《水泥燒成系統(tǒng)脫硝技術(shù)控制規(guī)范》

1、水泥燒成系統(tǒng)脫硝技術(shù)控制規(guī)范水泥燒成系統(tǒng)脫硝技術(shù)控制規(guī)范編編 制制 說(shuō)說(shuō) 明明中國(guó)中材國(guó)際工程股份有限公司中國(guó)中材國(guó)際工程股份有限公司合肥水泥研究設(shè)計(jì)院合肥水泥研究設(shè)計(jì)院2014 年年 7 月月水泥燒成系統(tǒng)脫硝技術(shù)控制規(guī)范編制說(shuō)明一、一、前言前言隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速穩(wěn)定發(fā)展，大氣污染物排放量不斷增加，由此引發(fā)了一系列的環(huán)境問(wèn)題。 “十二五規(guī)劃綱要”明確提出了推進(jìn)火電、鋼鐵、有色、化工、建材等行業(yè)的 SO2和 NOx的治理工作。建材行業(yè)是其中重點(diǎn)治理的行業(yè)之一。水泥工業(yè)作為建材工業(yè)的主要力量，產(chǎn)量由 2000 年的 5.97 億噸，到 2005 年增加為 10.6 億噸，2010 年水泥產(chǎn)能為

2、 18.68 億噸。對(duì)應(yīng)的 NOx排放量分別為 77 萬(wàn)噸、136 萬(wàn)噸、200 萬(wàn)噸。2013 年全國(guó)熟料產(chǎn)量為 13.6 億噸、水泥產(chǎn)量為 24.1 億噸，同比增長(zhǎng) 9.6%。水泥行業(yè)是全國(guó)高能耗重污染行業(yè)，對(duì)環(huán)境的壓力日趨增大。經(jīng)初步估算，顆粒物排放占全國(guó)排放總量的 2030%，SO2排放占全國(guó)排放總量的 56%，NOx排放占全國(guó)排放總量的 1015%。國(guó)家發(fā)改委數(shù)據(jù)顯示：截止 2010 年底，國(guó)內(nèi)新型干法水泥生產(chǎn)線已達(dá) 1300 多條。4000t/d、5000t/d 規(guī)模水泥線占 60%左右，總計(jì) 800 多條。2009 年，中國(guó)建材研究總院和合肥水泥研究設(shè)計(jì)院共同對(duì)我國(guó)代表性的 15

3、00t/d 規(guī)模以上的 9 條新型干法水泥窯進(jìn)行了 NOx測(cè)試，檢測(cè)結(jié)果表明：5000t/d、2500t/d 和1500t/d 窯的 NOx排放分別平均為：600mg/Nm3、1100mg/Nm3和 1600mg/Nm3，全國(guó)新型干法水泥窯氮氧化物排放量加權(quán)平均值約為 800mg/Nm3。十二五期間，NOx被納入控制目標(biāo)，各類政策法規(guī)及控制標(biāo)準(zhǔn)相繼出臺(tái)：1) 國(guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā)“十二五”節(jié)能減排綜合性工作方案的通知 （國(guó)發(fā)201126 號(hào)）：“推動(dòng)燃煤電廠、水泥等行業(yè)脫硝，氮氧化物削減 358 萬(wàn)噸” ；“新型干法水泥窯實(shí)施低氮燃燒，配套建設(shè)脫硝設(shè)施” 。2) 國(guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā)國(guó)家環(huán)境保護(hù)“十二五”

4、規(guī)劃的通知 （國(guó)發(fā)201142 號(hào)）： 聯(lián)防聯(lián)控重點(diǎn)區(qū)域，實(shí)施大氣污染物特別排放限值； 對(duì)水泥等行業(yè)SO2、NOx和 PM 進(jìn)行控制，新型干法水泥窯進(jìn)行低氮燃燒改造，新建水泥線安裝效率大于 60%脫硝設(shè)施。3) 國(guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā)節(jié)能減排“十二五”規(guī)劃的通知 （國(guó)發(fā)201240 號(hào)）： 2015 年水泥行業(yè) NOx排放量控制在 150 萬(wàn)噸； 推廣大型新型干法水泥線，普及純低溫余熱發(fā)電； 水泥行業(yè)新型干法窯實(shí)施降氮脫硝，新建改擴(kuò)建水泥線脫硝效率大于 60%。4) 重點(diǎn)區(qū)域大氣污染防治“十二五”規(guī)劃 （環(huán)發(fā)2012130 號(hào)） 。水泥行業(yè)屬于污染控制重點(diǎn)，建設(shè)、淘汰落后、NOx治理、粉塵治理等有明確

5、要求 。5) GB 4915-2013水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn) 、GB 30485-2013水泥窯協(xié)同處置固體廢物污染控制標(biāo)準(zhǔn)等標(biāo)準(zhǔn)已于 2013 年 12 月 16 日由環(huán)保部批準(zhǔn)，其中新建企業(yè)自 2014 年 3 月 1 日起、現(xiàn)有企業(yè)自 2015 年 7 月 1 日起開始實(shí)施。新標(biāo)準(zhǔn)對(duì)環(huán)保指標(biāo)的控制較嚴(yán)，且比多數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家要嚴(yán)格。其中 NOx的指標(biāo)要求為 400mg/Nm，重點(diǎn)地區(qū)為 320mg/Nm，這勢(shì)必對(duì)水泥行業(yè)的帶來(lái)一定壓力。國(guó)內(nèi)各省市在“十二五”期間也對(duì)其轄區(qū)內(nèi)的水泥企業(yè)提出了 NOx 減排政策和要求，詳見表 1。表表1 1 各地各地NOx減排政策減排政策序號(hào)序號(hào)省省/市市執(zhí)行

6、范圍執(zhí)行范圍執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)路徑技術(shù)路徑最后期限最后期限1北京市所有水泥窯270mg/Nm3“十二五”末2河北省所有水泥窯500mg/Nm3“十二五”末所有現(xiàn)役新型干法窯低氮燃燒+脫硝設(shè)備2014年6月3山西省4000t/d以上熟料線脫硝效率60%脫硝設(shè)備2013年底2000t/d及以上新型干法水泥生產(chǎn)線脫硝效率30%低氮燃燒2012年底4陜西省2500t/d以上新型干法水泥生產(chǎn)線脫硝效率60%低氮燃燒+SNCR2013年底5杭州市所有水泥窯150mg/Nm32013年底現(xiàn)有2000t/d及以上新型干法水泥生產(chǎn)線脫硝效率40%SNCR“十二五”末6四川省新建、改擴(kuò)建項(xiàng)目脫硝效率70%低氮燃

7、燒“十二五”+SNCR末所有現(xiàn)役2000t/d新型線脫硝效率30%低氮燃燒2013年底7湖南省4000t/d以上熟料線脫硝效率60%低氮燃燒+SNCR2013年底新建新型干法水泥項(xiàng)目脫硝效率60%4000t/d以上新型干法水泥生產(chǎn)線脫硝效率60%2012年底20004000t/d（含2000t/d）新型干法水泥生產(chǎn)線脫硝效率50%2013年底8福建省2000t/d以下新型干法水泥生產(chǎn)線脫硝效率30%2013年底9廣東省所有水泥窯530mg/Nm3絕大多數(shù)新型干法水泥生產(chǎn)企業(yè)，不設(shè)置脫硝系統(tǒng)，很難達(dá)到這一標(biāo)準(zhǔn)，因此，采用合適的脫硝減排技術(shù)滿足國(guó)家污染物減排的政策要求和法規(guī)規(guī)定已成為水泥工業(yè)氮氧化

8、物減排技術(shù)快速發(fā)展的要?jiǎng)?wù)。二、二、任務(wù)來(lái)源和工作簡(jiǎn)況任務(wù)來(lái)源和工作簡(jiǎn)況2013 年 12 月 31 日，工業(yè)和信息化部辦公廳關(guān)于印發(fā) 2013 年第四批行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制修訂計(jì)劃的通知（工信廳科2013217 號(hào)文） ，下達(dá)了（2013-2042T-JC） 水泥工廠脫硝技術(shù)規(guī)范節(jié)能領(lǐng)域行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目。2014 年 2 月 28 日，中國(guó)建材聯(lián)合會(huì)標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量部在北京組織召開了水泥工廠脫硝技術(shù)規(guī)范行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)編制工作啟動(dòng)會(huì)，中國(guó)建筑材料聯(lián)合會(huì)標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量部、中國(guó)中材國(guó)際工程股份有限公司、合肥水泥研究設(shè)計(jì)院、中材裝備集團(tuán)、中材國(guó)際環(huán)境工程（北京）有限公司、山東天璨環(huán)?？萍加邢薰尽⒔K科行集團(tuán)、廣東南大環(huán)保有限公司等單

9、位參加了會(huì)議。因該項(xiàng)目與住建部下達(dá)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃重復(fù)，會(huì)議重點(diǎn)討論標(biāo)準(zhǔn)名稱的調(diào)整、標(biāo)準(zhǔn)范圍，成立標(biāo)準(zhǔn)編制工作組，工作分工、時(shí)間節(jié)點(diǎn)的安排等。會(huì)后經(jīng)專家協(xié)商一致，標(biāo)準(zhǔn)名稱改為水泥燒成系統(tǒng)脫硝技術(shù)控制規(guī)范 ；調(diào)整負(fù)責(zé)起草單位為：中國(guó)中材國(guó)際工程股份有限公司和合肥水泥研究設(shè)計(jì)院。經(jīng)過(guò) 4 個(gè)月的努力，標(biāo)準(zhǔn)工作組查閱了大量的技術(shù)資料和相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合多年來(lái)對(duì)水泥工廠脫硝系統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工、安裝、調(diào)試與驗(yàn)收及運(yùn)行等方面的工作經(jīng)驗(yàn)，起草小組于 2014 年 7 月提出了本標(biāo)準(zhǔn)的工作組討論稿。2014 年 7 月 18 日，由中國(guó)建筑材料聯(lián)合會(huì)在南京組織召開了該標(biāo)準(zhǔn)的第二次工作研討會(huì)，中材裝備集團(tuán)有限公司、

10、中材國(guó)際環(huán)境工程（北京）有限公司、山東天璨環(huán)?？萍加邢薰尽⒅袊?guó)建筑材料科學(xué)研究總院、北京建筑材料科學(xué)研究總院、葛洲壩集團(tuán)水泥有限公司等多家相關(guān)單位的專家提出了大量寶貴的意見。起草小組根據(jù)研討會(huì)會(huì)議紀(jì)要的修改意見，對(duì)工作組討論稿的相應(yīng)條款進(jìn)行了修改、細(xì)化、刪節(jié)、補(bǔ)充和論證，于 2014 年 8 月中旬完成了征求意見稿，并以書面文稿和電子郵件兩種形式發(fā)送至相關(guān)企業(yè)及相關(guān)部門的專家。本標(biāo)準(zhǔn)適用于各級(jí)政府建筑材料行業(yè)主管部門、各級(jí)環(huán)保部門、各設(shè)計(jì)單位和水泥熟料生產(chǎn)企業(yè)對(duì)脫硝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、運(yùn)行、維護(hù)等工作。三、三、標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)名稱更改說(shuō)明名稱更改說(shuō)明2014 年，中華人民共和國(guó)住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部下達(dá)了水泥工廠

11、脫硝技術(shù)規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)任務(wù)（住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部原行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃為“水泥工廠脫硝設(shè)計(jì)規(guī)范” ） 。該任務(wù)的名稱范圍與本標(biāo)準(zhǔn)一致，為避免標(biāo)準(zhǔn)間的重復(fù)，本標(biāo)準(zhǔn)將定位為脫硝技術(shù)的控制規(guī)范。同時(shí)，為突出標(biāo)準(zhǔn)的適用性，且水泥企業(yè)生產(chǎn)線的 NOx僅在水泥燒成系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生和排放。起草組將標(biāo)準(zhǔn)名稱改為水泥燒成系統(tǒng)脫硝技術(shù)控制規(guī)范 。四、四、標(biāo)準(zhǔn)選用技術(shù)范圍的說(shuō)明標(biāo)準(zhǔn)選用技術(shù)范圍的說(shuō)明現(xiàn)階段，應(yīng)用于水泥窯爐 NOx排放控制的技術(shù)有低氮燃燒器、空氣分級(jí)燃燒技術(shù)、燃料分級(jí)燃燒技術(shù)、添加礦化劑、選擇性非催化還原 SNCR 法和選擇性催化還原法SCR。本標(biāo)準(zhǔn)重點(diǎn)考慮到脫硝技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性、適用性和可操作性，且有利于推廣無(wú)二次污染、成本

12、低、但操作水平要求高的脫硝控制技術(shù)。本標(biāo)準(zhǔn)的脫硝技術(shù)控制要求主要針對(duì)窯頭低氮燃燒、空氣分級(jí)燃燒、燃料分級(jí)燃燒和 SNCR 等四種方法（SCR 技術(shù)在國(guó)內(nèi)水泥行業(yè)尚無(wú)實(shí)例，無(wú)法驗(yàn)證） 。五、五、標(biāo)準(zhǔn)主要技術(shù)內(nèi)容說(shuō)明標(biāo)準(zhǔn)主要技術(shù)內(nèi)容說(shuō)明5.1 水泥廠水泥廠NOx產(chǎn)生環(huán)節(jié)分析產(chǎn)生環(huán)節(jié)分析目前國(guó)內(nèi)水泥生產(chǎn)工藝主要有立窯和新型干法窯，由于立窯生產(chǎn)工藝存在著能耗高、污染大、水泥質(zhì)量不穩(wěn)定等缺點(diǎn)，國(guó)家已逐步淘汰立窯并向新型干法窯轉(zhuǎn)變，通過(guò)近幾年的發(fā)展，新型干法窯所占比例越來(lái)越大。新型干法窯的燒成工藝決定了其氮氧化物的排放量比立窯高，新型干法窯噸熟料的氮氧化物排放量約為立窯的 3 倍。新型干法水泥生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)

13、生的氮氧化物，主要來(lái)自回轉(zhuǎn)窯和分解爐，回轉(zhuǎn)窯內(nèi)主要是煅燒時(shí)物料熔融和礦物重結(jié)晶過(guò)程，物料溫度必須超過(guò) 1400，通常水泥窯主燃燒器形成的火焰溫度 18002200，在如此高溫下，窯內(nèi)氣流中的氧氣和氮?dú)鈺?huì)反應(yīng)生成氮氧化物，通常稱之為熱力型 NOx。在水泥生產(chǎn)過(guò)程中，大約 60%的煤粉進(jìn)入分解爐，爐內(nèi)溫度一般在 8501000之間，在此溫度下，基本可以不考慮熱力型NOx的形成，但是煤粉自身的氮元素會(huì)與氧氣發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生氮氧化物，通常稱之為燃料型 NOx。水泥窯爐內(nèi)產(chǎn)生的 NOx主要有三種方式：高溫下 N2與 O2反應(yīng)生成的熱力型 NOx、燃料中固定氮生成的燃料型 NOx、低溫火焰下由于含碳自由基的

14、存在生成的瞬時(shí)型NOx。簡(jiǎn)而言之，熱力型 NOx是由于燃燒反應(yīng)的高溫使得空氣中的 N2與 O2直接反應(yīng)而生成的；燃料型 NOx就是由燃料中的 N 與氧氣反應(yīng)而產(chǎn)生的；瞬時(shí)型 NOx是由于在燃燒反應(yīng)的過(guò)程中空氣中的 N2與燃料燃燒過(guò)程中的部分中間產(chǎn)物反應(yīng)而產(chǎn)生的。新型干法水泥窯產(chǎn)生 NOx的最主要來(lái)源：窯頭和窯尾的燃料型 NOx以及回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的熱力型 NOx。5.2 NOx控制技術(shù)控制技術(shù)5.2.1 降低燒成溫度法降低燒成溫度法水泥回轉(zhuǎn)窯主燃燒器的火焰溫度約為 16001900，有的預(yù)分解窯系統(tǒng)甚至超過(guò)2000，氣流在 1200以上的停留時(shí)間一般超過(guò) 3s，高溫對(duì)減少熱力型 NOx不利，溫度每上升

15、 100，NOx的生成量就會(huì)成倍增長(zhǎng)。通過(guò)調(diào)整配料、加礦化劑等方法可以降低燒成溫度從而減少熱力型 NOx的形成，但燒成溫度降低會(huì)影響水泥熟料的質(zhì)量，況且加入礦化劑等添加劑也會(huì)帶來(lái)新的污染源，目前該技術(shù)很少使用。5.2.2 電子束輻照法電子束輻照法 電子束輻照法屬于干式氨法脫硝技術(shù)，但此處的氨不是還原劑，而是中和劑。工作原理：在電子束輻照下，煙氣中的 O2和 H2O 被高能電子激發(fā)產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的活性基團(tuán) O、OH 和 H2O，煙氣中的 NOx被這些活性基團(tuán)迅速氧化成 NO2，并與 H2O 作用生成 HNO3。HNO3與噴入煙氣中的氨發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生硝銨，從而達(dá)到脫除 NOx的目的。這種技術(shù)預(yù)期

16、脫 NOx效果較好，但設(shè)備費(fèi)用和電耗可能比較高，目前還處于實(shí)驗(yàn)研究階段有待進(jìn)一步完善。5.2.3 窯頭低氮燃燒窯頭低氮燃燒 低氮燃燒脫硝技術(shù)是指在傳統(tǒng)的燃燒器基礎(chǔ)上，通過(guò)合理減小燃燒器的一次風(fēng)量，加大軸流風(fēng)和旋流風(fēng)的噴射風(fēng)速，增加噴射風(fēng)的推力，提升對(duì)高溫燃燒煙氣回流的卷吸作用，調(diào)整燃燒火焰周邊氣氛燃燒的條件，實(shí)現(xiàn)對(duì)火焰燃燒溫度的穩(wěn)定化控制，通過(guò)降低火焰峰值溫度的方式實(shí)現(xiàn)抑制熱力氮氧化物的形成。5.2.4 空氣分級(jí)燃燒空氣分級(jí)燃燒 空氣分級(jí)燃燒脫硝技術(shù)是指在分解爐內(nèi)合理布置三次風(fēng)的供給，在分解爐內(nèi)通過(guò)調(diào)整燃燒溫度和燃燒氣氛，在中下部的主燃燒區(qū)域形成碳?xì)浠鶊F(tuán)、CO、HCN、CN、NHi 等還原氣氛

17、，還原回轉(zhuǎn)窯內(nèi)形成的氮氧化物，剩余的三次風(fēng)在分解爐的上部區(qū)域加入保證尾煤的燃盡。 采用空氣分級(jí)燃燒脫硝技術(shù)，燃燒速度的調(diào)整主要通過(guò)控制生料進(jìn)入分解爐不同層段的分料比例和三次風(fēng)進(jìn)入分解爐的上下比例，燃燒速度的快慢直接影響燃燒氣氛的建立，對(duì)分料閥的調(diào)整及操作優(yōu)化是影響三次風(fēng)分風(fēng)效果的關(guān)鍵因素，因此對(duì)分解爐內(nèi)燃料的燃燒組織和上下風(fēng)量的調(diào)整優(yōu)化必須進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，才能保證在分解爐內(nèi)形成預(yù)期的還原氣氛控制要求。5.2.5 燃料分級(jí)燃燒脫硝技術(shù)燃料分級(jí)燃燒脫硝技術(shù) 分級(jí)燃燒脫硝的基本原理是在煙室和分解爐之間建立還原燃燒區(qū)，將原分解爐用煤的一部分均布到該區(qū)域內(nèi)，使其缺氧燃燒以便產(chǎn)生 CO、CH4、H2、HC

18、N 和固定碳等還原劑。這些還原劑與窯尾煙氣中的 NOx 發(fā)生反應(yīng)，將 NOx 還原成 N2 等無(wú)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(chǎn)生，從而實(shí)現(xiàn)水泥生產(chǎn)過(guò)程中的 NOx減排。利用原有分解爐煤粉輸送系統(tǒng)，在分解爐送煤管路上，增設(shè)幾臺(tái)煤粉分配器，將原先進(jìn)分解爐錐部的兩股煤粉分成若干股，新增的若干股煤進(jìn)入煙室，利用煙室部位低氧含量和氣流溫度高的工藝特點(diǎn)，讓煤粉在煙室內(nèi)缺氧燃燒產(chǎn)生還原氣氛，并在高溫條件下與來(lái)自窯內(nèi)的氮氧化物發(fā)生反應(yīng)，將氮氧化物轉(zhuǎn)變成無(wú)污染的 N2。當(dāng)新增煤粉進(jìn)入煙室時(shí)，會(huì)引起煙室區(qū)域局部高溫，導(dǎo)致煙室結(jié)皮加重，為了解決該問(wèn)題，在煤粉管路上設(shè)置煤粉增速

19、器，讓煤粉盡可能的不貼壁，不讓煤粉在煙室壁上“糊墻” 。同時(shí)，新增下料管，即將 C4 級(jí)筒下料管進(jìn)行分料處理，在煙室上新增一個(gè)下料點(diǎn)，利用生料分解吸熱的特點(diǎn)，降低煙室局部高溫。影響分級(jí)燃燒脫硝技術(shù)應(yīng)用及效果的主要因素包括：原、燃料的情況、煤粉在脫硝區(qū)的停留時(shí)間、窯尾的氧含量等。1）嚴(yán)格控制原、燃料中的有害成分，生料中的 Cl0.015%(0.02%max)，K2O+Na2O1%，硫堿比：0.61，燃料中的 S1.5%，以保證系統(tǒng)的正常穩(wěn)定；2）相對(duì)無(wú)煙煤而言，煙煤的高揮發(fā)份能夠提供更多還原物質(zhì)，提高分級(jí)燃燒的脫硝效率；3）窯尾煙室的氧含量越低（O21.2%） ，分級(jí)燃燒的脫硝效果越好。在窯尾氧

20、含量高于 3.5%時(shí)，分級(jí)燃燒難以取得明顯效果；4）脫硝區(qū)空間需能夠滿足煤粉及還原性物質(zhì)還原 NOx所需的停留時(shí)間。5.2.6 SNCR 脫硝技術(shù)脫硝技術(shù) SNCR 是選擇性非催化還原，其原理是：將還原劑（氨水或尿素水溶液）通過(guò)霧化噴射系統(tǒng)直接噴入分解爐合適溫度區(qū)域，霧化后的氨與 NOx（NO、NO2等混合物）進(jìn)行選擇性非催化還原反應(yīng)，將 NOx 轉(zhuǎn)化成無(wú)污染的 N2和水。還原劑噴入點(diǎn)位置至關(guān)重要，當(dāng)噴入點(diǎn)溫度過(guò)低，脫硝效率會(huì)降低；當(dāng)噴入點(diǎn)溫度過(guò)高，還原劑會(huì)直接被氧化成 N2和 NO，最終也會(huì)影響脫硝效率。因此為了提高脫硝反應(yīng)效率并實(shí)現(xiàn) NH3 的逃逸最小化，噴入點(diǎn)的選擇需滿足以下條件：溫度窗

21、口合適；噴入的位置沒(méi)有火焰；還原劑在反應(yīng)區(qū)域有足夠的停留時(shí)間。當(dāng)使用氨水時(shí)，霧化后的氨水直接與 NOx（NO、NO2等混合物）進(jìn)行選擇性非催化還原反應(yīng)，將 NOx 轉(zhuǎn)化成 N2；當(dāng)使用尿素時(shí)，尿素首先在分解爐內(nèi)分解成氨氣（NH3） ，然后再與 NOx進(jìn)行選擇性非催化還原反應(yīng)，將 NOx 轉(zhuǎn)化成 N2。氨與氮氧化物的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，這部分熱量與氨水和水的蒸發(fā)所吸收熱量基本相當(dāng)，還原劑的噴入對(duì)分解爐熱工特性及整個(gè)燒成系統(tǒng)熱耗的影響甚微。六、六、主要試驗(yàn)（或驗(yàn)證）情況分析主要試驗(yàn)（或驗(yàn)證）情況分析6.1 窯頭低氮燃燒窯頭低氮燃燒 低 NOx燃燒器主要通過(guò)調(diào)整控制火焰燃燒峰值區(qū)域的燃料燃燒溫度和燃燒的

22、助燃?xì)夥照{(diào)整達(dá)到降低氮氧化物排放。因此，不同燃燒特性的燃料（煤種、細(xì)度、水分等）其脫硝效果存在著較大的差異性，在操作上燃燒器調(diào)整旋流風(fēng)與軸流風(fēng)分配關(guān)系、冷卻機(jī)操作習(xí)慣、窯爐兩列的配風(fēng)平衡等工藝操作條件對(duì)燃燒器脫硝效果的好壞有著直接的影響。因此低 NOx燃燒器的應(yīng)用往往體現(xiàn)更多的是現(xiàn)場(chǎng)的操作優(yōu)化調(diào)整上。Steinbi 在五個(gè)回轉(zhuǎn)窯上安裝了 Pyro-Jet 低氮燃燒器，脫硝效率 15%30%；Pillard在四個(gè)回轉(zhuǎn)窯上安裝了 Rotaflam 低氮燃燒器，脫硝效率 23%47%；河南某水泥公司采用 WSDD 低氮燃燒器，脫硝效率 15%20%；浙江某水泥廠采用 DJGX 低氮燃燒器，脫硝效率

23、20%30%。6.2 空氣分級(jí)燃燒空氣分級(jí)燃燒空氣分級(jí)燃燒脫硝技術(shù)主要是在分解爐內(nèi)建設(shè)還原區(qū)脫除回轉(zhuǎn)窯內(nèi)產(chǎn)生的 NOx。根據(jù)表 2 統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)有水泥生產(chǎn)線的空氣分級(jí)燃燒脫硝效率為 10%25%。表表 2 空氣分級(jí)燃燒空氣分級(jí)燃燒脫硝效率脫硝效率廠家脫硝前 NOx平均排放濃度mg/Nm3,10%O2脫硝后 NOx平均排放濃度mg/Nm3,10%O2脫硝效率%金隅涉縣74059519.6大連水泥79864019.8金隅太行69360313.0中材湘潭88064027.36.3 燃料分級(jí)燃燒燃料分級(jí)燃燒燃料分級(jí)燃燒脫硝技術(shù)是指將燃料在煙室至分解爐底部不同位置送入通過(guò)不完全燃燒形成還原性氣氛，在高溫和還

24、原性氣氛條件下，利用還原燃燒產(chǎn)生的碳?xì)浠鶊F(tuán)、CO、HCN、CN、NHi等活性基團(tuán)還原回轉(zhuǎn)窯內(nèi)形成的氮氧化物，剩余的燃料和三次風(fēng)在主燃燒區(qū)域的末端加入保證燃料的燃盡。燃料分級(jí)燃燒脫硝技術(shù)通過(guò)燃燒配風(fēng)及燃燒溫度調(diào)整保證在主還原區(qū)內(nèi)形成有效的還原氣氛，因此生料分料閥的調(diào)整及助燃風(fēng)的噴射控制是影響脫硝效率的主要因素。在還原氣氛的控制上，應(yīng)綜合還原區(qū)結(jié)皮生長(zhǎng)特點(diǎn)及燃燒高溫區(qū)域的形成情況進(jìn)行合理的調(diào)整控制。燃料分級(jí)燃燒脫硝技術(shù)也是脫除回轉(zhuǎn)窯內(nèi)產(chǎn)生的 NOx。根據(jù)表 3 統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)有水泥生產(chǎn)線的燃料分級(jí)燃燒脫硝效率為 15%30%。表表3 3 燃料分級(jí)燃燒脫硝效率燃料分級(jí)燃燒脫硝效率廠家脫硝前 NOx平均排放

25、濃度mg/Nm3,10%O2脫硝后 NOx平均排放濃度mg/Nm3,10%O2脫硝效率%東方希望66046130.2江蘇金峰57345620.4華潤(rùn)封開91175117.6貴州黔桂46031032.66.4 SNCR 脫硝技術(shù)脫硝技術(shù)SNCR 脫硝技術(shù)在沒(méi)有催化劑的條件下，利用還原劑在一定的溫度窗口有選擇性地與煙氣中的氮氧化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成氮?dú)夂退瑥亩鴾p少煙氣中氮氧化物排放的一種脫硝工藝。還原劑的噴入點(diǎn)一般是分解爐的出口，該處溫度 9001100，分解爐內(nèi)煤粉基本燃盡，氮氧化物完全釋放。SNCR 脫硝技術(shù)脫除回轉(zhuǎn)窯和分解爐內(nèi)產(chǎn)生的總 NOx，圖 1 和圖 2 統(tǒng)計(jì)了 30 家新型干法水泥

26、窯采用 SNCR（氨水為還原劑）脫硝技術(shù)前后的氮氧化物排放濃度以及脫硝效率。如圖所示，SNCR 脫硝效率一般在 60%80%。圖 1 SNCR 脫硝前后 NOx平均排放濃度圖 2 SNCR 脫硝效率七、七、標(biāo)準(zhǔn)中如果涉及專利，應(yīng)有明確的知識(shí)產(chǎn)權(quán)說(shuō)明；標(biāo)準(zhǔn)中如果涉及專利，應(yīng)有明確的知識(shí)產(chǎn)權(quán)說(shuō)明；本標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有涉及相關(guān)專利。八、八、產(chǎn)業(yè)化情況、推廣應(yīng)用論證和預(yù)期達(dá)到的經(jīng)濟(jì)效果等情況產(chǎn)業(yè)化情況、推廣應(yīng)用論證和預(yù)期達(dá)到的經(jīng)濟(jì)效果等情況8.18.1 產(chǎn)業(yè)化情況概述產(chǎn)業(yè)化情況概述中國(guó)中材國(guó)際工程股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱“中材國(guó)際” ）于 2002 年至 2004 年，承擔(dān)了國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863 計(jì)劃）

27、課題水泥預(yù)分解窯系統(tǒng)降低氮氧化物的技術(shù)研究 ，2008 年承擔(dān)國(guó)家重大產(chǎn)業(yè)技術(shù)開發(fā)項(xiàng)目降低水泥窯氮氧化物排放的關(guān)鍵技術(shù)開發(fā) 。2009 年承擔(dān)江蘇省科技成果轉(zhuǎn)化專項(xiàng)資金項(xiàng)目新型干法水泥生產(chǎn)過(guò)程 NOx減排技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化研究 。8.28.2 產(chǎn)業(yè)化技術(shù)方案產(chǎn)業(yè)化技術(shù)方案產(chǎn)業(yè)化的主要技術(shù)方案是將燃料分級(jí)燃燒和 SNCR 技術(shù)相結(jié)合，在煙氣中 NOx初始濃度不高或環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)要求不高時(shí)，采用幾乎沒(méi)有運(yùn)行成本的分級(jí)燃燒脫氮技術(shù)；而在 NOx初始濃度較高或環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)苛刻時(shí)，同時(shí)使用分級(jí)燃燒和 SNCR 兩種脫氮技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高脫氮效率和低運(yùn)行成本的目標(biāo)。8.38.3 產(chǎn)業(yè)化前景產(chǎn)業(yè)化前景隨著我國(guó)工業(yè)的持續(xù)發(fā)

28、展，由氮氧化物等污染物引起的臭氧和細(xì)粒子污染問(wèn)題日益突出，成為當(dāng)前迫切需要解決的環(huán)境問(wèn)題。2011 年全國(guó)人大審議通過(guò)了“十二五”規(guī)劃綱要，提出將氮氧化物首次列入約束性指標(biāo)體系，要求“十二五”期間工業(yè)氮氧化物排放減少 10%，氮氧化物減排已經(jīng)成為我國(guó)污染治理和減排的重點(diǎn)。工業(yè)和信息化部發(fā)布的水泥行業(yè)準(zhǔn)入條件 （工原2010第 127 號(hào)文件） “對(duì)水泥行業(yè)大氣污染物實(shí)行總量控制，新建或改擴(kuò)建水泥（熟料）生產(chǎn)線項(xiàng)目須配置脫除 NOx 效率不低于 60%的煙氣脫氮裝置” 。基于國(guó)家環(huán)保部門對(duì)當(dāng)前我國(guó)新型干法水泥工業(yè)NOx減排工作的實(shí)際要求，有必要將 NOx減排技術(shù)（分級(jí)燃燒技術(shù)、SNCR 技術(shù)或集

29、成技術(shù)）進(jìn)行推廣和進(jìn)一步大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。8.48.4 產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用情況產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用情況中材國(guó)際開發(fā)的低NOx預(yù)熱器（分級(jí)燃燒脫氮技術(shù)產(chǎn)業(yè)化成果之一）已成功應(yīng)用于華潤(rùn)水泥（封開）有限公司、華潤(rùn)水泥（永定）有限公司、華潤(rùn)水泥（陸川）有限公司、黔桂發(fā)電興義水泥有限公司等，實(shí)踐證明，在原燃料、煤粉在脫氮區(qū)的停留時(shí)間、窯尾氧含量等參數(shù)滿足條件的情況下，平均脫硝效率能達(dá)到30%左右。SNCR脫硝技術(shù)已成功應(yīng)用于東方希望重慶水泥有限公司、溧陽(yáng)東方水泥有限公司、江蘇揚(yáng)子水泥有限公司等30多家水泥企業(yè)，脫硝效率均穩(wěn)定在60%以上。8.58.5、效益分析、效益分析8.5.18.5.1 社會(huì)效益社會(huì)效益我國(guó)水泥工業(yè)

30、NOx的排放量高居世界各國(guó)前列，由此帶來(lái)的大氣污染和酸雨問(wèn)題十分嚴(yán)重，經(jīng)濟(jì)損失巨大，已成為制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)發(fā)展的主要因素，因此控制水泥行業(yè) NOx污染已勢(shì)在必行；另外，要擴(kuò)大國(guó)際市場(chǎng)占有量，必須提升現(xiàn)有技術(shù)，跨越低 NOx控制的技術(shù)壁壘。中材國(guó)際脫硝技術(shù)的實(shí)施和產(chǎn)業(yè)化推廣符合國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020 年）和國(guó)家關(guān)于兩控區(qū)酸雨控制的相關(guān)政策和規(guī)劃；可有效減少水泥企業(yè)的 NOx排放量，提供水泥企業(yè)的效益，改善水泥企業(yè)所在地的區(qū)域環(huán)境，改變當(dāng)?shù)孛癖妼?duì)傳統(tǒng)水泥工業(yè)的印象，使水泥生產(chǎn)企業(yè)能夠成為環(huán)境友好型企業(yè)；增強(qiáng)水泥工業(yè)對(duì)國(guó)家循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支撐作用，提高了對(duì)污染物擴(kuò)散的

31、控制能力，在水泥工業(yè)中建立起可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)示范模式。在項(xiàng)目的實(shí)施過(guò)程中，還可以解決產(chǎn)業(yè)化基地所在地區(qū)的部分就業(yè)問(wèn)題，為地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的穩(wěn)定作出貢獻(xiàn)。另外，本技術(shù)的推廣和實(shí)施對(duì)提高水泥工業(yè)技術(shù)水平、合理利用煤炭、石灰石等原、燃料資源、保護(hù)環(huán)境和生態(tài)平衡以及節(jié)能降耗具有重大影響。8.5.28.5.2 經(jīng)濟(jì)效益經(jīng)濟(jì)效益以東方希望重慶水泥有限公司為例，該項(xiàng)目對(duì) 2 條 4800 噸/天熟料生產(chǎn)線進(jìn)行了脫硝技術(shù)改造，采用煤粉分級(jí)燃燒和 SNCR（噴氨）集成技術(shù)，其經(jīng)濟(jì)效益分析如下：該項(xiàng)目材料與動(dòng)力消耗包括氨水、壓縮空氣，除鹽水及電力消耗，材料與動(dòng)力到廠價(jià)見下表。 表表 4 4 材料及電力消耗價(jià)格

32、表材料及電力消耗價(jià)格表不含稅到廠價(jià)序號(hào)名 稱單位數(shù)量117%氨水元/t9002壓縮空氣元/Nm30.053除鹽水元/噸2.54電力元/kW.h0.622條4800t/d新型干法水泥生產(chǎn)線氮氧化物初始排放平均濃度為850mg/Nm3（約合1.94Kg.NOx/噸熟料） ，采用分級(jí)燃燒和SNCR（噴氨）的集成技術(shù)脫氮后，會(huì)產(chǎn)生一定的脫氮運(yùn)行費(fèi)用，但企業(yè)同時(shí)也可減少繳納排污費(fèi)用。根據(jù)脫氮效率要求的不同，運(yùn)行成本會(huì)有所變化，由于分級(jí)燃燒的運(yùn)行費(fèi)用基本可以忽略，分級(jí)燃燒和SNCR相結(jié)合的脫氮集成技術(shù)有效的降低了脫氮成本。下表給出了不同脫氮效率下的氨水用量及運(yùn)行成本。表表 5 5 燃料分級(jí)燃燒及燃料分級(jí)燃

33、燒及 SNCRSNCR 脫硝技術(shù)運(yùn)行成本分析脫硝技術(shù)運(yùn)行成本分析技術(shù)方案技術(shù)方案分級(jí)燃燒分級(jí)燃燒分級(jí)燃燒分級(jí)燃燒+SNCR脫氮效率指標(biāo)30%40%50%60%70%氨水消耗噸/年-1372.1 3087.1 4802.2 6860.3 氨水成本萬(wàn)元/年-123.5 277.8 432.2 617.4 稀釋水消耗噸/年-3087.1 6946.0 10804.9 14700.6 稀釋水成本萬(wàn)元/年-0.8 1.7 2.7 3.7 壓縮空氣萬(wàn)元/年-52.4 50.6 53.6 59.5 電耗萬(wàn)元/年55.4 73.8 73.8 73.8 73.8 萬(wàn)元/年55.4 250.4 404.0 562

34、.3 754.4 運(yùn)行費(fèi)用元/噸熟料0.2 0.7 1.2 1.6 2.2 NOx排放水平mg/Nm3595510425340255 減少 NOx排放噸/年19892652331539784641如表5所示，當(dāng)分級(jí)燃燒和SNCR的總脫氮效率為70%時(shí)，NOx排放水平可以控制在255mg/Nm3，兩條生產(chǎn)線總運(yùn)行成本為754.4萬(wàn)元/年（折合2.2元/噸熟料，2條生產(chǎn)線實(shí)際熟料產(chǎn)量為11000t/d，每年以310天生產(chǎn)日計(jì)，下同） 。目前，當(dāng)?shù)丨h(huán)保局對(duì)新型干法水泥生產(chǎn)企業(yè)的排污費(fèi)收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)為：0.65元/kgNOx，若不增設(shè)任何脫氮措施，則兩條生產(chǎn)線每年需要繳納排污費(fèi)為430.9萬(wàn)元，當(dāng)增設(shè)脫氮措

35、施后，在總脫氮效率為70%，則只需要繳納129.3萬(wàn)元/年，節(jié)省了排污費(fèi)301.6萬(wàn)元/年。九、九、采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)情況，與國(guó)際、國(guó)外同類標(biāo)準(zhǔn)水采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)情況，與國(guó)際、國(guó)外同類標(biāo)準(zhǔn)水平的對(duì)比情況，國(guó)內(nèi)外關(guān)鍵指標(biāo)對(duì)比分析或與測(cè)試的國(guó)外樣品、樣平的對(duì)比情況，國(guó)內(nèi)外關(guān)鍵指標(biāo)對(duì)比分析或與測(cè)試的國(guó)外樣品、樣機(jī)的相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)比情況機(jī)的相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)比情況9.19.1 國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)國(guó)外標(biāo)準(zhǔn) 9.1.19.1.1 美國(guó)美國(guó) NSPS & NESHAP 標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)美國(guó)關(guān)于水泥行業(yè)NOx排放控制,在針對(duì)常規(guī)污染物的新源特性標(biāo)準(zhǔn)（NSPS）中進(jìn)行了限制，并列入聯(lián)邦法規(guī)典 40 CFR 60 S

36、ubpart F，見表6。表表6 40 CFR 60 Subpart F受控設(shè)施/工藝污染物 1971.8.17-2008.6.16建設(shè)、重建、改建 2008.6.16后建設(shè)、重建、改建說(shuō)明水泥窯（包括窯磨一體機(jī)） NOx 1.5磅/噸熟料（300mg/m3） 9.1.29.1.2 歐盟歐盟 IPPCIPPC 指令及指令及 BATBAT 指南指南除大型燃燒裝置（2001/80/EC）、廢物焚燒（2000/76/EC）以及 VOCs排放控制（1999/13/EC、94/63/EC）外，歐盟將工業(yè)點(diǎn)源的污染物排放納入綜合污染預(yù)防與控制（IPPC）指令進(jìn)行多環(huán)境介質(zhì)（水體、大氣、土壤、噪聲等）的統(tǒng)一

37、管理。如果前三項(xiàng)是針對(duì)通用操作或設(shè)備的要求，IPPC指令則是對(duì)典型行業(yè)的要求。它將工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)劃分為能源工業(yè)、金屬工業(yè)、無(wú)機(jī)材料工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、廢物管理以及其它活動(dòng) 6大類共 33個(gè)行業(yè)，水泥行業(yè)是其中之一。為配合 IPPC指令以及許可證制度的實(shí)施，歐盟委員會(huì)出版了 33份行業(yè) BAT參考文件（BREF）。水泥行業(yè) BAT文件最初發(fā)布于 2001年 12月，最新的文件是 2010年 5月，相應(yīng) BAT排放要求NOx的標(biāo)準(zhǔn)見表7。表表7 歐盟水泥行業(yè)歐盟水泥行業(yè) BAT排放水平排放水平預(yù)熱器窯200450 mg/m3 1、窯況良好時(shí)，可實(shí)現(xiàn)350 mg/m3；200 mg/m3僅三家工廠有過(guò)報(bào)道。 2、如果采用初級(jí)措施 /技術(shù)后，NOx1000 mg/m3，則 BAT排放水平為 500 mg/m3。NOx立波爾窯、長(zhǎng)窯 40080