水泥行业脱硝介绍--------

目录一、什么是NOX？对人及环境有什么危害二、中国环境污染现状与目标三、国内外水泥工业NOx污染现状四、主要的烟气脱硝技术一、什么是NOX？对人及环境有什么危害一、什么是NOX？对人及环境有什么危害1.1概述•氮氧化物(NOX)是燃烧过程中产生的危害很大很难处理的污染物之一；•燃煤产生的NOX是空气中此污染物的主要来源；•氮氧化物，如N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4和N2O5等，其中NO和NO2所占比例最大，是重要的大气污染物；•燃煤电站氮氧化物（NOx）指NO和NO2；•在炉内NO占到95%左右，NO2占5%左右；•NO在大气中可以氧化生成NO2。一、什么是NOX？对人及环境有什么危害•对人体的危害–NO2对人体危害最大，主要破坏呼吸系统，引起支气管炎和肺气肿。人在100mg/L的大气中停留1小时，或在400mg/L的NO2环境停留5分钟就会死亡。–NO2、SO2、飘尘、臭氧等复合作用，形成复合污染。•对环境的污染•形成光化学烟雾及形成酸雨。二、中国环境污染现状与目标中国环境污染现状与目标050010001500200025003000200020022004200620082010单位：万吨二氧化硫烟尘氮氧化物以煤为主的化石能源消耗大气污染物大量排放我国大气环境的煤烟型污染严重，并出现向混合型污染转变的趋势，烟尘、SO2、NOX、Hg排放总量已居世界第一，SO2和NOX的排放量均超过环境自净能力；环境状况形势十分严峻，经济发展、群众健康、社会稳定受到严重威胁。中国环境污染现状与目标我国主要城市PM2.5细颗粒年均浓度与国外城市比较（单位：µg/m3)（2009，刘炳江）全球氮氧化物浓度分布（左图）（2004年，德国IUPHeidelberg）全国酸雨（2009年，中国环境状况公报）太原北京上海广州洛杉矶亚特兰大蒙特利尔多伦多1936142314.15.23.75我国主要城市PM2.5细颗粒年均浓度与国外城市比较（单位：µg/m3)（2009，刘炳江）三、国内外水泥工业NOx污染现状三、国内外水泥工业NOx污染现状•中国NOX排放量2009年，1692.7万吨，2010年,2273.6万吨，2011年,2444.12万吨到2020年，将3000万吨，超过美国成为NOX排放量居世界第一的国家。•2012年国家新的大气排放标准通过国务院常务会议的批准。同是要求2012年的NOX排放零增长。•正在修订标准；NOX排放300-500三、国内外水泥工业NOx污染现状我国水泥工业近些年废气污染排放量表1年度烟粉尘排放量SO2排放量NOX排放量CO2排放量排放量（万吨）2006515105.8359.487.27200744494.8368.487.98200836886.3776.488.15200935888.71699.72010227.302011244.73从表中可以看出，氮氧化物排方量、随水泥总产量的增加而加大，我国水泥行业氮氧化物的排放占全国总排放量的10％，是氮氧化物的重要排放源；居火力发电和汽车尾气排放之后的第三位。三、国内外水泥工业NOx污染现状各国水泥大气排放标准比较表排放物美国日本德国欧盟(2000/76/EC)NO2400360200/400800/500(08年1月1日新建厂）SO2200200400200CO10010010090HF—551HCl—303010Pb铅﹡51.0（Tl+Cd+Pb+A计）Cu铜50.5（以Be+Cr+Sn+Sb+Cu+Mn＋Ni+V）Hg汞——0.20.05Ti铊0.15-粉尘5030～10015～2530三、国内外水泥工业NOx污染现状欧州水泥工业的氮氧化物排放•在欧洲,工业占30%的氮氧化物的排放•交通是主要产生者•水泥行业的贡献是2-3%三、国内外水泥工业NOx污染现状德国水泥行业NOX排放标准的发展历程旧厂新厂在德国，2012年以前的NOX排放标准都是将烟气转化为10%氧含量的干态状态来衡量的。三、国内外水泥工业NOx污染现状美国水泥工业有害气态污染物排放限额污染物既有排放源（2008年6月前）新增排放源（2008年6月后）汞0.025g/t熟料0.009g/t熟料全碳氢化合物24mg/Nm311mg/Nm3颗粒物0.018kg/t熟料(5-10mg/Nm3)0.0045kg/t熟料(1-3mg/Nm3)氯化氢3mg/Nm33mg/Nm3烟尘阻光度20%NOx0.68kg/t熟料（230mg/Nm3）SO20.18kg/t熟料三、国内外水泥工业NOx污染现状国外技术现状及发展趋势（国外）（1）目前欧美各国水泥工业在（新型干法）上采用SNCR法削减NOx排放的大致共有100余台，其中德国就有50多台，占德国现有PC窑总数的80%以上。德国在应用SNRC方面具有较多实践经验和研究成果。三、国内外水泥工业NOx污染现状日本住友水泥厂采用协同控制NOX主要采取以下3种方法：一是空气二级燃烧，二是采用高效率的TMP燃烧器，三是尾部添加尿素。日本规定水泥氮氧化物的国家排放标准为480ppm，而住友工厂的实际排放浓度在340ppm以下。三、国内外水泥工业NOx污染现状美国马里兰州佐盟桥镇Lehigh水泥厂Lehigh水泥厂（5000吨）采用干化污泥颗粒作为替代燃料，同时采用SNCR技术对烟气进行脱硝处理。处理后NOx由0.80kg/t熟料下降至0.60kg/t熟料，实现了达标排放，但运行成本增加0.58美分/t熟料，约为3.65元人民币/t熟料。三、国内外水泥工业NOx污染现状国外SCR项目的建设原因(Mannersdorf)•水泥厂的脱硝主要是使用SNCR技术(选择性非催化还原)•但是对于NOx限制在小于350mg/m3的项目并不经济大量消耗还原物质NH3泄露•作为使用更多废物代码和替代燃料的论证•案例：拉法基集团建立了第一个SCR水泥厂三、国内外水泥工业NOx污染现状意大利MonseliceSCR高尘法案例参数）德国MergelstettenSCR案例2006年5月运行至今国内技术现状及发展趋势•以一次控制技术为主，采用低氮燃烧器、分级燃烧和优化窑和分解炉的燃烧制度等方式。目前，少数企业开始SNCR法的尝试，如：•a、都江堰拉法基水泥有限公司，在第一条生产线上是采用洪堡公司的分节燃烧的分解炉。另外已开施在其它二条生产线上采用SNCR技术进行治理，2011年底已投入使用；•b、中材湘潭水泥企业脱硝工程已投运,采用空气分级燃烧技术和选择性非催化还原技术改造，两项技术设计脱硝能力分别为30%和60%；•c.陕西川威，广西西普南雁水泥有限公司，南方衢江水泥正在采用SNCR技术试验。•黔贵电厂兴义5000吨/日水泥厂采用SCR技术，年底投运。三、国内外水泥工业NOx污染现状四、主要的烟气脱硝技术形成机理•燃烧过程中形成的NOX,分成“热力型NOX”、“燃料型NOX”和“瞬态型NOX”三种.•“瞬态型NOX”数量极少,一般不予考虑.四、主要的烟气脱硝技术热力NOx的形成及控制措施热力NOX产生的条件是较高的燃烧温度和较高的氧浓度.反应机理一般认为是过量的O2及O根与N2氧化反应形成(Zeldovichequations):N2+ONO+NN+O2NO+O高温和高的氧浓度是产生热力NOX的根源.四、主要的烟气脱硝技术控制热力NOX的措施:•减少燃烧最高温度区域范围.•降低燃烧峰值温度.•降低燃烧的过量空气系数和局部氧气浓度.四、主要的烟气脱硝技术燃料NOX的产生及控制措施•燃料中的氮在燃烧过程中与含氧物质反应形成NOX,•燃料中的氮并非全部转化成NOX,依据燃料和燃烧方式的不同而存在一个转化率,一般为15-30%.因此,控制燃料NOX的产生的措施有:•减少过量空气系数•控制燃料与空气的前期混合.•提高入炉的局部燃烧浓度.•利用中间生成物反应降低NOX四、主要的烟气脱硝技术四、主要的烟气脱硝技术控制NOX的方法•从NOX的形成特点,把NOX的控制措施分成燃烧前、燃烧中和燃烧后处理.•燃烧前脱氮主要将燃料转化为低氮燃料,成本太贵,应用很少.•燃烧中脱氮主要指各种降低NOX的燃烧技术,费用较低,脱硝率不高,但也是目前主要的控制方式之一.•燃烧后脱氮主要指烟气脱硝技术,脱除效率高,随着环保要求的日益严格,将是主要的发展方向.•各种控制NOX的技术方法如下图所示,四、主要的烟气脱硝技术目前NOx减排的主要技术降低NOX主要措施烟气脱硝SCR低氮燃烧技术炉膛喷射脱硝SNCR四、主要的烟气脱硝技术低氮燃烧技术—是控制NOX最经济的手段1）技术原理主要是通过加装低氮燃烧器或改造低氮燃烧器及燃烧系统，根据运行需要，调整配风方式，控制优化燃烧过程，抑制减少NOx产生。2）技术优势工艺成熟、系统简单，改造难度小，投资和运行费用低。四、主要的烟气脱硝技术3）低氮燃烧发展历经三代▼第一代技术不对燃烧系统作大的改动。▼第二代技术以空气分级燃烧器为特征。▼第三代技术则是在炉膛内同时实施空气、燃料分级的燃烧方式。4）应用状况▼2000年，约5000万kW火电机组采用低NOx燃烧技术，占当年火电总装容量的21.05%，2010年底这一比例高达70%。10年内增长了三倍，预计到十二五末，将会达到95%以上。四、主要的烟气脱硝技术燃烧中控制NOX技术的评价采取这类方法,投资和运行费用都很低,但其脱硝率也较低.这类方法是通过降低燃烧反应温度,减少过量空气系数,缩短烟气在高温区的停留时间等手段达到控制NOX的目的.这些方法的大部分技术措施均有悖于传统的强化燃烧的概念.根据NOX的生成原则组织燃烧技术与强化燃烧的观念相矛盾,在实施这些技术时,会对锅炉燃烧产生负面影响.随着环保要求的日益严格,这类方法难以满足要求.需要采用高效的烟气脱硝技术.四、主要的烟气脱硝技术四、主要的烟气脱硝技术（一）选择性催化还原脱硝技术(SCR)（一）选择性催化还原脱硝技术(SCR)1背景•1970s年代后期，日本最早开始烟气脱硝技术的研究与应用；1980s年代中后期，欧洲与美国相继引进烟气脱硝技术，用于电站锅炉烟气脱硝。•20世纪90年代之前,欧洲和日本拥有较多的SCR装置.下图为1990年时全世界的SCR拥有量.•到2005年发生了戏剧性的变化,美国成为世界的领先者,拥有100000MW的SCR装置.如下图.（一）选择性催化还原脱硝技术(SCR)•预计未来将有大量的SCR装置在美国和亚洲,中国将占很大的比例.如下图所示.（一）选择性催化还原脱硝技术(SCR)SCR技术原理（一）选择性催化还原脱硝技术(SCR)•在没有催化剂的情况下,NH3还原NOX较理想的温度是800-900℃.然而,这一温度窗口很〝狭窄〞,当温度在1050-1200℃时,NH3会氧化成NO,这时NOX的还原速度会很快降下来;当温度低于800℃,反应速度会很慢,此时需要添加催化剂.这也就是烟气脱硝技术分成选择性催化还原和选择性非催化还原的根本原因.•根据选择的催化剂的种类,反应温度可以选择在250-420℃之间,甚至可以低到80-150℃.前者就是目前应用的常规SCR技术,后者则为目前正在研究的低温SCR技术.（一）选择性催化还原脱硝技术(SCR)（一）选择性催化还原脱硝技术(SCR)3影响SCR脱硝技术的几个关键因素•反应温度一般来说,反应温度越高,反应速度越快,催化剂的活性也越高,这样单位反应无所须的反应空间小,反应器体积变小.但是综合反应系统以及催化剂的适应温度范围,目前的SCR系统大多设定在300-400℃之间.（一）选择性催化还原脱硝技术(SCR)烟气在反应器内的空间速度空间速度是SCR的一个关键设计参数,它是烟气(标准温度和压力下的湿烟气)在催化剂容积内的停留时间尺度.它在某种程度上决定反应物是否完全反应,同时也决定着反应器催化剂骨架的冲刷和烟气的沿程阻力.空间速度大,烟气在反应器内的停留时间短,则反应有可能不完全,这样氨的逃逸量就大;同时烟气对催化剂骨架的冲刷也大.对于固态排渣炉高灰段布置的SCR反应器,空间速度选择一般是2500-3