[发明专利]水泥厂减排氮氧化物控制模式的分级综合选择方法

说明书

技术领域

本发明属于水泥生产环境保护控制领域，具体涉及水泥厂减排氮氧化物控制模式的分级综合选择方法。

背景技术

本发明公开了水泥厂减排氮氧化物控制模式的分级综合选择方法，属于水泥生产环境保护控制领域。

氮氧化物（NOx）是一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO₂）的总合，是常见的大气污染物，对环境和人体健康的损害作用极大，是形成光化学烟雾、酸雨和富营养化的主要因素，也是呼吸系统疾病的诱因之一。对于水泥工业而言，我国现行的GB 4904-2004《水泥工业大气污染物排放标准》中规定的NOx排放限值仍为1996年限定的800mg/Nm³。但是根据2007年进行第一次全国污染源普查的资料，水泥生产过程中NOx平均排放系数为1100mg/Nm³，每吨熟料约产生1.8kg NOx，大大超出规定的NOx排放限值。这意味着目前我国大部分水泥企业在氮氧化物减排方面未能达标。需要说明的是，在实际工业生产中，减排氮氧化物常称之为脱硝，本发明“脱硝”和“减排氮氧化物”两个术语通用。

我国十二五规划已明确了水泥工业NOx减排10%的目标，湖南、山西、广东等省都规定了更加严格的NOx排放限值——不低于50%脱硝效率或NOx小于500mg/Nm³的限值。杭州甚至规定了NOx不得超过150mg/Nm³的限值。今后，水泥行业的NOx排放标准将随着国家对NOx排放控制力度的不断加大和脱硝技术的发展而愈加严格。

目前适用于水泥厂减排氮氧化物的技术有三种，分别是分段燃烧（Multi-stage Combustion,MSC）技术、选择性非催化还原（Selective Non-catalytic Reduction,SNCR）技术和选择性催化还原（Selective Catalytic Reduction,SCR）技术。现今在我国水泥工业中应用较多的主要是成本较低的MSC技术，SNCR技术处于大力推广阶段，SCR技术处于试验改进阶段。这三种技术在脱硝效率即减排氮氧化物效率、基建运行成本和操作应用等方面有很多差异。

MSC技术相对成本较低，其原理是在水泥生产系统的分解炉中，使燃料与空气分段混合燃烧，在一次燃烧区形成富燃料混合物，在缺氧环境下只有部分燃料进行燃烧，燃料在贫氧和火焰温度较低的一次火焰区内析出挥发分，在燃尽区的燃烧偏离理论当量比，减少了NOx的生成。虽然这样能够起到降低NOx排放的效果，但是由于对分解炉进行了改建，对还原区和燃尽区进行了人为的分离，对水泥熟料的生产质量带来一定的影响，也对生料、燃料的消耗量带来波动。由于MSC技术脱硝效率一般在10～40%之间，如果水泥生产中NOx本底排放系数超过1000mg/Nm³时，仅仅使用MSC技术无法使水泥厂达到目前国家标准中NOx排放限值为800mg/Nm³的要求。而SNCR技术的脱硝效率一般在35～65%之间，如果温度区域控制得当，脱硝效率可以达到75%。其原理是对烟气中的NOx进行末端处理的技术，即通过向水泥窑、分解炉中喷入还原剂——氨或是尿素，在有氧气的条件下，还原剂选择性地与烟气中的NOx发生化学反应，生成无害的氮气（N₂）和水（H₂O），减少NOx的排放。如果SNCR技术与MSC技术结合使用，NOx的削减量高达80%。但是应用SNCR技术需要购买还原剂，成本有所增加，也会带来气体污染物NH₃、CO、SO₂等的排放，并且煤耗也有所增高。并且，如果水泥生产中NOx本底排放系数超过1100mg/Nm³，仅靠SNCR技术或是与MSC技术结合使用，也无法达到某些地区150～250mg NOx/Nm³排放限值的要求。SCR技术的脱硝效率最高，目前可以达到90%，也是十二五期间大力支持发展的一种脱硝技术。其原理是在催化剂的作用下，利用还原剂（如氨或尿素），在有氧气的条件下，“有选择性地”与烟气中的NOx发生化学反应并生成无污染的N₂和H₂O。相较于其他减排NOx的脱硝技术，SCR技术的优点是在相同的氨氮摩尔比下，脱硝效率明显高于其他技术，并且适用的反应温度较低，应用环境安全。如果SCR技术与MSC技术和SNCR技术结合使用，能达到95%以上的脱硝效率。这样即使水泥生产中NOx本底排放系数超过1200mg/Nm³，上述综合技术的使用，也能使水泥厂的NOx排放低于150mg/Nm³的严格要求。但是SCR技术实施成本非常高，设备及操作非常复杂，稳定性不高，人工难以准确控制，如果技术失效，则经济损失较大。