河南世纪新峰水泥有限公司3500t/d生产线脱硝工程可行性技术方案
河南世纪新峰水泥有限公司
熟料生产线脱硝工程可行性技术方案
福建劲强环保工程有限公司
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二〇一四年四月
目录
一、总论 (3)
1.1 项目背景 (3)
1.1.1氮氧化物（NOX） (3)
1.1.2氮氧化物（NOX ）国际关注 (4)
1.1.3水泥行业氮氧化物（NOＸ）情况 (5)
1.2项目相关单位情况 (7)
1.3.1项目名称.................................................................................................................. - 9 -
1.3.2项目建设地点.......................................................................................................... - 9 -
1.3.3项目建设内容.......................................................................................................... - 9 -
1.4 工程实施原则及执行标准................................................................................................ - 9 -
1.4.1 工程实施原则......................................................................................................... - 9 -
1.4.2 执行标准............................................................................................................... - 10 -
二、工程概况................................................................................................................................. - 11 -
2.1厂址条件及自然条件....................................................................................................... - 11 -
2.1.1 厂址....................................................................................................................... - 11 -
2.1.2 地理位置............................................................................................................... - 11 -
2.1.3 供电条件............................................................................................................... - 11 -
2.1.4 水源....................................................................................................................... - 12 -
2.1.5 工程地质及地震烈度........................................................................................... - 12 -
2.1.6 气侯条件............................................................................................................... - 12 -
2.1.7 综合评价............................................................................................................... - 12 -
2.2河南世纪新峰水泥有限公司生产线状况....................................................................... - 13 -
三、脱硝工艺方案选择................................................................................................................. - 14 -
3.1水泥生产线的工艺原理................................................................................................... - 14 -
3.1.1 水泥生产原理和方法........................................................................................... - 14 -
3.1.2 河南世纪新峰水泥有限公司生产工艺描述....................................................... - 15 -
3.1.3 水泥工业氮氧化物的形成特点........................................................................... - 16 -
3.2 NOX控制技术概述......................................................................................................... - 17 -
3.2.1水泥工业常用的脱硝技术.................................................................................... - 17 -
3.2.2 技术方案选择....................................................................................................... - 17 -
3.2.3 水泥工业燃烧后烟气脱硝技术........................................................................... - 18 -
3.3 SNCR烟气脱硝技术 .................................................................................................... - 19 -
3.3.1选择性非催化还原SNCR脱硝技术简介............................................................ - 19 -
3.3.2选择性非催化还原技术的反应机理.................................................................... - 20 -
3.3.3选择性非催化还原的工艺技术............................................................................ - 21 -
3.3.4影响选择性非催化还原脱硝效率的主要因素.................................................... - 21 -
3.4 脱硝工艺选择.................................................................................................................. - 23 -
四、脱硝工程方案......................................................................................................................... - 24 -
4.1生产线本底NOX排放浓度 ............................................................................................ - 24 -
4.2本项目的脱硝技术方案................................................................................................... - 24 -
4.3几种脱硝还原剂技术经济比选....................................................................................... - 33 -
五、环境影响、环境效益、经济效益与社会效益..................................................................... - 34 -
5.1 环境影响.......................................................................................................................... - 34 -
5.1.1废水........................................................................................................................ - 34 -
5.1.2 废气..................................................................................................................... - 34 -
5.1.3 固废....................................................................................................................... - 34 -
5.1.4 噪声....................................................................................................................... - 34 -
5.2环境效益........................................................................................................................... - 35 -
5.3经济效益........................................................................................................................... - 35 -
5.4社会效益........................................................................................................................... - 36 -
六、项目实施的风险分析............................................................................................................. - 37 -
6.1同类项目运行记录评估................................................................................................... - 38 -
6.3同类项目主要业绩表....................................................................................................... - 44 -
七、劳动卫生安全......................................................................................................................... - 45 -
7.1职业危险、危害因素分析............................................................................................... - 45 -
7.2对各种危害因素采取的主要防范措施及预期效果....................................................... - 46 -
7.3安全生产制度................................................................................................................... - 46 -
八、建设计划................................................................................................................................. - 47 -
8.1建设周期及实施进度....................................................................................................... - 47 -
8.2设计、施工及安装........................................................................................................... - 47 -
8.3现场调试及运转............................................................................................................... - 47 -
九、投资运行费用估算与资金筹措............................................................................................. - 48 -
9.1估算编制范围................................................................................................................... - 48 -
9.2投资估算........................................................................................................................... - 48 -
9.3运行成本表如下............................................................................................................... - 50 -
9.4资金筹措........................................................................................................................... - 50 -
十、操作规程及管理制度............................................................................................................. - 51 -
10.1 操作规程...................................................................................................................... - 51 -
10.1.1 岗位技术培训................................................................................................... - 51 -
10.1.2 管道检查及设备的清水试车........................................................................... - 52 -
10.1.3 还原剂的购置及调试准备............................................................................... - 53 -
10.1.4 主机设备的运行试车....................................................................................... - 54 -
10.1.5 SNCR系统的操作 ........................................................................................... - 55 -
10.2 管理制度...................................................................................................................... - 62 -
10.2.1 个人防护........................................................................................................... - 62 -
10.2.2 消防措施........................................................................................................... - 62 -
10.2.3 罐体及管道检修注意事项............................................................................... - 63 -
10.2.4 操作处置与储存............................................................................................... - 63 - 十一、系统安全............................................................................................................................. - 64 -
11.1主要设备安全要求......................................................................................................... - 64 -
11.2 氨系统泄漏应急预案.................................................................................................... - 65 -
11.2.1 目的..................................................................................................................... - 65 -
11.2.2 适用范围............................................................................................................. - 65 -
11.2.3 氨区设施概述..................................................................................................... - 65 -
11.2.4 氨的危险性分析及事故类型............................................................................. - 66 -
11.2.5 预防措施............................................................................................................. - 67 -
11.2.6 应急处理预案..................................................................................................... - 69 -
11.2.7 附件..................................................................................................................... - 71 - 十二、主要结论............................................................................................................................. - 72 - 十三、其它资料............................................................................................................................. - 73 -
一、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（NO X），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、NO X、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现上升趋势。NO3 2－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，－与SO
4
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。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NO X 排放控制措施，目前中国各种燃烧设备的NO X 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NO X 排放量约~77万t。据推算，到2020年和2030年，NO X 排放量将达到2363～2914万t和3154～4296万t，成为世界NO X 排放大国。中国NO X排放的燃料、部门及地区分布极不均衡。大约63％的NO X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NO X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NO X排放标准，促使先进的低NO X燃烧技术、可靠的烟气脱除NO X 是控制中国NO X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
水泥行业在全国各行业中全国NO X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2000t/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NO X效率不低于60%的烟气脱硝装置”。GB4915-2013水泥工业大气污染物排放标准，水泥窑NO X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NO X排放量应小于400mg/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
项目建设单位为河南世纪新峰水泥有限公司。
河南世纪新峰水泥有限公司是2004年1月3日由湖北世纪新峰雷山水泥集团公司跨省域竞标收购原国家大二型企业卫辉市水泥总厂破
产资产组建的民营水泥企业。厂区位于卫辉市铁西工业园区，占地面积28多万平方米，员工400名，其中各类技术人员65名，高级专家3名。资产总值2.5亿元，现有一条日产3500吨新型水泥熟料干法生产线，配套有石灰石矿山和自备铁路专用线，办公生活设备齐全。
公司成立五（十）年来，面对产品结构调整逐步深入到位的严峻考验和市场竟争日益激烈的挑战搏杀，在以诸葛总裁为核心的集团公司董
事会的谋划指导和坚强领导下，楼新枝总经理团结带领干部员工充分发挥机制优势，沉着应对，克难攻坚，奋力开拓，稳扎稳打，为持续快速发展，迈向做大做强战略目标奠定了基础。
2009年企业在水泥销售持续低迷，各种不利因素持续制约生产经营的考验面前，加大管理力度，严密各项措施，科学安排，精心组织，树立信心，顽强拼搏，全年完成熟料产量64万吨、生产水泥28万吨，销售收入1.37亿元，缴税金额831万元，全年各项经济指标基本与08年水平持平。持续保持了卫辉市“纳税先进企业”和“社会贡献功勋企业称号，同时又获得“中国水泥万里行信誉单位”及“卫辉市金秋爱心助学先进单位”等荣誉。
1.3 项目概述
本项目是在河南省环保部门的大力支持与指导下，对一条3500t/d 水泥生产线实施脱硝技术的嫁接改造，此项目建成，对河南省水泥企业实施降低氮氧化物技术具有很强的示范意义，对改善河南省大气环境质量具有积极的贡献。
1.3.1 项目名称
项目名称：河南世纪新峰水泥有限公司3500t/d水泥熟料生产线脱硝工程。
1.3.2 项目建设地点
建设地点：河南省新乡市卫辉市汲水镇工农西街
河南世纪新峰水泥有限公司3500t/d水泥熟料生产线厂区。
1.3.3 项目建设内容
建设内容：本项目建设内容为河南世纪新峰水泥有限公司已建成的3500t/d水泥熟料生产线降低氮氧化物排放系统。采用选择性非催化还原技术降低氮氧化物排放。
1.4 工程实施原则及执行标准
1.4.1 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。
1.4.2 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
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。
二、工程概况
2.1 厂址条件及自然条件
2.1.1 厂址
河南省新乡市卫辉市汲水镇工农西街
2.1.2 地理位置
“豫北明珠”新乡市地处中原腹地，河南省北部，北纬35°18′，东经113°54′，南临黄河，与郑州市、开封市隔河相望；北依太行，与鹤壁市、安阳市毗邻；西连太极故里焦作市，与晋东南接壤；东接油城濮阳市与鲁西相连。是国家重要的综合交通枢纽，中原城市群城市之一。
2.1.3 供电条件
电源引自厂区电源。
2.1.4 水源
本项目所在地水资源较丰富，能满足本项目用水要求。
2.1.5 工程地质及地震烈度
从水泥生产线情况来看，根据对现场的踏勘情况可知，厂区内无滑坡、断层、泥石流等不良工程地质现象。
2.1.6 气侯条件
新乡地处北纬35°18′，东经113°54′属暖温带大陆性季风气候，四季分明，冬寒夏热，秋凉春早，年平均气温14℃；7月最热，平均27.3°C ；1月最冷，平均0.2°C ；最高气温42.7℃（1951年6月20日），最低气温-21.3℃（1951年1月13日）。年均湿度68%，最大冻土深度280mm。
年平均降雨656.3mm，最大降雨量1168.4mm（1963年），最小降雨量241.8mm（1997年），最大积雪厚度395mm（2009年），年蒸发量1748.4mm。6~9月份降水量最多，为409.7mm，占全年降水的72%，且多暴雨。
2.1.7 综合评价
河南世纪新峰水泥有限公司水泥生产线脱硝工程，原、燃料资源丰富，质量优良；厂址交通条件好，场地平坦，有利于生产线脱硝工程的建设；供电、供水条件好，外部协作条件较好，因而其建设条件有明显优势。
2.2河南世纪新峰水泥有限公司生产线状况
福建劲强环保工程有限公司根据对河南世纪新峰水泥有限公司现场提供的3500t/d生产线的大烟囱氮氧化物排放及风量情况，河南世纪新峰水泥有限公司的氮氧化物最高排放水平在预热器出口处（估计数）800mg/Nm3(NO2.10%O2)，实际产量3000t/d左右，最大烟气量220000m3/h。
三、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 河南世纪新峰水泥有限公司生产工艺描述
水泥生产工艺简图如下:
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NO X的形成，主要是燃料NO X。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NO X和燃料NO X均有较多的形成比例，其中尤以热力NO X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NO X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NO X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NO X燃烧BAT技术指标比较
X
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。
因此劲强环保根据水泥厂的原、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。根据河南世纪新峰水泥有限公司3500t/d 熟料生产线的实际情况，福建劲强环保工程有限公司建议采用选择性非催化还原技术
3.2.3 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
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四个基本过程完成：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还原剂的稀释处理，具有较高浓度的还原剂的计量输出、与水比例混合稀释泵送到雾化控制系统；③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