水泥厂NOx排放环保核查要点

吴东业

成都建筑材料工业设计研究院有限公司，四川 成都 610051

水泥厂NOx排放环保核查要点

吴东业

成都建筑材料工业设计研究院有限公司，四川 成都 610051

在水泥厂NOx排放环保核查和大气污染物排放监测过程中，为使检测结果更加接近实际，提高公众对公示结果的公信度，环保工作者应掌握相关工艺参数，熟悉相关测定程序和方法，在排放测定时要判断生产是否处在正常操作状况。

水泥厂 脱硝 环保核查 要点

0 引言

目前，国家重点监控企业的废气排放都要求安装污染源自动监控设施，并将监测结果数据实时传输至当地环境保护管理部门，环保部门网站将监测结果进行公示。但水泥厂大气污染物排放监测报告和大气污染物自动监控数据传输的效率与准确性还不尽人意，有些大气污染物排放监测报告所作出的结果与实际出入较大，影响了环境监测的权威性和公众对环境现状的知情权。笔者在有关工作中接触到的水泥厂大气污染物监测报告，其NOx排放数据就有与实际出入较大的情况，究其原因就有在环保监测时未注重水泥生产操作参数的收集整理，未分析水泥生产过程中用风量和还原剂的使用量是否合理，造成了监测结果的偏离。本文就水泥厂NOx排放的环保核查关注点进行分析。

1 排放监测应与生产负荷监测同步

在采集排放数据的同时，应同时采集生产数据。在水泥生产过程中，不同的生产负荷、不同的操作数据，对污染物排放值都有较大的影响。如在低生产负荷下，或加大风机的转速，污染物的排放浓度都会被稀释，造成排放浓度值的降低。在进行环境监测的同时，应对生产系统进行热工标定，防止人为因素干扰测定结果，才能真实反映正常生产状态下大气污染物的排放状况。

环境监测人员不仅要对检测业务熟悉，还应对水泥生产工艺和生产操作有所了解，目前水泥生产还是以窑外分解技术为主，关键技术装备回转窑是NOx的主要来源，燃料在水泥回转窑内1 600 ℃以上燃烧时会产生大量NOx。在生产操作上，尽可能降低一次风的用量，使用较低的空气过剩系数，让煤粉燃烧高温区形成还原气氛，可有效降低NOx的形成。根据GB4915-2013《水泥工业大气污染物排放标准》NOx排放限值一般地区为400 mg/Nm3，在目前的技术水平，采用低氮煅烧技术的烧成系统NOx排放浓度也在500～800 mg/Nm3，不采用烟气脱硝系统很难达到排放标准，目前几乎所有水泥生产企业都建设有烟气脱硝装置。

2 还原剂的使用量对NOx排放量的影响

目前，水泥厂的脱硝主要采用选择性非催化还原（SNCR）技术，脱硝使用的还原剂以氨水或尿素为主，其工作原理都是以含NH3物质作为还原剂，去除烟气中的NOx，根据水泥工厂氨水或尿素消耗量的多少，可判断其NOx的削减量。其反应式及氨消耗量计算公式[1]如下：

（1）有氧条件下：

4NO + 4NH3+ O2→ 4N2+ 6H2O

2NO2+ 4NH3+ O2→ 3N2+ 6H2O

（2）无氧（缺氧）条件下：

6NO + 4NH3→ 5N2+ 6H2O

6NO2+ 8NH3→ 7N2+ 12H2O

（3）按化学反应式计算氨消耗量[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— 纯氨小时耗量，kg/h；

Vgas— 烟气流量，Nm3/h；

CNO、CNO2—烟气中NO、NO2浓度，m g/Nm3；

17、30、46 — NH3、NO2、NO2的分子量；

ηNOx— 脱硝效率，%；γa— 氨逃逸率，ppmv。

（4）《华能导则》氨消耗量计算公式[3]

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

式中，γNH3/NOx—NH3和NOx的摩尔比，按下式计算：

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

WNOx— 入口NOx浓度，mg/Nm3；

ηDeNOx— 脱硝效率，%；

γNH3— 氨逃逸率，ppmv；

30.8 —NOx的摩尔质量，按NO浓度占95%，NO2浓度占5%计算。

3 排风量对NOx排放浓度的影响

在水泥生产过程中，生产设备定型后，NOx的产生量也就基本恒定，系统排风量的大小将直接影响NOx的排放浓度。水泥生产企业为了节约能耗和降低生产成本，在正常的生产操作上都会尽可能减少用风量，以减少废气带走热，单位产量的用风量是基本恒定的。预分解窑水泥生产线的排风量主要由煤粉燃烧需要的空气量、系统漏风量、碳酸盐分解产生的气体量和高岭土脱水产生气体量等组成，其中煤粉燃烧需要的空气量和碳酸盐分解产生的气体量是基本固定的，控制好系统的漏风量则是衡量水泥工厂管理水平的重要环节。GB4915-2013《水泥工业大气污染物排放标准》要求，在排气筒大气污染物排放值测定时，应同时对排气中氧含量进行监测，并按基准含氧量百分率为10进行修正，不得人为稀释排放。预分解窑水泥厂烧成系统与工艺过程有关风量计算如下：

（1）煤粉完全燃烧时所需理论空气量计算

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

式中：

Vk— 完全燃烧时所需理论空气量，Nm3/kgcoal；

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

（2）煤粉燃烧时烟气生成量计算

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— 烟气生成量，Nm3/kg-coal；

Wad—燃料中空气干燥基水分重量百分含量；

α— 过剩空气系数。

（3）碳酸盐分解产生的气体量计算

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

式中：VCO2— 烟气中CO2气体生成量，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— 单位熟料中煤灰掺入量，%；

44、56、40.3 — CO2、CaO、MgO的分子量；

ρCO2— CO2气体密度，kg/m3。

（4）高岭土脱水产生的气体量计算

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

式中：VAS2H2— 烟气中高岭土脱水气体生成量，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气体密度，kg/m3。

4 影响NOx排放浓度的其他因素

NOx排放浓度除了工艺操作参数的影响，测定环节不可忽视。

4.1 监测位置的选取

监测位置的选择是否合适，会直接影响到测定结果的准确性，测定位置应选择在垂直管段气流稳定的烟道上，应避开烟道弯头和断面急剧变化的部位，应设置在距弯头、阀门和变径管下游方向不小于4倍烟道直径，安装位置不能漏风。

4.2 测量仪器量程的选择

测量仪器的量程应尽量选择与实际排放值较接近的范围，任何测量仪器都有一定的测量误差，正确了解测量仪器的特点及测量误差产生的原因，可有效减小测量误差。在规定的正常工作条件下，仪表在测量时所具有的最大绝对误差与量程之比，称为基本误差，基本误差也是针对全量程范围内测量而言的，且一只合格的仪表，其基本误差应小于或等于允许误差。正是因为这个原因，在实际测量中，可以根据所选仪表的精度和量程来估算测量中可能会出现的最大绝对误差。使用一台测量仪器的同一个量程测量两个不同排放值的时候，谁离满挡值近，谁的准确度就高。所以，在测量排放浓度时，应使被测浓度指示在测量仪器量程的2/3以上，只有这样才能减小测量误差。

4.3 排气流速和流量的测量

在水泥厂废气取样点的测量断面上作NOx浓度测定的同时，应在同一断面上进行流量的测定，流量是根据流速、温度、压力和断面积的测定值计算得出。由于测量的横断面积较大，中心区和边缘区域的流速差别也大，应按标准的要求根据烟道的尺寸确定测量的等面积区域，在每个等面积区域内设置测量点，该测量的重点是要保证测量点的个数，然后用各测量点测得的数据选取平均值作为计算值。

5 水泥生产线脱硝系统设计参数[4]

目前预分解窑水泥生产线主力窑型以5 000 t/d熟料为主，为了方便水泥厂NOx的环保核查，现将某厂5 000 t/d水泥生产线脱硝系统的有关设计参数及计算结果列入表1、2、3、4。

表1 SNCR系统工艺设计参数

表2 干原料单位熟料消耗量计算结果

表3 系统风量计算结果

表4 窑系统各部位单位熟料废气量汇总表

6 结束语

在水泥厂NOx排放环保核查和大气污染物排放监测过程中，为使检测结果更加接近实际，提高公众对公示结果的公信度，环保工作者应掌握相关的工业生产相关工艺参数，熟悉相关测定程序和方法，在排放测定时判断生产是否在正常操作状况，应在NOx排放环境监测时对水泥生产状况同步监测，并对水泥生产过程中的用风量和还原剂的使用量进行分析，确认生产状态在合理的正常操作范围内。目前，国控水泥生产企业都安装有在线污染源自动监测设施，自动监控数据直接上传至当地环境保护管理部门，为使国家重点监控企业污染源监督性监测工作更加有效，建议现有的企业在线环境监测上传排放浓度数据的同时，将企业的主要生产数据上传，方便相关人员了解生产和排放状况。

[1] 蒋文举(主编). 烟气脱硫脱硝技术手册[M]. 北京: 化学工业出版社, 2012.

[2] 许佩瑶，李海宗,吴扬.烟气脱氮技术机理及研究现状[J].环境污染与防治,2005,7(4):1-6.

[3] 中国华能集团公司.火电工程设计导则 烟气脱硫脱硝（第三分册）[M].2014.

[4] 吴东业.水泥厂采用选择性非催化还原技术脱硝的利与弊[J].新世纪水泥导报,2014(01):4-7.

TQ172.9

B

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

2016-01-12）