2500t-d水泥熟料生产线脱硝工程可行性研究报告.doc

xx水泥有限公司

2500t/d水泥熟料生产线脱硝工程

可行性研究报告

目 录
1、总 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 6
2.1厂址条件及自然条件 6
3、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 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 24
6、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 27
8、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 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 31
11、附图 31

水泥有限公司2500t/d熟料水泥生产线脱硝工程 可行性研究报告
1、总 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（NOＸ）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NOＸ排放的三大行业

火力发电
汽车
水泥
全国NOＸ排放总量
装机
NOx

NOx
产量
NOx
年度
GW
万吨
万辆
万吨
亿吨
万吨
万吨
1995
165
265
1040
48
4.75
62
1000
2000
290
463
1802
81
5.97
77
1177
2005
384
530
3160
109
10.5
136
1820
2010
593
550
7000
217
13.5
175
1680
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
项目建设单位为水泥有限公司（以下简称“”）。
河曲中xx日产2500吨熟料新型干法水泥生产线是立足河曲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，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：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：山西省河曲县沙泉乡双神堂村西北0.7 km，中xx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。采用中材装备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》
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。
2、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河曲县沙泉乡双神堂村。
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
拟建场地位于河曲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。河曲县气候干寒，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（%）
Mad
Aad
Vad
St，ad
Qnet，ad（kJ/kg）
4.5
10.30
31.53
0.30
26105

3、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。

— 34 —

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
0~40
800
低NOx燃烧器
0~30
800
矿化剂
10～15
800
分级燃烧
0～50
500～1000
选择性非催化还原技术
30～85
200～500
选择性催化还原技术
50～95
150～500
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。
因此中材装备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。根据水泥已运行的2500t/d 熟料生产线的实际情况，中材装备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。
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
SCR
SNCR
SNCR/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
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。
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：①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；②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；③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<200 mg/Nm3(NO2.10%O2)的水平仅仅在个别情况下实现。
3.3.3选择性非催化还原的工艺技术
以中材装备集团有限公司SNCR专利的工艺流程为例，说明采用氨水（尿素）作为还原剂的SNCR系统流程。氨水（尿素）运输到厂后卸入储存系统，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窗的要求，同时也必须兼顾预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的反应时间，提升脱硝的反应进行程度，实现脱硝成本的经济化配置。
3.3.4影响选择性非催化还原脱硝效率的主要因素
采用SNCR脱硝技术，关键在合理控制SNCR系统的有效性和经济性，如何提高系统的脱硝效率是经济性的优先保障，通常，影响选择性非催化还原脱硝效率的主要因素如下：
1）选择合理的温度窗及适用的脱硝剂。SNCR作为附加烟气处置装置，不应该对窑炉系统的热工制度产生冲击，窑炉热工制度直接决定了可用的脱硝温度窗范围。SNCR技术由于不使用催化剂，要达到NO和NH基团反应所需的活化能，需要合适的温度窗口。当温度低于800℃时，NH3的反应速率下降，NO还原率较低，同时氨的逃逸量增加；但当温度高于1200℃时，NH3的氧化反应开始起主导作用，NH3氧化生成NO，也会导致脱硝效率的降低。
2)合适的温度范围内可以停留的时间。采用SNCR脱硝，通过汽化或热解形成NH3以后，NH3与NO的高温反应需要合理的时间，时间过短，反应不充分，氨基的利用效率下降。时间过长，部分NH氧化反应比例开始增加，NO会增加。
3)反应剂和烟气混合的程度。在SNCR工艺中，NH3与NO充分混合才能达到较高的NO去除率。如果混合不均匀，则会造成局部的NO浓度低，过量的氨会与氧气发生反应，氨的利用率降低，从而NO去除率降低。氨与烟气的混合必须迅速，否则喷入炉内的氨就会被氧化，生成NO或N2。
4)喷入的脱硝剂与系统本底NO形成量之间的化学摩尔比例，通常表示为NH3/NO的形式，简称NSR。理论上NH3与NO反应的物质的量比为1，即NSR=1，实际上由于扩散原因，只有NSR>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，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。根据水泥有限公司已运行的2500t/d 熟料生产线的实际情况，中材装备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、脱硝工程方案
根据前面的分析，水泥有限公司已运行的2500t/d 熟料生产线的实际情况，中材装备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
说明
O2
NO
NOX
氮氧化物本底排放水平
%
ppm
mg/Nm3(NO2.10%O2)
kg NO2/h
kg NO2/t熟料
换算数据
10.81
445
867
257
2.24
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，无需增加设施，可满足300 mg/Nm3(NO2.10%O2)排放要求。
中材装备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，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
主要措施
排放水平
减排比例
mg NO2/（Nm3，10%O2）
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，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。
中材装备集团有限公司的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
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。
中材装备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
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

SNCR工艺流程图

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。
5、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%。
6、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。中材装备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。
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%O2
867
60%