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Word格式文档下载.docx
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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2363～2914万t和3154～4296万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300～1100mg/Nm3，平均约850mg/Nm3，每吨熟料约产生0.5～3.5kg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
NOx
500
200-500
800
300-600
200
400-700
200-800
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[2011]30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P·
O42.5R级、P·
C32.5R级和P·
C32.5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
O2
氮氧化物排放水平
%
ppm
mg/Nm3（NO2.10%O2）
kgNO2/h
kgNO2/t.熟料
高限
3
950
1115
638
2．92
低限
626
359
1．64
平均值
695
870
499
2．28
2.4.2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：
Mad
Aad
Vad
Fcad
St.ad
Qnet.ad（kJ/kg）
2.08
29.09
7.77
61.06
0.47
22315.74
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a<
1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80～200g/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1600～2000℃，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）、SNCR－SCR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
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