水泥熟料生产线NOx减排技术介绍培训

1、水泥熟料生产线水泥熟料生产线nox减排技术介绍减排技术介绍 安徽海螺建材设计研究院安徽海螺建材设计研究院 2012.10 主要内容主要内容 三、低氮燃烧技术三、低氮燃烧技术 四、烟气脱硝技术四、烟气脱硝技术 五、小结五、小结 一、引言一、引言 二、二、noxnox的生成机理及排放现状的生成机理及排放现状 一、引言一、引言 2010年水泥行业准入条件（工原2010第127号）中要求：新建或改扩建水泥(熟 料)生产线项目须配置脱除脱除noxnox效率不低于效率不低于60%60%的烟气脱硝装置； 在水泥工业节能减排的指导意见（工信部节2010582号）中提出：现有日产 2000吨以上工厂，建设低no

2、x设施，推广低nox技术，并达到nox排放浓度降低降低25%25% 的实施效果； 2011年国家“十二五”节能减排综合性工作方案中要求，20152015年年全国氮氧化 物排放总量控制在2046.2万吨，比比20102010年下降年下降10%10%，新型干法水泥窑实施低氮燃 烧技术改造，配套建设脱硝设施； 水泥工业大气污染物排放标准gb4915-2004正在修订,现有生产线（2016年1 月1日起）和新建生产线（2013年1月1日起）氮氧化物的排放浓度限值将执行执行 500mg/nm500mg/nm3 3的标准。新老标准的对照比较如下： 名称 水泥窑及窑磨一体机 煤磨及 冷却机 破碎机、磨机、包

3、装机 及其它通风生产设备 颗粒物 二氧 化硫 氮氧化物 (以no2计) 氟化物 (以总f计) 颗粒物颗粒物 老老 标标 准准 现有 生产线 2006.7.1- 2009.12.31 1004008001010050 2010.1.1以后5020080055030 新建 生产线 2005.1.1以后5020080055030 新新 标标 准准 现有 生产线 2013.1.1- 2015.12.31 5020080080055030 2016.1.1以后3010050050053020 新建 生产线 2013.1.1以后3010050050053020 重点地区205030030032010 水泥

4、工业大气污染物排放标准新老标准对比表水泥工业大气污染物排放标准新老标准对比表 单位：单位：mg/nmmg/nm3 3 注：1、重点地区具体地域范围、实施时间，由国务院环境保护行政主管部门或省级人民政府规定； 2、新建生产线是指环境影响报告书通过审批的新、改、扩建水泥矿山、水泥制造、水泥制品生产线。 1、氮氧化物的概述 二、二、noxnox的生成机理及排放现状的生成机理及排放现状 氮氧化物（nox）是指氮的氧化物的总称，主要包括no、no2、n2o、n2o3、n2o4、 n2o5等。氮的各种氧化物中，除no2外，其他均不稳定。污染大气的主要是no及no2、 n2o，此外，n2o3也是大气特别是高

5、层大气的污染物之一。环境监测废气中的氮氧化 物（nox）一般是指no及no2这两者的总称。 nox对人、动植物具有极大危害性。当空气中的nox含量达100150ppm时，人在 0.51h内就会引起肺水肿而死亡；当空气中nox含量2.5ppm时，豆类及西红柿叶子 在7h后就变成白色。nox也是形成酸雨、酸雾的原因之一，它还能与碳氧化物形成光 化学烟雾。 水泥厂烟气中的氮氧化物（nox）主要为no和少量的no2，其中no占95%以上 （通过对多条水泥生产线的实际检测和标定的结果看，在预热器出口no2含量只占 0.5%左右，在618风机出口no2含量也小于2%）。 2010年全国水泥产量18.7亿吨

6、，排放nox约200万吨，平均单位水泥产品氮氧 化物（nox）排放量为1.07kg/t-ce；第一次全国污染源普查工业污染源产排污系 数手册显示，4000t/d水泥熟料生产线nox的排放量为1.584kg/t-cl。 热力型热力型noxnox（thermal nox）,为空气中的n2在高温下氧化而产生的 nox。产生量主要取决于温度，低于1350几乎不生成，但温度超过 1500将大量生成。 n2 + o no + n o2 + n no + o n + oh no + h 其生成量与燃烧温度、氧气浓度、高温区停留时间等有关。 2 2、水泥熟料生产线氮氧化物的形成机理、水泥熟料生产线氮氧化物的形

7、成机理 燃料型燃料型noxnox（fuel nox）,是燃料中的氮的化合物在燃烧过程中热 分解且氧化而生成。 挥发分挥发分n n中中 的的nh3nh3和和hchcn n的的 氧化途径。氧化途径。 快速型快速型noxnox（fenimore nox）,是空气中的n2与燃料中的碳氢离子 团（ch、ch2等）在反应区附近快速生成的nox，其生成量较少，一般占总 nox的5%以下。 快速型快速型noxnox的的 形成途径。形成途径。 燃烧过程中燃烧过程中noxnox的的三种形成机理对排放量的贡献三种形成机理对排放量的贡献 3 3、氮氧化物的排放现状、氮氧化物的排放现状 系统中系统中noxnox的的产生

8、部位及形式。产生部位及形式。 集团对nox的减排工作十分重视，目前熟料生产线的整体nox排放状况控 制较好（也有个别排放异常较高），根据调度中心统计数据初步归纳分析如 下：。 分生产线规模统计结果如下表： 生产线规模生产线规模 数量数量 （条）（条） noxnox浓度正常值浓度正常值 （mg/nmmg/nm3 3，10%o10%o2 2） noxnox浓度范围浓度范围 （mg/nmmg/nm3 3，10%o10%o2 2） 2000-2500t/d2000-2500t/d8 8777777580-580-10801080 4000-5000t/d4000-5000t/d606074874852

9、0-1070520-1070 8000-10000t/d8000-10000t/d5 5692692520-800520-800 集团内水泥熟料生产线集团内水泥熟料生产线noxnox的排放状况的排放状况 分炉型统计结果如下表： 序号序号炉型炉型数量（台）数量（台）noxnox平均排放浓度平均排放浓度(mg/nm(mg/nm3 3) ) 1 1tdftdf1919749 749 2 2cdccdc1111831 831 3 3nstnst2525748 748 4 4cksvcksv1212686 686 5 5fls+polysiusfls+polysius6 6718 718 分区域统计结果

10、如下表： 序号序号区域区域生产线数量（条）生产线数量（条）noxnox平均排放浓度平均排放浓度(mg/nm(mg/nm3 3) ) 1 1省内省内3232722722 2 2湖南湖南7 7725725 3 3江西江西4 4763763 4 4广东广东6 6666666 5 5广西广西9 9913913 6 6川渝川渝4 4839839 7 7陕甘陕甘5 5705705 8 8贵州贵州3 3857857 9 9苏浙苏浙3 3854854 1010合计合计/ /平均平均7373750750 三、三、noxnox减排技术减排技术 1 1、烟气脱硝方法、烟气脱硝方法 noxnox减排技术减排技术 二次

11、减排技术二次减排技术 一次减一次减 排技术排技术 选择性非催化还原（选择性非催化还原（sncrsncr）法）法 选择性催化还原（选择性催化还原（scrscr）法）法 降低烧成温度降低烧成温度 降低空气过剩系数降低空气过剩系数 火焰长度火焰长度 窑截面空气流量窑截面空气流量 低低noxnox燃烧器燃烧器 分级燃烧技术分级燃烧技术 1 1、低氮燃烧技术方法分类、低氮燃烧技术方法分类 低氮燃烧技术低氮燃烧技术是应用最广泛、经济实用的nox减排措施。它通过改变 燃烧设备的燃烧条件来降低nox的形成，具体来说，是通过调节燃烧温度、 烟气中的氧的浓度、烟气在高温区的停留时间等方法来抑制nox的生成或 还原

12、已生成的nox。 低氮燃烧技术方法主要有： 1、分解炉分级燃烧； 2、采用低nox燃烧器（改变火焰形状、降低一次风量等）； 3、优化操作和配料（降低过剩空气系数、降低烧成温度等）。 （1 1）低氮燃烧技术）低氮燃烧技术 2 2、分解炉分级燃烧技术原理、分解炉分级燃烧技术原理 分解炉分级燃烧有两种形式：空气分级燃烧和燃料分级燃烧。 空气分级燃烧空气分级燃烧是指将燃烧所需的空气（三次风）分成两级送入 ，使第一级燃烧区内过剩空气系数在0.8左右，燃料先在缺氧富燃 料条件下燃烧，使得燃烧速度和温度降低，且燃烧生成的co与no进行 还原反应。将燃烧用的空气的剩余部分输入二级燃烧区内，保证燃料 的完全燃烧

13、。 燃料分级燃烧燃料分级燃烧是指在烟室和分解炉之间建立还原燃烧区，将原分解炉用 燃料的一部分均布到该区域内，使其缺氧燃烧以便产生 co、ch4、h2、hcn 和固定碳等还原剂。这些还原剂与窑尾烟气中的nox发生反应，将nox还原成 n2等无污染的惰性气体。此外，煤粉在缺氧条件下燃烧也抑制了自身燃料型 nox产生，从而实现水泥生产过程中的 nox 减排。 主要化学反应过程如下： 2co + 2no n2 + 2co2 2h2 + 2no n2 + 2h2o 2nhi + 2no n2 + 分解炉分级燃烧的原理虽然都一样，但具体采用的燃料分级燃烧形 式，选择还原区的位置却各不相同。常见的分级燃烧还

14、原区位置有窑尾 烟室、烟室上升烟道和分解炉锥部三种，例如：polysius烧成系统采用 窑尾烟还原区，fls和南京院采用烟室上升烟道还原区，日本川崎采用的 是分解炉锥部还原区。 各种燃料分级燃烧形式形成还原区的分煤量也各不一样，但一般分 级燃烧技术的脱硝效率在15-40%左右。 3 3、燃料分级燃烧技术方案、燃料分级燃烧技术方案 枞阳海螺万吨线分级燃烧工艺流程图（polysius,烟室喂煤量为分 解炉喂煤量的10%，1-3t/h） (1) polysius(1) polysius分级燃烧技术方案分级燃烧技术方案 铜陵海螺万吨线设计分级燃烧工艺流程图（fls，脱氮区喂煤量 分解炉喂煤量的100%

15、，31t/h） (2) fls(2) fls分级燃烧技术方案分级燃烧技术方案 c-ksv分解炉炉底喷腾床的中心部位，设有两个燃料喷嘴，由此喷 入的燃料在低氧状态下燃烧，可使窑烟气的nox还原，减小其排放量， 整个系统排放量设计值仅525mg/nm3。 还 原 区 下 喷 煤 点 上 喷 煤 点 分 解 炉 (3) cksv(3) cksv低氮型分解炉低氮型分解炉 南京院设计的南京院设计的5000t/d5000t/d线分解炉分级燃烧改造示意图线分解炉分级燃烧改造示意图（脱氮区喂煤量 最大为分解炉喂煤量的70%，一般为6-8t/h） (4) (4) 南京院分级燃烧技术方案南京院分级燃烧技术方案 日

16、产日产5000t5000t熟料生产线低氮燃烧改造工艺流程图熟料生产线低氮燃烧改造工艺流程图 (5) (5) 海螺开发的分级燃烧技术方案海螺开发的分级燃烧技术方案 日产日产5000t5000t熟料生产线分解炉改造前后情况熟料生产线分解炉改造前后情况 主要改造的技术要点：主要改造的技术要点： 喷入分解炉的煤粉，通过分煤管线改造，分成上下两层四个喷煤管进入 分解炉，将一部分煤粉引入分解炉锥部，在缺氧的情况下进行不完全燃将一部分煤粉引入分解炉锥部，在缺氧的情况下进行不完全燃 烧，生成大量烧，生成大量coco、hcnhcn等还原成分等还原成分，在锥部形成强还原区，还原回转窑中 生成的氮氧化物。 调整分解

17、炉锥部煤粉燃烧空间，使煤粉的燃烧更加充分； 对窑尾烟室入炉烟气进行整流整流，改变上升烟道尺寸，使窑内烟气入炉流 场稳定； 窑尾烟室上升管道与分解炉锥部连接处设计弧面跳台设计弧面跳台，防止塌料现象发 生，同时易于生料与气流充分混合； 根据原系统运行情况，调整调整c4c4下料点位置下料点位置，使生料沿分解炉锥部内侧下 滑，避免分解炉锥部高温结皮现象； 根据原三次风入炉速度及分布情况，改造三次风入炉形式，调整三次风调整三次风 入口形状、面积和风速入口形状、面积和风速。 4 4、分解炉分级燃烧技术实例介绍、分解炉分级燃烧技术实例介绍 枞阳海螺万吨线烧成系统为引进欧洲某水泥装备公司21世纪最新一 代特大

18、型预分解系统，系统采用了先进的低nox分级燃烧技术,其系统主 要有窑头燃烧器和低nox型分解炉。 ( (1 1) ) 枞阳海螺万吨熟料生产线分级燃烧脱氮技术使用情况枞阳海螺万吨熟料生产线分级燃烧脱氮技术使用情况 分级燃烧原理图分级燃烧原理图 现场照片：三次风上下部入炉,上部一路入炉, 下部两路入炉 上挡板 下挡板 三次风管 窑尾脱氮燃烧器 烟室脱氮燃烧器 主要工作原理：主要工作原理： 通过窑尾烟室用煤窑尾烟室用煤，在窑尾烟室和分解炉底部形成还原气氛，分解炉 底部及窑尾烟室的o2含量下降，相应的co气体含量增加； 分解炉下部三次风入口与顶部三次风管入口之间也在还原气氛还原气氛下操作， 通过调整风

19、量及喂煤量达到该目的； 窑尾烟室至下三次风入口区域内的还原气氛，不仅使得已生成的nox得 到还原，还抑制了新的抑制了新的noxnox生成生成,可使nox排放浓度进一步降低； 上三次风管以上区域因顶部三次风的加入，形成氧化气氛，保证保证coco及及 燃料的完全燃烧燃料的完全燃烧。 使用效果分析：使用效果分析： 经操作调整后，脱氮装置使用后，窑喂料不变，预热器出口nox排 放由600ppm600ppm降低到降低到450ppm450ppm。 海螺与川崎公司联合，通过计算机模拟技术，结合万吨线上分级燃 烧的实际应用情况，开发了低nox型分解炉，该分解炉设计上在炉底喷腾 床的中心部位，设置有燃料喷嘴，其

20、主要工作原理是在分解炉内形成一主要工作原理是在分解炉内形成一 个大的、有较强个大的、有较强coco浓度的还原区域，确保把窑内形成的浓度的还原区域，确保把窑内形成的nono完全还原成完全还原成n n2 2， 同时对分解炉的燃料同时对分解炉的燃料n n进行还原控制进行还原控制。当煤粉中n含量1%时，该系统nox的 排放设计值520mg/nm520mg/nm3 3(o2含量10%)。 ( (2 2) ) 5000t/d5000t/d熟料生产线低熟料生产线低noxnox型型c-ksvc-ksv预分解系统应用情况预分解系统应用情况 低低noxnox型型c-ksvc-ksv分解炉分解炉 目前使用该类型分解

21、炉的生产线已投入运行20条，整体运行效果较 好，nox排放量在500mg/nm500mg/nm3 3(o2含量10%)左右。 通过增加窑尾缩口尺寸增加窑尾缩口尺寸，将原先入分解炉分解炉2 2点喂煤改为点喂煤改为4 4点喂煤点喂煤，并 将其中两点喂煤位置定在窑尾缩口上方，在窑尾缩口上方形成单独还原 区，形成co，利用co还原nox，达到降低nox目的。目前该技术改造项目 已投入运行，效果良好。 ( (3 3) ) 芜湖海螺芜湖海螺5000t/d5000t/d水泥熟料生产线分级燃烧技术改造应用情况水泥熟料生产线分级燃烧技术改造应用情况 改造方案改造方案: : 分级燃烧技术改造工艺流程图分级燃烧技术

22、改造工艺流程图 现场改造后的照片现场改造后的照片 低氮燃烧技术改造三维效果图低氮燃烧技术改造三维效果图 改造效果改造效果: : 改造前后主要运行参数对比改造前后主要运行参数对比 序号参数名称单位 浙江某海螺 改造前改造后 1熟料产量t/d58145809 2熟料热耗kcal/kg.cl781777 3预热器出口温度361357 4预热器出口负压pa54005300 5506风机转速rpm800770 6预热器出口o2含量%3.73.5 7预热器出口nox浓度ppm580369 8c1c1出口出口noxnox浓度（浓度（10%o10%o2 2）mg/nm3757476476 9脱硝效率%37.1

23、37.1 从上表可以看出，改造前后窑的熟料产量不变，煤耗下降，熟料质熟料产量不变，煤耗下降，熟料质 量基本无变量基本无变。506风机转速下降30rpm，预热器出口温度下降4，负压下 降100pa左右。预热器出口预热器出口noxnox从从580ppm580ppm下降至下降至369ppm369ppm左右，左右，noxnox减排效减排效 率达率达3 37%7%，从目前运行状况看，改造后对正常生产无其它影响。 5 5、分级燃烧主要影响因素、分级燃烧主要影响因素 分级燃烧分级燃烧 效率效率 1 1、窑尾烟室氧、窑尾烟室氧 含量（含量（3.0%3.0%） 2 2、还原区、还原区 用煤量用煤量 4 4、还原

24、区空间、还原区空间 （停留时间）（停留时间） 5 5、还原区结皮、还原区结皮 （温控和煤粉（温控和煤粉 增速均布技术）增速均布技术） 3 3、燃料、燃料 （挥发分含（挥发分含 量）量） 01234 320 360 400 440 480 520 c1出口nox含量(ppm) 烟室喷煤量(t/h) 煤粉喷入量与预热器出口煤粉喷入量与预热器出口noxnox排放量的关系变化图（枞阳海螺）排放量的关系变化图（枞阳海螺） 2.02.53.03.54.04.5 350 400 450 500 550 600 650 700 750 2 c1出口nox含量(ppm) 烟室o 含量(%) 窑尾烟室窑尾烟室o

25、o2 2含量与含量与c1c1出口出口noxnox排放量之间的关系（铜陵海螺）排放量之间的关系（铜陵海螺） 6 6、影响水泥窑、影响水泥窑noxnox生产量的因素生产量的因素 烧成温度烧成温度：温度对热力型nox的生成量影响十分明显，当燃烧温度 低于1500时，热力型nox生成量极少，随着温度的升高，nox的生成量 急剧上升。回转窑主燃烧器火焰温度高达1700-2000，这种高温下会促 使热力型nox的大量生成。 过剩空气系数：过剩空气系数：热力型nox生成量与氧浓度的平方根成正比，即氧 浓度越大，在较高的温度下会使氧分子分解所得的氧原子浓度增加，使 热力型nox生成量也增加。 火焰的性状：火焰

26、的性状：从理论上由于火焰拉长降低了高温点温度，可以减 少nox的生成量，但实际生产中通常是短火焰虽然温度较高，产生的no量 却比长火焰的少，因为火焰核心部位缺少空气，产生还原气氛，且烟气 在高温区停留时间短。 废气在窑内的停留时间：废气在窑内的停留时间：气体在高温区的停留时间对nox生成量也 产生较大的影响。nox浓度随着停留时间的延长而增大。 7 7、控制回转窑、控制回转窑noxnox产生量的措施产生量的措施 精细化操作：精细化操作：首先采取的措施就是水泥窑系统的精细化操作，优 化回转窑系统的煅烧制度，控制利于降低nox的火焰性状和适宜的煅烧温 度；在不影响熟料质量的前提下，尽量降低过剩空气

27、系数，确保原燃料 喂料量准确均匀稳定，精心操作、适当调整窑系统的各项操作参数可获 得相应的nox减排效果。 降低烧成带温度：降低烧成带温度：高温对减少热力型nox不利，可以通过调整配料、 添加矿化剂等方法降低烧成温度以较少窑内热力型nox的形成。但从熟料 和水泥性能方面考虑这类措施并非普遍适用。 采用低采用低noxnox燃烧器：燃烧器：使用大推动力、一次空气比例较小的多通道燃 烧器，将一次风量控制在5%-7%。 这类燃烧器的一次风被分为三部分：喷射风、煤粉输送风和旋转风。喷射风、旋 转风分别以不高于440m/s和160m/s的高流速喷出燃烧器。煤粉在喷射风和旋转风之间 以24m/s的速度喷出，

28、在燃烧器出口截面中心形成一个低压区域，引起火焰气体回流。 由于轴向风速非常高，强烈的加速了靠近火焰的二次风的流速，从而强化了燃料与空 气的混合，提前了燃料的着火燃烧，使着火点更靠近燃烧器，这样空气中的氮（n2） 在高温区域停留时间短，使得nox的生成收到抑制。另外，由于燃烧器出口截面中心有 回流，使火焰温度分布较为均匀，一次风量减少，二次风量增加，并降低了二次风温， 这些因素都有利于nox的降低。 8 8、操作要点、操作要点 (1)分级燃烧对公司管理水平、操作员操作水平都有很高的要求，特 别是在操作思路方面要有改变，需严格控制系统用风，窑尾o2含量要控制 在1.0%左右（当o2高于3.0%时，

29、分级燃烧基本没有效果）； (2)须对全系统进行密封堵漏，防止漏风，避免喷入的煤粉在过氧下 燃烧，高温结皮，影响脱硝效率及分级燃烧的正常运行。 (3)需要在喷煤量、c4分料量及三次风用量上进行摸索调节，找出三 者之间的最佳匹配量。 四、烟气脱硝技术四、烟气脱硝技术 1 1、烟气脱硝方法、烟气脱硝方法 烟气脱硝方法烟气脱硝方法 选择性还原法选择性还原法 其他方法其他方法 选择性非催化还原（选择性非催化还原（sncrsncr）法）法 选择性催化还原（选择性催化还原（scrscr）法）法 电子束辐射法电子束辐射法/ /脉冲电晕法脉冲电晕法 炽热炭法炽热炭法 活性炭法活性炭法 湿式络活物吸收法湿式络活物

30、吸收法 微生物法微生物法 sncrsncr：selecselective non-catalytic reductiontive non-catalytic reduction scr: selective catalytic reduction scr: selective catalytic reduction 2 2、sncrsncr脱硝原理脱硝原理 (氨水)4nh3 + 4no + o2 4n2 + 6h2o （尿素）2co(nh2)2 + 4no + o2 4n2 + 2co2 + 4h2o sncr主反应： 可能发生的副反应： 4nh3 + 5o2 4no + 6h2o 980以上

31、 850-970 850-970 co(nh2)2 + no + . n2o（笑气）+ . 还原剂的接收与储存系统 2.1 sncr2.1 sncr系统组成系统组成 卸料及输送泵房 氨水储罐 还原剂的接收与储存系统 输送模块 卸料模块 混合喷射系统 喷枪雾化喷枪 电气及控制系统 控制管理模块及显示屏 sncrsncr脱硝反应最佳温度为脱硝反应最佳温度为850850970970，还原剂喷入点位置应在分解炉上部至，还原剂喷入点位置应在分解炉上部至 c5c5级筒出口部位。级筒出口部位。 2.2 sncr2.2 sncr系统工艺流程与接口位置系统工艺流程与接口位置 2.3 sncr2.3 sncr脱硝

32、效率的影响因素脱硝效率的影响因素 脱硝效脱硝效 率率 6 6、还原剂类、还原剂类 型型( (氨水、尿氨水、尿 素等素等) 1 1、温度、温度 （850-970850-970） 2 2、停留时间、停留时间 （0.5-2s0.5-2s） 4 4、nh3/nox nh3/nox 摩尔比摩尔比 （化学计量比）（化学计量比） 5 5、添加剂、添加剂 （甲烷、甲（甲烷、甲 醇等）醇等） 3 3、混合程度、混合程度 （雾化效果）（雾化效果） 2.4 sncr2.4 sncr脱硝效率与氨水消耗量的关系脱硝效率与氨水消耗量的关系 2.5 sncr2.5 sncr脱硝技术优缺点脱硝技术优缺点 (1)系统简洁，占地少，建设工程量小； (2)与生产线的接口改造量小，对水泥生产