吳東業(yè)

成都建筑材料工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610051

水泥廠NOx排放環(huán)保核查要點(diǎn)

吳東業(yè)

成都建筑材料工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610051

在水泥廠NOx排放環(huán)保核查和大氣污染物排放監(jiān)測過程中，為使檢測結(jié)果更加接近實(shí)際，提高公眾對(duì)公示結(jié)果的公信度，環(huán)保工作者應(yīng)掌握相關(guān)工藝參數(shù)，熟悉相關(guān)測定程序和方法，在排放測定時(shí)要判斷生產(chǎn)是否處在正常操作狀況。

水泥廠 脫硝 環(huán)保核查 要點(diǎn)

0 引言

目前，國家重點(diǎn)監(jiān)控企業(yè)的廢氣排放都要求安裝污染源自動(dòng)監(jiān)控設(shè)施，并將監(jiān)測結(jié)果數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至當(dāng)?shù)丨h(huán)境保護(hù)管理部門，環(huán)保部門網(wǎng)站將監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行公示。但水泥廠大氣污染物排放監(jiān)測報(bào)告和大氣污染物自動(dòng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸?shù)男逝c準(zhǔn)確性還不盡人意，有些大氣污染物排放監(jiān)測報(bào)告所作出的結(jié)果與實(shí)際出入較大，影響了環(huán)境監(jiān)測的權(quán)威性和公眾對(duì)環(huán)境現(xiàn)狀的知情權(quán)。筆者在有關(guān)工作中接觸到的水泥廠大氣污染物監(jiān)測報(bào)告，其NOx排放數(shù)據(jù)就有與實(shí)際出入較大的情況，究其原因就有在環(huán)保監(jiān)測時(shí)未注重水泥生產(chǎn)操作參數(shù)的收集整理，未分析水泥生產(chǎn)過程中用風(fēng)量和還原劑的使用量是否合理，造成了監(jiān)測結(jié)果的偏離。本文就水泥廠NOx排放的環(huán)保核查關(guān)注點(diǎn)進(jìn)行分析。

1 排放監(jiān)測應(yīng)與生產(chǎn)負(fù)荷監(jiān)測同步

在采集排放數(shù)據(jù)的同時(shí)，應(yīng)同時(shí)采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)。在水泥生產(chǎn)過程中，不同的生產(chǎn)負(fù)荷、不同的操作數(shù)據(jù)，對(duì)污染物排放值都有較大的影響。如在低生產(chǎn)負(fù)荷下，或加大風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，污染物的排放濃度都會(huì)被稀釋，造成排放濃度值的降低。在進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測的同時(shí)，應(yīng)對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行熱工標(biāo)定，防止人為因素干擾測定結(jié)果，才能真實(shí)反映正常生產(chǎn)狀態(tài)下大氣污染物的排放狀況。

環(huán)境監(jiān)測人員不僅要對(duì)檢測業(yè)務(wù)熟悉，還應(yīng)對(duì)水泥生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)操作有所了解，目前水泥生產(chǎn)還是以窯外分解技術(shù)為主，關(guān)鍵技術(shù)裝備回轉(zhuǎn)窯是NOx的主要來源，燃料在水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)1 600 ℃以上燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量NOx。在生產(chǎn)操作上，盡可能降低一次風(fēng)的用量，使用較低的空氣過剩系數(shù)，讓煤粉燃燒高溫區(qū)形成還原氣氛，可有效降低NOx的形成。根據(jù)GB4915-2013《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》NOx排放限值一般地區(qū)為400 mg/Nm3，在目前的技術(shù)水平，采用低氮煅燒技術(shù)的燒成系統(tǒng)NOx排放濃度也在500～800 mg/Nm3，不采用煙氣脫硝系統(tǒng)很難達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，目前幾乎所有水泥生產(chǎn)企業(yè)都建設(shè)有煙氣脫硝裝置。

2 還原劑的使用量對(duì)NOx排放量的影響

目前，水泥廠的脫硝主要采用選擇性非催化還原（SNCR）技術(shù)，脫硝使用的還原劑以氨水或尿素為主，其工作原理都是以含NH3物質(zhì)作為還原劑，去除煙氣中的NOx，根據(jù)水泥工廠氨水或尿素消耗量的多少，可判斷其NOx的削減量。其反應(yīng)式及氨消耗量計(jì)算公式[1]如下：

（1）有氧條件下：

4NO + 4NH3+ O2→ 4N2+ 6H2O

2NO2+ 4NH3+ O2→ 3N2+ 6H2O

（2）無氧（缺氧）條件下：

6NO + 4NH3→ 5N2+ 6H2O

6NO2+ 8NH3→ 7N2+ 12H2O

（3）按化學(xué)反應(yīng)式計(jì)算氨消耗量[2]

WNH3= [ Vgas× CNO×17 / ( 30 ×10-6) +Vgas× CNO2×17 ×2 / ( 46 ×10-6)] ×[ ηNOx/ 100 + γa/22.4 / ( CNO/30 +CNO2×2 / 46) ]

式中：WNH3— 純氨小時(shí)耗量，kg/h；

Vgas— 煙氣流量，Nm3/h；

CNO、CNO2—煙氣中NO、NO2濃度，m g/Nm3；

17、30、46 — NH3、NO2、NO2的分子量；

ηNOx— 脫硝效率，%；γa— 氨逃逸率，ppmv。

（4）《華能導(dǎo)則》氨消耗量計(jì)算公式[3]

WNH3= ( 17×γNH3/NOx×WNOx×Vgas)/(30.8×10-6）

式中，γNH3/NOx—NH3和NOx的摩爾比，按下式計(jì)算：

γNH3/NOx= ηDeNOx/100 + ( γNH3×30.8 ) / (WNOx× 22.4)；

WNOx— 入口NOx濃度，mg/Nm3；

ηDeNOx— 脫硝效率，%；

γNH3— 氨逃逸率，ppmv；

30.8 —NOx的摩爾質(zhì)量，按NO濃度占95%，NO2濃度占5%計(jì)算。

3 排風(fēng)量對(duì)NOx排放濃度的影響

在水泥生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)設(shè)備定型后，NOx的產(chǎn)生量也就基本恒定，系統(tǒng)排風(fēng)量的大小將直接影響NOx的排放濃度。水泥生產(chǎn)企業(yè)為了節(jié)約能耗和降低生產(chǎn)成本，在正常的生產(chǎn)操作上都會(huì)盡可能減少用風(fēng)量，以減少廢氣帶走熱，單位產(chǎn)量的用風(fēng)量是基本恒定的。預(yù)分解窯水泥生產(chǎn)線的排風(fēng)量主要由煤粉燃燒需要的空氣量、系統(tǒng)漏風(fēng)量、碳酸鹽分解產(chǎn)生的氣體量和高嶺土脫水產(chǎn)生氣體量等組成，其中煤粉燃燒需要的空氣量和碳酸鹽分解產(chǎn)生的氣體量是基本固定的，控制好系統(tǒng)的漏風(fēng)量則是衡量水泥工廠管理水平的重要環(huán)節(jié)。GB4915-2013《水泥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》要求，在排氣筒大氣污染物排放值測定時(shí)，應(yīng)同時(shí)對(duì)排氣中氧含量進(jìn)行監(jiān)測，并按基準(zhǔn)含氧量百分率為10進(jìn)行修正，不得人為稀釋排放。預(yù)分解窯水泥廠燒成系統(tǒng)與工藝過程有關(guān)風(fēng)量計(jì)算如下：

（1）煤粉完全燃燒時(shí)所需理論空氣量計(jì)算

Vk= 0.089Cad+ 0.267Had+ 0.033( St.ad+Oad)

式中：

Vk— 完全燃燒時(shí)所需理論空氣量，Nm3/kgcoal；

Cad、Had、St.ad、Oad— 燃料中各元素的空氣干燥基重量百分含量。

（2）煤粉燃燒時(shí)煙氣生成量計(jì)算

Vy=0.018 65Cad+0.112Had+0.012 43Wad+ 0.006 8St.ad+ 0.21(α-1 ) Vk+ 0.008Nad+ 0.79αVk

式中：Vy— 煙氣生成量，Nm3/kg-coal；

Wad—燃料中空氣干燥基水分重量百分含量；

α— 過?？諝庀禂?shù)。

（3）碳酸鹽分解產(chǎn)生的氣體量計(jì)算

VCO2=[(CaOsh- CaOA× mA)/100 × 44/56 + (MgOsh- MgOA× mA)/100 × 44/40.3] /ρCO2

式中：VCO2— 煙氣中CO2氣體生成量，Nm3/kg-cl；

CaOsh— 熟料中CaO的重量百分含量；

CaOA— 煤灰中CaO的重量百分含量；

mA— 單位熟料中煤灰摻入量，%；

44、56、40.3 — CO2、CaO、MgO的分子量；

ρCO2— CO2氣體密度，kg/m3。

（4）高嶺土脫水產(chǎn)生的氣體量計(jì)算

VAS2H2=(Al2O3sh-Al2O3A×mA) /100×258/102 /ρH2O

式中：VAS2H2— 煙氣中高嶺土脫水氣體生成量，Nm3/kg-cl；

Al2O3sh— 熟料中Al2O3的重量百分含量；

Al2O3A— 煤灰中Al2O3的重量百分含量；

258、102—Al2(Si2O5)(OH)4、Al2O3的分子量；

ρH2O— H2O氣體密度，kg/m3。

4 影響NOx排放濃度的其他因素

NOx排放濃度除了工藝操作參數(shù)的影響，測定環(huán)節(jié)不可忽視。

4.1 監(jiān)測位置的選取

監(jiān)測位置的選擇是否合適，會(huì)直接影響到測定結(jié)果的準(zhǔn)確性，測定位置應(yīng)選擇在垂直管段氣流穩(wěn)定的煙道上，應(yīng)避開煙道彎頭和斷面急劇變化的部位，應(yīng)設(shè)置在距彎頭、閥門和變徑管下游方向不小于4倍煙道直徑，安裝位置不能漏風(fēng)。

4.2 測量儀器量程的選擇

測量儀器的量程應(yīng)盡量選擇與實(shí)際排放值較接近的范圍，任何測量儀器都有一定的測量誤差，正確了解測量儀器的特點(diǎn)及測量誤差產(chǎn)生的原因，可有效減小測量誤差。在規(guī)定的正常工作條件下，儀表在測量時(shí)所具有的最大絕對(duì)誤差與量程之比，稱為基本誤差，基本誤差也是針對(duì)全量程范圍內(nèi)測量而言的，且一只合格的儀表，其基本誤差應(yīng)小于或等于允許誤差。正是因?yàn)檫@個(gè)原因，在實(shí)際測量中，可以根據(jù)所選儀表的精度和量程來估算測量中可能會(huì)出現(xiàn)的最大絕對(duì)誤差。使用一臺(tái)測量儀器的同一個(gè)量程測量兩個(gè)不同排放值的時(shí)候，誰離滿擋值近，誰的準(zhǔn)確度就高。所以，在測量排放濃度時(shí)，應(yīng)使被測濃度指示在測量儀器量程的2/3以上，只有這樣才能減小測量誤差。

4.3 排氣流速和流量的測量

在水泥廠廢氣取樣點(diǎn)的測量斷面上作NOx濃度測定的同時(shí)，應(yīng)在同一斷面上進(jìn)行流量的測定，流量是根據(jù)流速、溫度、壓力和斷面積的測定值計(jì)算得出。由于測量的橫斷面積較大，中心區(qū)和邊緣區(qū)域的流速差別也大，應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)的要求根據(jù)煙道的尺寸確定測量的等面積區(qū)域，在每個(gè)等面積區(qū)域內(nèi)設(shè)置測量點(diǎn)，該測量的重點(diǎn)是要保證測量點(diǎn)的個(gè)數(shù)，然后用各測量點(diǎn)測得的數(shù)據(jù)選取平均值作為計(jì)算值。

5 水泥生產(chǎn)線脫硝系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)[4]

目前預(yù)分解窯水泥生產(chǎn)線主力窯型以5 000 t/d熟料為主，為了方便水泥廠NOx的環(huán)保核查，現(xiàn)將某廠5 000 t/d水泥生產(chǎn)線脫硝系統(tǒng)的有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)及計(jì)算結(jié)果列入表1、2、3、4。

表1 SNCR系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)參數(shù)

表2 干原料單位熟料消耗量計(jì)算結(jié)果

表3 系統(tǒng)風(fēng)量計(jì)算結(jié)果

表4 窯系統(tǒng)各部位單位熟料廢氣量匯總表

6 結(jié)束語

在水泥廠NOx排放環(huán)保核查和大氣污染物排放監(jiān)測過程中，為使檢測結(jié)果更加接近實(shí)際，提高公眾對(duì)公示結(jié)果的公信度，環(huán)保工作者應(yīng)掌握相關(guān)的工業(yè)生產(chǎn)相關(guān)工藝參數(shù)，熟悉相關(guān)測定程序和方法，在排放測定時(shí)判斷生產(chǎn)是否在正常操作狀況，應(yīng)在NOx排放環(huán)境監(jiān)測時(shí)對(duì)水泥生產(chǎn)狀況同步監(jiān)測，并對(duì)水泥生產(chǎn)過程中的用風(fēng)量和還原劑的使用量進(jìn)行分析，確認(rèn)生產(chǎn)狀態(tài)在合理的正常操作范圍內(nèi)。目前，國控水泥生產(chǎn)企業(yè)都安裝有在線污染源自動(dòng)監(jiān)測設(shè)施，自動(dòng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)直接上傳至當(dāng)?shù)丨h(huán)境保護(hù)管理部門，為使國家重點(diǎn)監(jiān)控企業(yè)污染源監(jiān)督性監(jiān)測工作更加有效，建議現(xiàn)有的企業(yè)在線環(huán)境監(jiān)測上傳排放濃度數(shù)據(jù)的同時(shí)，將企業(yè)的主要生產(chǎn)數(shù)據(jù)上傳，方便相關(guān)人員了解生產(chǎn)和排放狀況。

[1] 蔣文舉(主編). 煙氣脫硫脫硝技術(shù)手冊(cè)[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2012.

[2] 許佩瑤，李海宗,吳揚(yáng).煙氣脫氮技術(shù)機(jī)理及研究現(xiàn)狀[J].環(huán)境污染與防治,2005,7(4):1-6.

[3] 中國華能集團(tuán)公司.火電工程設(shè)計(jì)導(dǎo)則 煙氣脫硫脫硝（第三分冊(cè)）[M].2014.

[4] 吳東業(yè).水泥廠采用選擇性非催化還原技術(shù)脫硝的利與弊[J].新世紀(jì)水泥導(dǎo)報(bào),2014(01):4-7.

TQ172.9

B

1008-0473(2016)04-0006-04 DOI編碼：10.16008/j.cnki.1008-0473.2016.04.002

2016-01-12）