）、SNCRSCR复合技术等。选择性非催化还原技术（SNCR）是一种对燃料燃烧后含NOx烟气进行的脱硝技术，在没有催化剂的情况下，在一定的温度范围内向烟气中喷入一定量的还原剂，(如氨水，碳氢化合物等)，把烟气中的氮氧化物还原成氮气，实践证明，向窑尾高温废气中喷氨是最有效的NOx减排技术之一。选择性催化还原技术（SCR）就是在固体催化剂存在下利用各种还原性气体（如H2、CO、烃类、NH3）和NO反应使之转化为N2的方法。以NH3做还原剂时，金属氧化物（如V2O5、MnO2等）是最常用的SCR工业催化剂。催化剂是影响NOx脱除效率的重要因素，除此之外，温度、还原剂浓度、催化剂种类和量等对脱氮效果影响显著。SNCRSCR复合技术是SNCR与SCR相接合的技术。(1) SNCR脱硝原理选择性非催化还原技术(SNCR)是把含有NHx基的还原剂(如氨气、氨水或者尿素等)喷入分解炉温度为8501100的区域，在该温度区域的停留时间为12S，该还原剂迅速热分解成NH3和其他副产物，随后NH3与烟气中的NOx进行SNCR反应而生成N2。采用NH3作为还原剂，在温度为8501100的范围内，还原NOx的化学反应方程式主要为：4NH3 + 4NO + O2 4N2 + 6H2O4NH3 + 2NO + 2O2 3N2 + 6H2O 8NH3 + 6NO2 7N2 + 12H2O而采用尿素作为还原剂还原NOx的主要化学反应为：2NO + (NH2)2CO十(1/2)02=2N2十2H20+C02SNCR还原NO的反应对于温度条件非常敏感，分解炉喷入点的选择，也就是所谓的温度视窗的选择，是SNCR还原NO效率高低的关键。一般认为理想的温度范围为8501100,并随反应器类型的变化而有所不同。当反应温度低于温度视窗时，由于停留时间的限制，往往使化学反应进行的程度较低反应不够彻底，从而造成NO的还原率较低，同时未参与反应的NH3增加氨气的逃逸率。而当反应温度高于温度视窗时，NH3的氧化反应开始起主导作用：4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O从而，NH3的作用成为氧化并生成NO，而不是还原NO为N2。所以，SNCR法还原NO的过程是上述两类反应相互竞争、共同作用的结果。如何选取合适的温度条件同时兼顾减少还原剂的泄漏成为SNCR技术成功应用的关键。无论氨或尿素，皆必须喷射于8501100之温度范围内，才能使氮氧化物还原为氮气(N2)(2) SCR脱硝原理在预热器出口的管道上把烟气（约350）引入SCR反应器，在管道上加入还原剂尿素CO(NH2)2或氨水(NH4OH)，氮氧化物在催化剂作用下被氨还原为无害的氮气和水：4NO + 4NH3 + O2 4N2 + 6H2O4NH3 + 2NO2 + O2 3N2 + 6H2ONO2 + NO + 2NH3 2N2 + 3H2O(3) 三种烟气脱硝技术的比较见下表：脱硝技术SNCRSCRSNCR/SCR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850-11000C320-4000C前段：850-11000C后段：320-4000C催化剂类型不使用催化剂TIO2、V2O5、WO3等重金属氧化物后段加装少量TIO2、V2O5、WO3等催化寿命不使用催化剂20000-24000h20000-24000h脱硝效率最高可达80-88%最高可达95%最高可达95%对系统通风的影响基本不影响增加系统阻力600-1000pa增加系统阻力400-800pa运行成本最低比SNCR高80-120%比SNCR高40-80%主要成本还原剂消耗、雾化介质消耗催化剂消耗、还原剂消耗、雾化介质消耗催化剂消耗、还原剂消耗、雾化介质消耗占地空间需要还原剂制备系统占地催化剂再生及催化剂反应、还原剂制备系统需要空间大催化反应占地略小占地中等投资额度约相当于SCR系统投资的25-30%投资较高约相当于SCR系统投资的50-60%脱硝水平150-500mg/Nm3(10%O2）100-500mg/Nm3(10%O2）100-500mg/Nm3(10%O2）经济脱硝运行水平水泥行业烟气脱硝以SNCR为主大型火力发电为主，水泥厂采用少尚没有成功案例工程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，所占空间小，与其他脱硝设备兼容性升级性能好，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。因此，我们推荐水泥厂选择选择性非催化还原技术（SNCR）。(4) 各种不同还原剂使用特性比较见下表：特性比较液氨氨水尿素备注毒性高低无设备成本高中中脱硝效率高（60-88%）高（60-88%）中（30-50%）药品单价低高中吨熟料药品成本低中高人工成本中低高占用空间小小大操作复杂复杂方便较复杂反应温度8708701000对分解炉温度影响小小大安全防护安全防护设备要求很高仍需安全防护设备毋须安全防护设备SNCR系统中，采用尿素、氨水作为还原剂时，其运行的特性是不一样的，并对脱硝的效率、氨逃逸产生一系列的影响。尿素SNCR系统和氨水SNCR系统，还原剂喷射至炉膛后的示意图：尿素溶液与氨水溶液炉膛内喷射示意图图中给出了尿素溶液与氨水溶液喷入炉膛内的示意图。可以清楚发现，由于尿素溶液具有一个固体的核，外层是被水分子包裹，在高温下，水分子先蒸发，然后尿素颗粒再分解成氨基，氨基再和烟气中的氮氧化合物进行反应，生成氮气和水。而氨水溶液则是水与氨充分混合，反应更加直接，氨水溶液喷入炉膛的一瞬间还原反应就会开始。上述对比可知，尿素溶液通常对炉膛内能量损耗高于氨水，并且反应复杂。当烟气温度较低的时候，尿素所需要的停留时间很难得到满足，影响系统脱硝效率及增加氨逃逸。效率比较：下图为烟气温度为900的条件下，我们作出的分别以尿素、氨水作为还原剂的脱硝效率。 900工况下尿素与氨水的脱硝效率对比图图中的横坐标是氨氮摩尔比，纵坐标是氮氧化合物脱除效率。根据图中的结果，显然可以得出以下结论：黄色的是尿素作为还原剂的脱除效率，在氨氮摩尔比为1的时候，氮氧化合物脱除效率为25%40%；在氨氮摩尔比为1.5的时候，氮氧化合物脱除效率为3855%。要达到更高的效率，就要提高氨氮比，这样氨的逃逸率也随之增加。蓝色的是以氨水作为还原剂的脱出效率，在氨氮摩尔比为1的时候，氮氧化合物的脱除效率为4880%；在氨氮摩尔比的为1.5的时候，氮氧化合物的脱除效率为75%95%；在同等的氨氮摩尔比的条件下，氨水作为还原剂的效率比尿素作为还原剂的效率要高25%30%。综上所述，选择性非催化还原技术（SNCR）以氨水为还原剂较合理，因为液氨安全防防要求很高，我们一般较难实现，而氨水与尿素相比，虽然其仍需安全防护，但他有操作方便、占地面积少、脱硝效率高、运行成本较低的优点，所以我们建议以氨水为还原剂，氨水的常用浓度有17%、20%、25%,浓度高，效率高，所需的氨水少。第四章 脱硝工程技术方案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资料作为评估生产线氮氧化物排放指标可满足工程应用精度要求。依据业主提供的资料对4600t/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资料采用。氧化物排放水平在预热器出口处950mg/Nm3(NO2.10%O2)，C1出口烟气量约40万（标况风量）（Nm3/h)，以实测为准。说明O2NOxNOx氮氧化物排放水平%ppmmg/Nm3(NO2.10%O2)kg NO2/hkg NO2/t.熟料高限34639503801.83低限35006262501.20平均值36958703481.67从资料上分析，本项目依托的1条4600t/d水泥熟料生产线的氮氧化物水平（950mg/Nm3(10%O2）略高于原水泥工业大气污染物排放标准（GB4915-2004）对水泥工业的NOx排放规定了800mg/Nm3(10%O2）的排放限值；更大于2014年3月1日起执行的水泥工业大气污染物排放标准（GB4915-2013）400mg/Nm3(10%O2）的排放要求。进行脱硝技术改造势在必行。4.2 本项目的脱硝技术方案本项目设计目标排放浓度：小于400mg/Nm3(NO2.10%O2)。满足现有排放标准。本技术方案拥有良好的适应性，无需增加设施，可满足小于等于300mg/Nm3(NO2.10%O2)排放要求。我公司投入了大量的人力、物力、资源，开发降低自己水泥窑氮氧化物排放技术及成套设备，取得了良好效果，泸州赛德水泥有限公司降低氮氧化物排放的技术方案是：选择性非催化还原技术（SNCR）。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见下表：主要措施排放水平减排比例mgNOx/(Nm3,10%O2)初始排放浓度950选择性非催化还原技术60%选择性非催化还原技术70%4.2.1 SNCR技术方案(1) 技术方案介绍氨水运输到厂后卸入储存系统，经调配后，通过泵送入雾化控制系统，按照雾化控制要求比例调节雾化分散介质，通过各雾化喷枪的压力、流量的调配保证还原剂在于预分解系统的良好分散。雾化控制系统依据检测系统的烟气信号，按照设定的控制程序进行雾化喷射工况的优化选择。在喷射位置选择及喷枪的布置方式上，首先要满足脱硝反应的温度要求，同时也必须兼顾与分解系统燃料燃烧的影响以及氮氧化物还原区域内流场分布对雾化分散效果的直接作用，通过优化喷枪的空间布置关系，并保证喷入还原剂在高温条件的足够反应时间，提升脱硝的反应进行程度，实现脱硝成本的经济化配置。具体工艺流程图见下图：泸州赛德水泥有限公司4600t/d熟料新型干法水泥生产线SNCR脱硝系统工程-可行性研究报告我公司SNCR系统主要设备都进行模块化设计，主要有储存系统，氨水浓度调配系统、空气流量调配系统以及溶液喷射系统组成。SNCR系统主要指令自变量是流量、喷射系统压力等指标。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、压力等操作指标实现氮氧化物排放的减排。氨水储存系统氨水流量和空气流量调配系統喷射系统分解炉储气罐控制室信号(2) SNCR的主要设备表设备清单（以20%/25%氨水为还原剂的SNCR系统）见下表：序号工程规范单位数量备注以20%氨水为还原剂SNCR系统一主体设备1氨水输送泵 台1材质: SUS3041)流量20m3/h，扬程35m国内知名品牌2喷射泵 （1用1备）台2材质: SUS3041)流量4m3/h，压头1.5MPa，扬程150m国内知名品牌3储氨罐台2SJEF1)材质：SUS304使用寿命10年 2)规格：50m34雾化喷淋系统套8日本进口品牌1)雾化效果：雾滴颗粒在3070mKAM27*8-702)耐酸碱、高耐热温度12005压缩空气储气罐台1SJEF1)容积3m3 ，压力0.8MPa6空气流量调配柜台1SJEF7喷射柜台2SJEF8连接管件及阀门批1浙江钢一等同级别品牌材质：氨水输送管道SUS304，压缩空气及水输送管道Q235.10五金零配件及管道保温式1二电控柜及配电 套11)材质：SS-41 2mmt2)就地控制柜型式:户外双层防水型3)箱体油漆采烤漆处理4)电源: 3/380V/50HZ5)主要元器件为进口品牌（施耐德）6)变频器台2ABB7)电磁流量计上海飞卓等国内知名品牌8)型涡街流量传感器国内知名品牌9)压力表国内知名品牌10)压力变送器ABB11)电动执行器国内知名品牌12)电气控制柜系统国内知名品牌13)磁翻板液位计国内知名品牌14)就地仪表等国内知名品牌15)其他配线批1三脱硝房式1 1)材质：半敞开式钢构，彩钢板封顶罐区四周设有混凝土围堰及排水沟。2)规格：L15M*W9.5M3)含平台、扶梯按需4)含消防喷淋系统及洗眼器、防雷接地四备品及运杂式1 (3) 不同基准工况下SNCR系统的运行比较本技术方案是先通过工艺操作、技改以及实施分级燃烧尽最大的可能降低氮氧化物，以达到降低运行成本的目的，同时配合选择性非催化还原技术（SNCR），以较少的运行成本可以达到环保要求。在分级燃烧运行与否的条件下，SNCR系统的主要消耗品指标如下：序号项目指标备注1熟料生产线规模5000t/d2熟料产量（标定）208.3t/h3烟气量（标定）40万Nm3/h4喷入点温度8509705烟气初始NOx浓度950mg/Nm3SNCR降到400mg/Nm38烟气脱硝后NOx浓度400mg/Nm39氨水使用量540kg/h20%浓度SNCR降到300mg/Nm311烟气脱硝后NOx浓度300mg/Nm312氨水使用量700kg/h20%浓度(4) 管道及阀门材料本工程脱硝配套管道均按以下要求：本工程中的工艺物料，根据物性及工艺要求，管道选用管材主要为不锈钢无缝钢管，其他管道阀门和压缩空气及相关辅材为碳钢材质。4.2.2 工程总平面布置方案根据建设场地的地形地貌特征及总平面布置原则，烟气脱硝工程还原剂储罐集中布置于靠近窑尾地区。总的来说，总平面布置工艺流程合理，物料流向顺畅、短捷，厂区交通便利，功能分区明确；合理利用场地条件，总平面布置紧凑、完善；工厂的整体布局美观大方。4.2.3 电气本工程为配套新型干法水泥线的烟气脱硝系统，项目所需电源、供配电系统由水泥生产线的生料磨窑尾电气室供给。4.2.4 自动化控制SNCR公用系统部分采用独立的PLC控制系统，能实现炉内喷射还原剂及SNCR供用系统配料的自动控制，并保证脱硝系统能跟随运行负荷变化而变化。使脱硝系统长期、可靠的安全运行。为了保证系统的可靠性和提高性价比，分解炉的SNCR喷射系统可纳入水泥生产线的DCS控制系统中，因此水泥生产线的SNCR喷射系统采用一个远程I/O站，DCS系统CPU仍采用原有DCS的CPU，工作站及系统软件也采用原有设备。在氨水卸车及储存站采用一套PLC控制系统进行集中监视和控制。在辅助系统控制室内以彩色CRT/键盘作为主要的监视和控制手段，同时预留与水泥线DCS控制系统的通讯接口，方便在中央控制室进行监视和操作。在正常工作时，每隔一个时间段记录燃烧系统及SNCR运行工况数据，包括热工实时运行参数、设备运行状况等。当故障发生时系统将及时记录故障信息。现场操作员终端可存储大量信息，自动生成工作报表及故障记录，存储的信息可通过查询键查询。4.2.5 给水和排水本工程为配套新型干法水泥线的烟气脱硝系统，项目给水和排水系统等均纳入现有水泥生产线。4.2.6 建筑及结构4.2.6.1 设计条件和依据(1) 工程地质条件：建设场地未做工程地质初勘，在施工图设计之前必须补充工程地质勘察。目前所有建构筑物均按天然基础考虑。(2) 地震状况：场地地震基本烈度为6度。(3) 本工程采用的国家现行建筑和结构设计规范、规程水泥工厂设计规范（GB50295-2008）水泥工厂节能设计规范（GB50443-2007）民用建筑设计通则（GB50352-2005）地下工程防水技术措施（GB50108-2008）建筑设计防火规范（GB50016-2006）建筑内部装修设计防火规范（GB50222-95）（2001版）建筑结构可靠度设计统一标准(GB50068-2001)房屋建筑制图统一标准(GB/T50001-2010)建筑结构制图标准(GB/T50105-2010)建筑结构荷载规范(GB50009-2012)砌体结构设计规范(GB50003-2011)混凝土结构设计规范(GB50010-2010)钢结构设计规范(GB50017-2003)建筑地基基础设计规范(GB5007-2011)建筑抗震设计规范(GB50011-2010)构筑物抗震设计规范(GB50191-2012)钢筋混凝土筒仓设计规范(GB50077-2003)建筑地基处理技术规范(JGJ79-2012)建筑桩基技术规范(JGJ94-2008)高层民用建筑钢结构技术规程（JGJ99-98）高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）(4) 标准图集混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图（03G101-1，2）建筑物抗震构造详图（03G329-1，05G329-28）悬挂运输设备轨道（05G359-14）预埋件图集（04G362）钢筋混凝土过梁（03G322-14）钢筋混凝土吊车梁（04G323-12）(5) 本院工艺等各专业对建筑结构设计的要求。(6) 建设单位对生产辅助建筑的特殊要求。(7) 当地自然条件，地方建筑材料和施工条件