專利名稱：水泥廠選擇性非催化還原NOx環(huán)境負(fù)荷評價(jià)與控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水泥生產(chǎn)環(huán)境安全技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及水泥廠選擇性非催化還原NOx環(huán)境負(fù)荷評價(jià)與控制方法。
背景技術(shù)：
本發(fā)明公開了水泥廠選擇性非催化還原NOx環(huán)境負(fù)荷評價(jià)與控制方法，屬于水泥生產(chǎn)環(huán)境安全技術(shù)領(lǐng)域。NOx (氮氧化物)是NO (—氧化氮)和NO2 ( 二氧化氮)的總合，是常見的大氣污染物，對環(huán)境的損害作用極大，NOx與CO、VOC等物質(zhì)經(jīng)過光化學(xué)反應(yīng)生成O3等二次污染物，誘發(fā)城市光化學(xué)煙霧，進(jìn)而對環(huán)境造成更大的污染，刺激人體肺部，引起較難抵抗感冒之類的呼吸系統(tǒng)疾病的因素。根據(jù)2007年進(jìn)行第一次全國污染源普查的資料，水泥生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的NOx，其中NO占90% 95%，新型干法水泥窯NOx平均排放系數(shù)為1100mg/Nm3。2010年我國水泥產(chǎn)量已經(jīng)超過18億噸，水泥熟料產(chǎn)量12億噸左右，根據(jù)調(diào)研數(shù)據(jù)NOx平均排放系1100mg/Nm3、每噸熟料約產(chǎn)生1.8kg NOx0其中，2010年水泥行業(yè)排放NOx約220萬噸，占2010年全國NOx排放量的十分之一，2011年排放增加到384.3萬噸NOx。目前我國水泥產(chǎn)量位居世界第一，水泥行業(yè)是我國電力、汽車尾氣之后的第三大NOx排放源，因此對水泥窯爐的NOx進(jìn)行減量處理，具有重要的意義。對于水泥工業(yè)而言，我國現(xiàn)行的《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定NOx排放限值仍為800mg/Nm3。但是,較多省市已經(jīng)規(guī)定了更加嚴(yán)格的NOx排放限值,有的低至200mg/Nm3。隨著時(shí)代的發(fā)展，水泥行業(yè)的NOx排放標(biāo)準(zhǔn)會(huì)日益嚴(yán)格，并將隨著國家對NOx排放控制力度的不斷加大和脫硝技術(shù)的發(fā)展而愈加嚴(yán)格。如今，在經(jīng)濟(jì)、社會(huì)持續(xù)發(fā)展的大背景下，我國的大型水泥企業(yè)已經(jīng)由監(jiān)管部門強(qiáng)制實(shí)施環(huán)境保護(hù)措施而發(fā)展為將水泥工業(yè)發(fā)展定位在與自然環(huán)境協(xié)調(diào)共融的綠色產(chǎn)業(yè)。環(huán)境友好是水泥發(fā)展進(jìn)入生態(tài)型階段的重要特征，而對于應(yīng)用一種新的降低污染排放的技術(shù)，評價(jià)其是否以“在保證水泥穩(wěn)定生產(chǎn)的基礎(chǔ)上減排氮氧化物，不能帶來過多其他額外的資源、能源消耗和污染物排放”為原則，如何根據(jù)環(huán)境負(fù)荷的評價(jià)結(jié)果和水泥生產(chǎn)各個(gè)流程的實(shí)際情況來控制改進(jìn)這種脫硝技術(shù)，方法涉及到水泥產(chǎn)品、流程、工序、設(shè)備等多層次，包括資源消耗、能源消耗、環(huán)境污染、生產(chǎn)管理與質(zhì)量控制等多個(gè)因素，因此需要建立涵蓋上述多層次、多因素指標(biāo)體系的水泥生產(chǎn)環(huán)境負(fù)荷定量分析和評價(jià)的新方法，指導(dǎo)水泥工業(yè)向生態(tài)型發(fā)展。選擇性非催化還原(SNCR)技術(shù)是對煙氣中的NOx進(jìn)行末端處理的技術(shù)，即通過向窯爐中噴入還原劑(氨、尿素等)，在有氧氣的條件下，氨選擇性地與煙氣中的NOx發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成無害的氮?dú)夂退筃Ox得到還原。NOx的削減量在10% 75%之間。假定原NOx排放量為1.6kg/t熟料，假如NOx的削減量在40%，則NOx減排放量為0.64kg/t熟料。消除原理的化學(xué)反應(yīng)如下:NO 的脫除(NO 占產(chǎn)生的 N0x90%-95%):
4N0+4NH3+02 — 4N2+6H20 (式 I )6N0+4NH3 — 5N2+6H20(式 II) NO2 的脫除(NO2 占產(chǎn)生的 N0x5%-10%):2N02+4NH3+02 — 3N2+6H20 (式 III)6N02+8NH3 — 7N2+12H20 (式 IV)已經(jīng)有文獻(xiàn)及專利涉及水泥生產(chǎn)過程中的低NOx控制技術(shù)。但是，這些文獻(xiàn)和專利僅著眼于在水泥生產(chǎn)過程中如何通過控制燃燒的方法和技術(shù)來減排NOx，沒有從水泥生產(chǎn)周期的角度來對水泥生產(chǎn)過程產(chǎn)生的NOx控制技術(shù)進(jìn)行整體研究，沒有考慮到由于實(shí)施NOx控制技術(shù)而給水泥生產(chǎn)帶來的其他額外影響，例如其他氣體污染物NH3、CO、SO2等的排放和煤耗的增高。本發(fā)明具有數(shù)據(jù)采集基本功能，還具有生產(chǎn)工序間的能量流分析、能量流時(shí)間序列分析和節(jié)能減排潛力分析等擴(kuò)展功能，從水泥生產(chǎn)時(shí)應(yīng)用SNCR技術(shù)時(shí)減排氮氧化物而減少的綜合環(huán)境負(fù)荷角度出發(fā)，考慮到由于實(shí)施NOx控制技術(shù)而給水泥生產(chǎn)帶來的其他額外影響，包括氣 體污染物NH3、CO、SO2等的排放和煤耗的增高因素，辨識水泥生產(chǎn)各個(gè)流程的環(huán)境熱點(diǎn)并對水泥生產(chǎn)進(jìn)行控制調(diào)整，解決了水泥生產(chǎn)流程中多因素、多層次、多目標(biāo)環(huán)境負(fù)荷辨識難題，為水泥行業(yè)、企業(yè)進(jìn)行環(huán)境負(fù)荷管理、節(jié)能減排潛力分析和效果評價(jià)，提供了科學(xué)實(shí)用的方法，可以指導(dǎo)水泥廠進(jìn)行氮氧化物減排、降低整體環(huán)境負(fù)荷和穩(wěn)定生產(chǎn)的工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在以“在保證水泥穩(wěn)定生產(chǎn)的基礎(chǔ)上應(yīng)用SNCR技術(shù)有效減排氮氧化物時(shí)，不能帶來過多其他額外的資源、能源消耗和污染物排放”為原則，來辨識水泥行業(yè)減排氮氧化物降低環(huán)境負(fù)荷行為，具有數(shù)據(jù)采集的基本功能，還具有生產(chǎn)工序間的能量流分析，從水泥生產(chǎn)時(shí)應(yīng)用SNCR技術(shù)時(shí)減排氮氧化物而減少的綜合環(huán)境負(fù)荷角度出發(fā)，考慮到由于實(shí)施NOx控制技術(shù)而給水泥生產(chǎn)帶來的其他額外影響，包括氣體污染物NH3、CO、SO2等的排放和煤耗的增高因素，能夠辨識水泥生產(chǎn)流程的環(huán)境熱點(diǎn)，并對水泥生產(chǎn)進(jìn)行控制調(diào)整，解決水泥生產(chǎn)應(yīng)用SNCR技術(shù)時(shí)如何進(jìn)行多因素、多層次、多目標(biāo)環(huán)境負(fù)荷辨識的難題，為水泥行業(yè)、企業(yè)進(jìn)行環(huán)境負(fù)荷管理、節(jié)能減排潛力分析和效果評價(jià)，提供了科學(xué)實(shí)用的方法，可以指導(dǎo)水泥廠進(jìn)行氮氧化物減排、降低整體環(huán)境負(fù)荷和穩(wěn)定生產(chǎn)的工作。據(jù)此有效地指導(dǎo)并推進(jìn)水泥行業(yè)的綠色化進(jìn)程，幫助企業(yè)制定有效的降低產(chǎn)品環(huán)境負(fù)荷的措施，并向政府相關(guān)部門提供產(chǎn)品和原材料的資源與環(huán)境的精確信息，為進(jìn)入環(huán)境友好型社會(huì)提供有力支持，符合發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的要求。需要說明的是，在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，減排氮氧化物常稱之為脫硝，本發(fā)明“脫硝”和“減排氮氧化物”兩個(gè)術(shù)語通用。本發(fā)明的特征在于，是在一個(gè)包括中央控制計(jì)算機(jī)在內(nèi)的水泥廠選擇性非催化還原SNCR技術(shù)減排NOx的環(huán)境負(fù)荷評價(jià)與計(jì)算機(jī)在線控制系統(tǒng)中，依次按照以下步驟實(shí)現(xiàn)的:步驟(I)、構(gòu)建一個(gè)受所述中控計(jì)算機(jī)控制的水泥廠選擇性非催化還原SNCR技術(shù)減排NOx的環(huán)境負(fù)荷評價(jià)與與計(jì)算機(jī)在線控制系統(tǒng)，其中包括在水泥廠區(qū)域內(nèi)建立及裝備下述計(jì)量化的存儲(chǔ)單元:專用氨水儲(chǔ)罐、純凈水儲(chǔ)罐、壓縮空氣儲(chǔ)罐，此外，還設(shè)有包括備用氨水儲(chǔ)罐，以及輔助設(shè)施及裝備:噴槍、卸氨裝置、排空閥、柔性軟管及接口、連接各脫硝模塊的管道、防雷棚和防雷設(shè)施及裝備，并給運(yùn)輸氨水的罐車、消防設(shè)施、消防水罐預(yù)留出作業(yè)空間，其中:專用氨水儲(chǔ)罐，存儲(chǔ)用以還原NOx的氨水NH3.H2O,純凈水儲(chǔ)罐，存儲(chǔ)用以清洗脫硝設(shè)備和需要時(shí)稀釋氨水的純凈水，壓縮空氣儲(chǔ)罐，存儲(chǔ)用以實(shí)施脫硝作業(yè)的壓縮空氣，按照國際慣例，水泥廠有化學(xué)分析實(shí)驗(yàn)室運(yùn)用國家標(biāo)準(zhǔn)“煤的工業(yè)分析”對本每一批次的煤測量其收到基低位發(fā)熱量，在分解爐的噴煤管處安裝用以測定分解爐耗煤量Mcoal (C)的流量計(jì)，單位以“kgce/t Cl”計(jì)，即“千克標(biāo)準(zhǔn)煤/噸熟料”，在回轉(zhuǎn)窯的噴煤管處安裝用以測定回轉(zhuǎn)窯煤耗量Mcoal (k)的流量計(jì)，單位為“kgce/t Cl”，即“千克標(biāo)準(zhǔn)煤/噸熟料”，中控計(jì)算機(jī)初始化，設(shè)定以下參數(shù):其中，利用噴槍向分解爐內(nèi)噴氨標(biāo)志開始實(shí)施SNCR技術(shù)，1:表示由中控計(jì)算機(jī)實(shí)施監(jiān)測的當(dāng)個(gè)自然月的第i天,共記錄η次,η在數(shù)值上等于當(dāng)個(gè)自然月的天數(shù)，n e {28,30,31},D1:第i天實(shí)施SNCR技術(shù)的小時(shí)數(shù)，即當(dāng)天內(nèi)累計(jì)的脫硝作業(yè)時(shí)間，n (Di):第 i 天平均脫硝作業(yè)率，Π (Di)=Di/24，閾值 η (Di)min 彡 45%，Σ D1:表示第m個(gè)自然月的Di的加和值，即表示當(dāng)個(gè)自然月累計(jì)的當(dāng)月脫硝作業(yè)時(shí)間，m表示月序號，m=l, 2，…，12，n ( Σ Di)表示SNCR技術(shù)實(shí)施月的小時(shí)平均脫硝作業(yè)率，n ( Σ Di)= Σ Di/(24n)，閾值η ( Σ Di)min ≥ 40%,Σ ( Σ Di)m:m個(gè)Σ Di的加和值，表示本自然年累計(jì)的脫硝作業(yè)時(shí)間，n ( Σ ( Σ Di)m)表示SNCR技術(shù)實(shí)施的年平均脫硝作業(yè)率，
權(quán)利要求
1.水泥廠選擇性非催化還原NOx環(huán)境負(fù)荷評價(jià)與控制方法，其特征在于，是在一個(gè)包括中央控制計(jì)算機(jī)在內(nèi)的水泥廠選擇性非催化還原SNCR技術(shù)減排NOx的環(huán)境負(fù)荷評價(jià)與計(jì)算機(jī)在線控制系統(tǒng)中，依次按照以下步驟實(shí)現(xiàn)的: 步驟(I)、構(gòu)建一個(gè)受所述中控計(jì)算機(jī)控制的水泥廠選擇性非催化還原SNCR技術(shù)減排NOx的環(huán)境負(fù)荷評價(jià)與與計(jì)算機(jī)在線控制系統(tǒng)，其中包括在水泥廠區(qū)域內(nèi)建立及裝備下述計(jì)量化的存儲(chǔ)單元:專用氨水儲(chǔ)罐、純凈水儲(chǔ)罐、壓縮空氣儲(chǔ)罐，此外，還設(shè)有包括備用氨水儲(chǔ)罐，以及輔助設(shè)施及裝備:噴槍、卸氨裝置、排空閥、柔性軟管及接口、連接各脫硝模塊的管道、防雷棚和防雷設(shè)施及裝備，并給運(yùn)輸氨水的罐車、消防設(shè)施、消防水罐預(yù)留出作業(yè)空間，其中: 專用氨水儲(chǔ)罐，存儲(chǔ)用以還原NOx的氨水NH3.H2O, 純凈水儲(chǔ)罐，存儲(chǔ)用以清洗脫硝設(shè)備和需要時(shí)稀釋氨水的純凈水， 壓縮空氣儲(chǔ)罐，存儲(chǔ)用以實(shí)施脫硝作業(yè)的壓縮空氣， 在分解爐的噴煤管處安裝用以測定分解爐耗煤量Mcoal (C)的流量計(jì)，單位以“kgce/tcl”計(jì)，即“千克標(biāo)準(zhǔn)煤/噸熟料”， 在回轉(zhuǎn)窯的噴煤管處安裝用以測定回轉(zhuǎn)窯煤耗量Mcoal (k)的流量計(jì)，單位為“kgce/tCl”，即“千克標(biāo)準(zhǔn)煤/噸熟料”， 其中，利用噴槍向分解爐內(nèi)噴氨標(biāo)志開始實(shí)施SNCR技術(shù)， 中控計(jì)算機(jī)初始化，設(shè)定以下參數(shù): 1:表示由中控計(jì)算機(jī)實(shí)施監(jiān)測的當(dāng)個(gè)自然月的第i天，共記錄η次,η在數(shù)值上等于當(dāng)個(gè)自然月的天數(shù)，n e {28，30，31}， Di 第i天實(shí)施SNCR技術(shù)的小時(shí)數(shù)，即當(dāng)天內(nèi)累計(jì)的脫硝作業(yè)時(shí)間， n (Di):第i天平均脫硝作業(yè)率，n (Di)=Di/24，閾值n (Di)min彡45%， Σ D1:表示第m個(gè)自然月的Di的加和值，即表示當(dāng)個(gè)自然月累計(jì)的當(dāng)月脫硝作業(yè)時(shí)間， m表示月序號，m=l, 2,…，12, η ( Σ Di)表示SNCR技術(shù)實(shí)施月的小時(shí)平均脫硝作業(yè)率， η ( Σ Di)= Σ Di/(24η),閾值 Π ( Σ Di)min ≥ 40%, Σ ( Σ Di)m:m個(gè)Σ Di的加和值，表示本自然年累計(jì)的脫硝作業(yè)時(shí)間， η ( Σ ( Σ Di)m)表示SNCR技術(shù)實(shí)施的年平均脫硝作業(yè)率，
全文摘要
水泥廠選擇性非催化還原NOx環(huán)境負(fù)荷評價(jià)與控制方法屬于水泥生產(chǎn)環(huán)境安全技術(shù)領(lǐng)域，其特征在于，對于實(shí)施選擇性非催化還原SNCR技術(shù)減排氮氧化物NOx時(shí)帶來的額外影響，包括氣體污染物NH3、CO、SO2和煤耗增高等因素，根據(jù)設(shè)定的環(huán)境影響量化指標(biāo)體系和脫硝效率量化指標(biāo)體系進(jìn)行多因素、多層次、多目標(biāo)的在線監(jiān)測及效果評價(jià)，以便在減排NOx的同時(shí)穩(wěn)定水泥生產(chǎn)、降低整體環(huán)境負(fù)荷和推進(jìn)水泥行業(yè)的綠色化進(jìn)程。
文檔編號G05B19/418GK103207608SQ20131011031
公開日2013年7月17日 申請日期2013年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月1日
發(fā)明者崔素萍, 李琛, 孟憲策, 王宏濤, 聶祚仁, 龔先政, 劉宇 申請人:北京工業(yè)大學(xué)