4500td新型干法熟料生产线脱硝工程可行性研究报告

4500td新型干法熟料生产线脱硝工程可行性研究报告内容摘要：

溶洞及滑坡等不良 地质作用，场地稳定，适宜建筑。 7. 其他不利影响分析 本项目的建设场地位于水泥生产线的厂区内，厂区内无可开采的矿藏，没有古迹；对防洪和通航等没有影响。 根据工厂的现有建筑物及场地标高，按照防洪标准“ 50 年一遇 可行性研究报告 19 的高水（潮）位”，合理拟定 工厂 各车间的标高，故 工厂 没有洪水威胁。 可行性研究报告 20 第五章 项目内容及设计原则 1. 项目内容 根据水泥 熟料 生产线及 水泥粉磨系统 的特点，本项目的建设范围如下： 根据老生产线一座 2500t/d 新型干法熟料 产水泥 生产 系统， 新生产线 4500t/d 新型干法熟料 产水泥生产系统 ，分别安装 空气分级燃烧 系统 、 选择性非催化还原 SNCR 技术系统 ， 主要有氨水储存系统，氨水溶液传输模块以及氨水溶液喷射系统 等 ； 配电间（高、低压） 400m2（两处） 脱 硝 车间 4000 m2（两处） 原材料仓库 600 m2 废水处理设施 （ 2 处） 机电维修车间 200m2 化验室 360m2 配套建设 项目的土建、给排水工程 ； 生产线配电系统； 自动控制系统； 2. 设计原则 最大限度的利用水泥生产线 现有可用设备； 技术改造 的建设、生产运行 减少 影响水泥生产系统的正常运行； 保证质量为原则，快速安装、调试好生产设备，让生产 设备 迅速投入生产 ； 系统及设备应选择成熟可靠的节能技术及装备。 可行性研究报告 21 第六章 技术方案论述 1. 水泥行业排放现状和标准的发展 从我国 水泥 工业 NOx 控制技术的使用情况来看，除一些水泥窑采用了低氮燃烧器设计，以及部分新型干法窑通过控制分解炉产生还原性气氛削减 NOx 排放外，基本未采取任何控制措施。 德国近 30年的监测结果显示回转窑废气中 NOx 排放浓度大约在 300 ～ 2200 mg/Nm179。 而国内运行的新型干法水泥窑 NOx 排放浓度尚缺乏系统的统计数据，根据一些不完全的监测数据显示，大约在 800 ～ 1600 mg/Nm179。 左右 , 也有一些数据报道水泥炉窑平均排放浓度为 500 ～ 800 mg/Nm179。 我国在 1985年颁布了第一个水泥行业环保标准，即《水泥工业污染物排放标准》（ GB491585)， 1996年对该标准进行第一次修订，并更名为《水泥厂大气污染物排放标准》 (GB49151996)。 在 GB4915－ 85标准中，没有对水泥炉窑的 NOx排放提出限制，而 GB49151996标准 明确规定 了 水泥厂允许排放 NOx 的排放限值。 2020 年国家颁布了新的《水泥工业大气污染物排放标准》 (GB49152020)，该标准对已建和新建水泥厂的排放要求没有区分， NOx 排放限值和GB49151996 标准规定的水泥炉窑 NOx 排放限值一样，即为 800 mg/Nm179。 和《火电厂大气污染物排放标准》 (GB 132232020)相比 , 该限值远远高于火电厂大气污染物排放限值（ 100 ～ 200 mg/Nm179。 )。 预计随着国家对 NOx 排放控制日益严格和脱硝技术的发展，水泥行业的 NOx 排放标准将趋于更加严格。 NOx 控制技术 的比选 可行性研究报告 22 回转窑是新型干法水泥物料烧成的关键技术装备，也是 NOx 的主要来源。 煅烧水泥熟料时生成一氧化氮 NO的途径主要有四种，即第一种热力 NOx，它是燃料在水泥窑头 1400℃ 以上燃烧时会产生大量 NOx；第二种瞬 发 NOx，它是有碳氢根存在时，于火焰前端瞬发形成的 NOx，一般这种瞬发 NO 生成量的比例很小；第三种燃料 NO，它是由燃料中所含的化学接合氮所产生的。 因为燃料中氮原子的接合能较小，所以在水泥窑系统相对较低温的分解炉内产生的燃料 NOx较多；第四种生料 NOx，它是由窑喂料中含氮的化合物分解 后而形成的 NOx。 在窑废气中 NO2一般仅占 NO+NO2总量的 5％ 以下， NO则占总量的 95％ 以上。 国内运行的干法水泥窑 NOx 排放浓度大约在 900～1700mg/Nm179。 左右。 在我国，新型干法水泥回转窑上常用的 NOx 控制技术主要有以下几种：一是优化窑和分解炉的燃烧制度；二是改变配料方案，掺用矿化剂以求降低熟料烧成温度和时间，改进熟料易烧性；三是采用低 NOx 的燃烧器；四是在窑尾分解炉和管道中的阶段燃烧技术。 然而，即使把上述四种措施全部采用起来，事实上水泥窑的 NOx 排放也很难达到 400mg／ Nm179。 以下。 采用选择性 非催化还原（ SNCR）脱硝法或选择性催化还原（ SCR）脱硝法进一步降低 NOx排放的措施是一个非常有效的降低 NOx 排放的途径。 根据实际情况本项目主要对SNCR 和 SCR 脱硝技术在水泥厂的运用 进行比选。 选择性非催化还原 （ SNCR） 脱硝技术 技术 介绍 选择性非催化还原（ Selective NonCatalytic Reduction，以下简写为 SNCR）技术是一种商业性氮氧化物控制处理技术。 SNCR 技 可行性研究报告 23 术属于燃烧后控制技术，是 将氨水或尿素等氨基物质在一定的条件下与烟气混合，在不使用催化剂的情况下将氮 氧化物还原成为无毒的氮气和水，氨水还原氮氧化物总的化学反应为： 在分解炉或炉膛的中下部喷入还原剂尿素 [CO(NH2)2]或氨水(NH4OH) ,在有部分氧存在的条件下 ,发生以下反应过程。 4NH3 + 4NO + O2 → 4N2 + 6H2O (1) 温度进一步升高 ,则可能发生以下的反应 : 4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O (2) 氨水喷射的过程对于喷入点的烟气温度水平非常敏感，一般认为合适的温度为 800～ 1100 ℃，也就是所谓的“温度 窗口”。 一般来讲影响 SNCR 反应的 关键因素有：反应温度、氨氮 (NH3/ NO)摩尔比、氮氧化物初始浓度、烟气中 O2浓度、停留时间等因素。 SNCR 在实验室内的试验中可以达到 90％以上的氮氧化物脱除率。 应用在水泥工业上，长期现场应用一般能达到 20~80％的 NOx 脱除率。 关键技术问题 SNCR 技术的关键是：还原剂喷射在合适的温度窗口，以及喷入的还原剂与烟气中 NOx 的充分混合，从而实现较高的脱硝效率，降低还原剂的耗量和尾部氨的逃逸量。 1） 喷嘴位置的确定 确定喷嘴位置主要考虑 炉窑 内部的气体温度 ,尿素还原 NOx 反应的适宜 温度为 950℃ ～ 1050℃。 喷嘴的位置选择是否合适，直接决定了 SNCR 的脱硝效率的高低。 喷嘴位置的选择是整个 SNCR 系统最关键的地方。 可行性研究报告 24 选择合适的喷嘴位置，主要通过两种途径来实现： CFD 流场模拟，来确定最佳喷射点； 通过红外线现场测试炉窑内温度分布，确定喷射位置。 2） 尿素溶液的雾化要求 尿素溶液喷入到炉窑后， 要求尿素与 NOx 必须在很短的时间内完成反应 ,否则尿素就会流动到较低的温度区域 ,明显降低尿素还原 NOx的反应程度。 为了使尿素与 NOx 的反应在很短的时间内完成 ,必须对尿素溶液进行良好的雾 化。 对尿素溶液进行良好的雾化 ,必须选择喷嘴的结构和喷嘴处的液体、气体压力和流量。 喷嘴处的液体压力 一般为 ， 喷嘴处的气体压力 一般为。 3）喷嘴的结构 和材质 喷嘴的质量是尿素添加设备的技术关键 ,喷嘴的结构设计应该首先保证使尿素溶液具有良好的雾化效果 ,其次应考虑喷嘴本身处于高温部位 ,应具有良好的耐热性能 ,不易烧损。 水泥炉窑 SNCR 脱硝技术需要注意的几个问题 1）目前国内 一般 没有现成的 50%尿素溶液采购，所以需从化肥厂买来袋装尿素自行配制成尿素溶液。 由于尿素的溶解过程是吸热反应， 在尿素溶液配制过程中需配置功率强大的热源，以防尿素溶解后的再结晶。 在北方寒冷地区的气象条件下，该问题将会暴露的更明显。 2）在整个 SNCR 脱硝工艺中，尿素溶液总是处于被加热状态。 若尿素的溶解水和稀释水（一般为 工业 水）的硬度过高，在加热过程中水中的钙、镁离子析出会造成脱硝系统的管路结垢、堵塞。 因 可行性研究报告 25 此，必须在尿素中添加阻垢剂或采用除盐水作为脱硝工艺水。 3）由于喷嘴喷射器工作在 炉窑 内部高温区，为防止喷 射器 冷却水 管路内部结垢 ， 需采用除盐水作为多喷嘴喷射器 冷却水。 4）在 SNCR脱硝工艺中，厂用气的耗量也是较大的。 喷射雾化 、设备冷却需 、 管路吹扫 都 需要厂用气。 水泥炉窑选择性催化还原（ SCR）脱硝技术 选择性催化还原 SCR 降低 NOx 原理 选择性催化还原法（ SCR）是利用还 原剂在催化剂作用下有选择性地与炉窑中的氮氧化物（主要是一氧化氮和二氧化氮）发生化学反应，生成氮气和水，从而减少烟气中氮氧化物排放的一种脱硝工艺。 运用 SNCR脱硝技术，确保水泥窑 NOx的排放稳定在 800mg／ Nm179。 ，是可以比较可靠的实现。 但要达到 400 mg／ Nm179。 以下甚至更低，单独依靠 SNCR已不能稳定可靠地实现，必须和 SCR脱硝技术结合起来。 SCR 脱硝技术的原理如下： 4NO+4NH3+O2→ 4N2+6H2O 4NH3+2NO2+O2→ 3N2+6H2O NO2+NO+2NH3→ 2N2+3H2O 工艺流程 在窑尾预热器和增湿塔之间增设一个 SCR 反应塔，将预热器的废气由该反应塔上部导入，与喷入塔内的氨水或尿素等还原剂相混合，借助反应塔内多层催化剂的催化作用，确保脱氮反应更充分地 可行性研究报告 26 完成，催化剂由 V2O W2O3等活性组分制成的。 水泥行业 SCR脱硝工艺流程图如图 2 所示。 1喷氨格栅 2整流格栅 3催化剂 4SCR 反应器 图 61 干法水泥窑脱硝 SCR 工艺流程图 SCR脱硝工艺装置的主要组成部分包括一个 SCR反应器、一个储罐及一个还原剂注入系统。 还原剂即可是带压的无水液氨 , 也可是常压下的 氨水溶液 (通常重量浓度为 25%)。 当采用氨水或尿素溶液时 ,通常将其通过位于导管或滑流的雾化喷嘴直接注入到烟气通道中。 无水液氨的储存压力取决于储罐的温度。 液氨通过蒸发器中的蒸汽、热水或电被蒸发。 然后 , 蒸发的氨气经空气稀释 , 通过注入系统被注入到烟气中。 注入系统有许多注射喷嘴组成 ,使氨和烟气均匀分布。 另一方面 , 在喷嘴数量较少的情况下 , 可以结合一个静态混合器一起使用。 氨气在烟气内的均匀分布对于实现 NOX 的有效还原、较低的氨逸出量以及由此达到催化剂的有效利用都十分重要。 考虑到脱硝催化剂的投资成本较高，水泥炉 窑很少单独依靠 SCR来实现对氮氧化物的控制。 在要求较低的排放浓度的情况下，一般采取把 SCR 与 SNCR结合起来的联合脱硝技术。 可行性研究报告 27 水泥炉窑 SCR 脱硝工艺需要注意的问题 1）高粉尘浓度对催化剂的影响大 水泥炉窑尾部的粉尘含量可高达 80～ 100g/Nm179。 ，易造成催化剂孔隙堵塞，使系统压降迅速增加，给引风机的正常运行造成严重威胁，从而影响水泥炉窑生产线长期稳定运行。 水泥炉窑 SCR 脱硝工艺对催化剂的堵塞和磨损，提出了更高的要求。 2）催化剂中毒问题 水泥炉窑烟气中钠 、钾等水溶性碱金属化合物易与催化剂中的V2O5 反应导致催化剂中毒，从而降低催化剂的活性。 同时，水泥炉窑烟气中的 CaO含量较高，易于 SO3反应生成 CaSO4，覆盖催化剂的表面，降低催化剂的活性。 水泥炉窑 SCR 脱硝系统中，由于烟气中碱性金属氧化物含量较高，要特别注意催化剂的中毒问题。 水泥炉窑 SNCR+SCR 联合脱硝技术 SNCR+SCR 联合脱硝的特点 1） 催化剂用量小 SCR工艺由于催化剂非常昂贵，使得 SCR系统的投资很大。 并且由于需要定期更换，运行费用也很高。 SNCR+SCR 联合脱硝工艺由于首先采用了 SNCR 工艺初步脱硝，脱硝效 率可以达到 40%甚至更高，降低了对催化剂的依赖。 与 SCR 工艺相比，混合工艺的催化剂用量可以大大减少。 2） SCR 反应塔体积小，空间适应性强 可行性研究报告 28 由于联合脱硝工艺催化剂用量少，通过对烟道、扩展烟道等进行改造来布置 SCR 反应器，大大缩短了反应器上游烟道长度。 它与单一的 SCR 工艺相比，不需要复杂的钢结构，节省了投资且不受场地的限制。 3） 脱硝系统阻力小 由于联合脱硝工艺的催化剂用量少， SCR反应器体积小，其前部烟道较短因此，与传统 SCR 工艺相比，系统压降将大大减小，减少了引风机改造的工作量，降低了运行费用。 4）减少 SO2向 SO3的转化，降低腐。