1、4000t/d新型干法水泥生產線分級燃燒 +SNCR煙氣脫硝技術方案1、減排氮氧化物社會效益 32、本項目脫硝工藝描述 52.1、分級燃燒技術 52.2、SNCR 脫氮技術 8 卸氨系統 9 罐區 9 加壓泵及其控制系統 9 混合系統 9 分配和調節系統 10 噴霧系統 10 水電氣供給 10 控制系統 11 SNCR 主要設備與設施 113、氮氧化物目前排放量 124、總體性能指標 12（ 1）窯尾分級燃燒脫氮技術（單獨使用 ） 12（ 2）SNCR 脫氮技術 （ 單獨使用） 13（ 3）分級燃燒和 SNCR 結合的脫氮集成技術 135、主要技術經濟指標 136、經濟效益評價 146.1 單

2、位成本分析 146.2 運行成本分析 156.3 環境及社會效益分析 161、減排氮氧化物社會效益氮氧化物（ NOx ）是大氣的主要污染物之一，包括 NO、NO2、N2O、N2O3、N2O5 等多種氮的氧化物，燃煤窯爐排放的 NOx 中絕大部分是 NO。NO的毒性不是很大， 但是在大氣中 NO可以氧化生成 NO2。NO2比較穩定，其毒性是 NO 的45倍。空氣中 NO2的含量在 3.5 ×106（體積分數）持續 1h，就開始對人體有影響；含量為（ 2050） ×106 時，對人眼有刺激作用。含量達到 150×106 時，對人體器官產生強烈的刺激作 用。此外， NO

3、x 還導致光化學煙霧和酸雨的形成。由于大氣的氧化性， NOx 在大氣 中可形成硝酸（ HNO3）和硝酸鹽細顆粒物，同硫酸（ H2SO4）和硫酸鹽顆粒物一起， 易加速區域性酸雨的惡化。隨著我國工業的持續發展，由氮氧化物等污染物引起的臭氧和細粒子污染問題 日益突出，嚴重威脅著人民群眾的身體健康，成為當前迫切需要解決的環境問題。 2011年全國人大審議通過了 “十二五 ”規劃綱要，提出將氮氧化物首次列入約束性指標 體系，要求“十二五 ”期間工業氮氧化物排放減少 10%，氮氧化物減排已經成為我國下 一階段污染治理和減排的重點。氮氧化物活性高、氧化性強，是造成我國復合型大 氣污染的關鍵污染物。隨著國民經

4、濟持續快速發展和能源消費總量大幅攀升，我國 氮氧化物排放量迅速增長。 “十一五 ”期間，我國氮氧化物排放量逐年增長， 2008年達 2000 萬噸，排放負荷巨大。特別是水泥行業氮氧化物排放量也呈現快速增長趨勢， 2000年77萬噸， 2005年136萬噸， 2010年約200萬噸。氮氧化物排放量的迅速增加導 致了一系列的城市和區域環境問題。北京到上海之間的工業密集區已成為對流層二 氧化氮污染較為嚴重的地區， “十一五 ”期間全國降水中硝酸根離子平均濃度較 2005 年有較大幅度地增長。由氮氧化物等污染物引起的臭氧和細粒子污染問題日益突出， 嚴重威脅著人民群眾的身體健康，成為當前迫切需要解決的環

5、境問題。若不嚴加控 制，今后一段時期我國城市光化學煙霧、酸雨污染和灰霾天氣還將呈現迅速發展和 惡化之勢。“十二五 ”期間我國將針對氮氧化物的污染特征， 進入以空氣質量改善為切 入點、以主要行業為突破口的大規模削減階段。繼火電行業脫硝工作大規模推廣后，我國將推進以水泥行業為主的其它行業氮 氧化物排放控制。 我國水泥行業氮氧化物的排放占總排放量的 10%左右，是我國氮氧 化物排放的第三大源。隨著水泥行業落后產能淘汰工作的推進，新型干法窯的使用 比例將大幅增加，在提高能源使用效率的同時，由于燃燒溫度高等原因，氮氧化物 排放量將顯著增加。隨著國家將氮氧化物的削減正式提上日程，相關部門相繼出臺了一系列與

6、水泥 生產 NOx排放控制的政策與污染物排放標準： GB4915-2004 水泥工業大氣污染物排 放標準，水泥窯 NOx排放量應小于 800mg/Nm3 （標況氣體，折算為 NO2，以 10%氧含 量為基準，下同 ） ； GB50259-2008 水泥廠設計規范規定，水泥廠焚燒廢棄物 NOx 排 放量應小于 500mg/Nm3。氮氧化物排放量已被國家列入 “十二五 ”規劃的控制性目標， 要求 2015 年氮氧化物排放總量比 2010年下降 10；工業和信息化部發布的水泥 行業準入條件（工原 2010第127號文件） “對水泥行業大氣污染物實行總量控制， 新建或改擴建水泥（熟料）生產線項目須配置

7、脫除 NOx 效率不低于 60%的煙氣脫氮 裝置”。隨著國家環保要求的日趨嚴格，對污染物排放的控制力度也越來越大，對水泥 生產企業提出了更高的減排要求。某水泥有限公司積極響應國家號召，計劃對熟料 生產線開展水泥窯系統的脫氮工程，實現水泥窯減排、環境保護和可持續發展。目 前，項目核準前的各項準備工作業主正在積極進行之中。2、本項目脫硝工藝描述目前，水泥窯 NOx 控制技術主要包括低氮燃燒器、分級燃燒法、非選擇性催化 還原法（ SNCR）和選擇性催化還原法（ SCR）等，各控制技術的脫氮效率如下表所示：NOx 控制技術低 NOx 燃燒器分級燃燒SNCRSCR脫氮效率1015%2530%5070%8

8、590%低NOx燃燒器目前在國內已經有廣泛應用，但其效果受窯工況影響較大，一般 NOx 的排放量不能達到預期效果或效果不明顯。 SCR 法具有脫氮效率高的優勢，在 電廠鍋爐脫氮被廣泛應用。 但由于 SCR操作溫度窗口和含塵量的特殊要求， 在國內外 水泥生產線上極少使用，主要原因為： （1）出 C1的煙氣通常用于余熱發電，出余熱 發電系統的煙氣溫度無法滿足 SCR 的溫度要求；（ 2）窯尾框架周邊基本上沒有布置 SCR催化劑框架的空間；（3）出C1的煙氣中高濃度粉塵及其有害元素易造成催化劑 破損和失效；（4）一次性投資大；煙氣通過催化劑的阻力增大了窯系統的阻力； （5） 催化劑每三年需要更換，運

9、行成本高。 SNCR法在歐洲水泥工業已應用 20多年，效果 較好。2.1、分級燃燒技術技術原理：分級燃燒脫氮的基本原理是在煙室和分解爐之間建立還原燃燒區，將原分解爐 用煤的一部分均布到該區域內，使其缺氧燃燒（第一級燃燒區域內空氣過剩系數小 于1）以便產生 CO、CH4、H2、HCN 和固定碳等還原劑。這些還原劑與窯尾煙氣中 的NOx發生反應， 將NOx還原成 N2等無污染的惰性氣體。 此外，煤粉在缺氧條件下燃 燒也抑制了自身燃料型 NOx產生，從而實現水泥生產過程中的 NOx減排。其主要反應 如下：2CO +2 NO N2+ 2CO2NH+NH N 2+H22H2+2NO N2+2H2O分級燃

10、燒脫氮技術具有以下優點：有效降低的 NOx排放，可達到 2530的 NOx脫除率； 無運行成本，且對水泥正常生產無不利影響； 無二次污染，分級燃燒脫氮技術是一項清潔的技術，沒有任何固體或液體的污染 物或副產物生成；分級燃燒脫氮技術缺點：一次投資大，需要適當停窯周期實施改造，同時要有經驗中控操作人員進行調 整。工藝流程：分級燃燒脫氮系統主要包含：三次風管調整和改造、脫氮風管配置、 C4筒下料 調整、煤粉儲存、輸送系統、分解爐用煤粉燃燒器和相應的電器控制系統，其分解 爐調整如圖所示。生料 煤粉和 煤風 三次風出口窯尾煙氣分三次 風入口 生料煤粉和煤風三次風脫氮系統的用煤經煤粉秤精確計量后，由羅茨風

11、機送到窯尾煙室的脫氮還原區， 在脫氮還原區的合適位置均布著一套燃燒噴嘴，煤粉經燃燒噴嘴高速進入還原區內 并充分分散，一方面保證了分級燃燒的脫氮效率，另一方面減少了煤粉在壁面燃燒 出現結皮的負面影響。此外，根據還原區操作溫度、 C1出口 NOx等系統參數，可及 時調整脫氮用煤量。分解爐還原區裝備內容 利用分級燃燒脫氮技術對燒成系統進行改造，不改變分解爐主體結構，在分解 爐煙室預留的脫氮還原區，在脫氮噴射預留孔位置設置高速噴煤嘴，煤粉在此區域 內缺氧燃燒產生適量的還原氣氛， 與窯氣中的 NOx發生反應， 將NOx轉化成無污染的 N2。三次風管入分解爐的部分抬高到適度位置。改造后整個窯尾用煤總量與改

12、造前 一致，只是將其按一定比例分成兩路，一路進入分解爐，另一路進入還原區。為保 證燒成系統的穩定及高效的脫氮效率，脫氮用煤系統需獨立計量和控制。2.2、 SNCR 脫氮技術將氨水（質量濃度 20%25%）或尿素溶液（質量濃度 30%50%）通過霧化噴 射系統直接噴入分解爐合適溫度區域 （ 8501050），霧化后的氨與 NOx（ NO、NO2 等混合物）進行選擇性非催化還原反應，將 NOx 轉化成無污染的 N2。當反應區溫度 過低時，反應效率會降低；當反應區溫度過高時，氨會直接被氧化成N2 和 NO。噴氨后爐內發生的化學反應有：4NO+4NH3+O2 4N2+6H2O6NO+4NH3 5N2+

13、6H 2O6NO2+8NH37N2+12H2O2NO2+4NH3 +O2 3N2+6H2O為了提高脫 NOx 的效率并實現 NH3 的逃逸最小化，滿足以下條件：在氨水噴入 的位置沒有火焰；在反應區域維持合適的溫度范圍（ 8501050）；在反應區域有 足夠的停留時間（至少 0.5 秒， 900）。SNCR（噴氨）系統主要由卸氨系統、罐區、加壓泵及其控制系統、混合系統、 分配與調節系統、噴霧系統等組成。其流程如下圖所示：8 卸氨系統外購氨水運輸至廠區后，通過離心泵將槽罐車內的氨水輸送至氨水儲罐。由于 氨水易揮發，氨水儲罐內的氨蒸氣通過管道連接至稀釋水儲罐，氨蒸氣可被稀釋水 吸收，從而達到了防止氨

14、氣泄露的隱患。 罐區由于罐區的占地面積較大，根據工廠場地的實際情況，考慮將罐區布置均化庫 附近空地。罐區主要布置氨水儲罐和稀釋水儲罐，氨水儲罐的液位通過物位計信號 傳輸至中控，另外儲罐也自帶直觀液位計。罐區上方設有擋棚，四周敞開。罐區四 周設有約 30 厘米高的混凝土圍堰及排水溝，以防止氨水泄漏時向罐區四周廠區溢流 擴散。 加壓泵及其控制系統來自罐區的氨水和稀釋水分別通過加壓泵同時輸送至混合系統，從而最終被輸 送至噴霧系統。氨水加壓泵及其控制系統主要由兩臺螺桿泵（一用一備）、回流控 制系統、壓力檢測系統及相應閥組組成。稀釋水加壓泵及其控制系統所含設備與氨 水相同。整個系統布置在罐區附近，與罐區

15、共用擋棚。 混合系統由于外購氨水濃度相對較高，主要是為了增加氨水的利用效率，需要兌水稀釋。 氨水和稀釋水分別由兩個獨立管路進入混合系統，且兩流體的流量可根據實際所需 噴氨量進行任意濃度的調配，最終被同時輸送至靜態混合器內，利用靜態混合器的強湍流擾動特性，將氨水與稀釋水充分混合均勻。整個系統布置在罐區附近，與罐 區共用擋棚。 分配和調節系統由于在分解爐上布置了兩層噴槍，進入兩層噴槍的稀氨水需要通過控制分配和 調節系統上的電動調節閥來自動控制稀氨水流量分配。出混合系統的稀氨水通過管 路輸送至分配和調節系統，系統布置在預熱器塔架鋼平臺上，與噴霧系統靠近布置。 噴霧系統噴槍是噴霧系統的核心也是整個 S

16、NCR（噴氨） 系統的關鍵部件。 本項目在兩條 線都布置了十支噴槍。為提高脫氮反應的效率，噴槍在分解爐上分兩層布置，一層 布置六支，另一層布置四支，所有噴槍圍繞分解爐周向對稱均布。整個噴霧系統都 有自反饋和自動調節功能，通過在線監測 C1級筒出口（或煙囪出口） NOx 排放值， 利用反饋系統自動調節和控制氨水噴射量，在保證脫氮效率前提下減少系統運行成 本。噴槍能適應不同的稀氨水的流量，在流量變化幅度較大時也能保持優良的霧化 效果。 水電氣供給廠區管架在 SNCR（噴氨） 系統的罐區附近， 管架上的工業水管通過分水閥即可 接入稀釋水罐。目前水泥生產線的壓縮空氣有富裕，出氣壓力約為0.7MPa，能

17、夠滿足噴槍入口氣壓： 0.4 0.6MPa，因此可直接利用現場的壓縮空氣作為噴霧系統的氣 源。整個 SNCR（噴氨）系統的電氣柜放在窯尾預熱器塔架下的電氣室內。10 控制系統SNCR 系統采用獨立的 PLC 控制系統，能實現爐內噴氨量的自動控制，脫氮系 統能跟隨運行負荷變化而變化，使脫氮系統長期、可靠的安全運行。為保證系統可 靠性和提高性價比， SNCR 噴射系統納入水泥生產線的 DCS 控制系統中。 SNCR 噴 射系統采用一個遠程 I/O 站， DCS系統 CPU仍采用原有 DCS的 CPU，工作站及系 統軟件也采用原有設備。控制系統包括了就地控制柜、 PLC 控制柜、接線箱。就地控制箱包

18、括了水泵的 啟停、切換；報警及報警接觸。 PLC 控制柜對整個系統的控制，包括了對遠程信號 的接收、計算和傳輸。所有信號都能就地顯示、 PLC 控制柜顯示和操作和遠程 DCS 顯示和操作。根據出口處的 NOX 濃度在線檢測設備，當系統檢測到出口濃度與設定值不符時， 在自動模式時系統可以改變還原劑的噴射量使 NOx 濃度穩定在設定值范圍內，手動 模式時，在現場可直接手動調節還原劑噴射量。 SNCR 主要設備與設施序號名稱數量單位1氨水加壓泵組1套2稀釋水加壓泵組1套3稀釋水與氨水混合閥組1套4上層稀氨水分配閥組1套5下層稀氨水分配閥組1套6噴霧系統1套117儲罐及卸氨系統1套8壓縮空氣系統1套9

19、儀表、電氣控制系統1套10罐區廠房1個3、氮氧化物目前排放量根據某水泥提供的資料，水泥有限公司氮氧化物自 2010 年驗收合格后，氮氧化 物排放濃度已符合水泥工業大氣污染物排放標準 （GB4915-2004）表 2 規定限制 要求。其氮氧化物排放現狀見下表水泥有限公司氮氧化物排放現狀表污染物名稱排放濃度（ mg /m3）年排氣量（ m3）污染物年排放量（噸）標準規定排放限值（ mg /m3）氮氧化物（以 NO 計）水泥行業 “十二五 ”發展規劃 中指出：推進節能減排： 大力實施節能減排技術 改造，建立健全能源計量管理體系，推行清潔生產，降低綜合能耗，減少污染物排 放。著力減少二氧化碳及氮氧化物

20、、二氧化硫等主要污染物排放。新建生產線必須 配套建設效率不低于 60%的煙氣脫硝裝置。因此，根據水泥行業發展規劃要求，氮氧化物排放需進行治理。4、總體性能指標（ 1）窯尾分級燃燒脫氮技術 （ 單獨使用 ）窯尾分級燃燒的脫氮效率為 2530122） SNCR 脫氮技術 （單獨使用 ）采用 SNCR 選擇性非催化還原技術，可以減少氮氧化物排放 50%70%。按不同 的脫氮成本可實現氮氧化物排放 500 mg/Nm3（ 10%氧含量， NO計）的連續控制， 滿足不同階段的環保標準的持久性適應需求。氨逃逸 5ppm。（ 3）分級燃燒和 SNCR 結合的脫氮集成技術減少氮氧化物排放 6080， NOX

21、202mg/Nm3（ 10%氧含量， NO計）。可以有效 控制運行成本，既發揮分級燃燒的無運行成本增加優勢，同時也發揮 SNCR高效脫氮 的目標要求。氨逃逸 10ppm。5、主要技術經濟指標序號指標名稱單位指標備注1熟料生產線規模t/d1x40002技術方法分級燃燒 +SNCR3裝機容量kW804設備性能指標螺桿泵出口壓力（氨水、稀釋水）MPa1.4供氣系統出口壓力MPa0.40.6噴槍流量范圍L/（h·支）30180噴槍數量支1013平均噴霧顆粒m80最大噴霧顆粒m150噴霧長度（爐外條件下）m67使用壽命h20000分解爐分煤最大比例%705NOx 排放指標NOx 排放（ 10%

22、氧含量，NO 計）mg/Nm3202煙囪出口6消耗指標氨水（ 20%）t/h0.92稀釋水（去離子）t/h1.98壓縮空氣（0.4 0.6MPa）最大氣耗Nm3/h407運行費用元/噸熟料4.38占地面積2 m2009項目總投資萬元2946.510環境效益減少 NOx 排放噸/年1464.26、經濟效益評價6.1 單位成本分析項目材料與動力消耗包括氨水、壓縮空氣，除鹽水及電力消耗。材料與動力到14廠“單價”見下表。序號名稱單位數量120%氨水元/噸12002壓縮空氣元/標準立方0.53除鹽水元/噸3.54電力元/千瓦時16.2 運行成本分析本條 4000t/d新型干法水泥生產線氮氧化物初始排放

23、平均濃度為 675mg/Nm3，采用 分級燃燒和 SNCR（噴氨）的集成技術脫氮后，會產生脫氮運行費用。根據脫氮效率 要求的不同，運行成本會有所變化，下表給出了不同脫氮效率下的氨水用量及運行 成本。（以技術經濟指標基本條件為基準，假設分級燃燒首先完成 30%的脫氮效率、 其余部分由 SNCR噴氨完成。）技術方案分級燃燒分級燃燒 +SNCR脫氮效率指標30%40%50%60%70%氨水消耗噸/年866.4216.06324.1432.13氨水成本萬元 /年103.9259.272388.92507.756稀釋水消耗噸/年1543.5534735402.57350.3稀釋水成本萬元 /年0.40.851.351.85壓縮