CN103257645A - 水泥厂选择性催化还原NOx的环境负荷评价与监控方法 - Google Patents

Abstract

水泥厂选择性催化还原NOx的环境负荷评价与监控方法属于水泥生产环境安全技术领域，其特征在于，在中控计算机控制下，用传感器测量一个周期内的NOx平均排放量、NOx排放量出现峰值次数、SCR系统用电量、额外煤耗增量、SO₂排放量、CO排放量、烟尘排放量、在卸氨点、SCR反应器出口和喷氨口的各氨逃逸量、SCR脱硝率、催化剂使用寿命和高效使用时间，以及氨氮比最小值在内的环境负荷指标，分为A、B和C三个等级，并按设定阈值分级，对环境负荷评价为C级时报警，中控计算机并据此建立SCR系统的原料溯源制度，实施SCR技术的环境负荷评价反馈机制。本发明有效监控了各项环境负荷指标，能通过调节氨氮比，能克服由于氨的浓度过大导致反应器及下游设备腐蚀问题。

Description

水泥厂选择性催化还原NOx的环境负荷评价与监控方法

技术领域

本发明属于水泥生产环境安全技术领域，具体涉及水泥厂选择性催化还原NOx的环境负荷评价与监控方法。

背景技术

本发明公开了水泥厂选择性催化还原NOx的环境负荷评价与监控方法，属于水泥生产环境安全技术领域。

氮氧化物（NOx）是一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO₂）的总合，是对环境损害极大的常见大气污染物，刺激人体肺部，引起呼吸系统疾病，还诱发城市光化学烟雾。根据2007年进行第一次全国污染源普查的资料，水泥生产过程中产生的NOx，其中NO占90%～95%，对于国内主流的新型干法水泥窑，NOx平均排放系数为1100mg/Nm³。据统计，2010年中国水泥行业排放NOx约220万吨，占2010年全国工业NOx排放量的十分之一，2011年排放增加到384.3万吨NOx。目前我国水泥行业是我国电力、汽车尾气之后的第三大NOx排放源，因此对水泥窑炉的NOx进行减量处理，具有重要的意义。

对于水泥工业而言，我国现行的《水泥工业大气污染物排放标准》规定NOx排放限值仍为800mg/Nm³。但是，较多省市已经规定了更加严格的NOx排放限值，有的低至200mg/Nm³。随着时代的发展，水泥行业的NOx排放标准会日益严格，并将随着国家对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。

SCR技术作为一种新型的脱硝技术，已经被广泛应用于汽油涡轮机、内燃引擎以及火电厂中。目前SCR技术在在我国正处于试验和逐步推广阶段。选择性催化还原（SCR）技术是指在催化剂的作用下，利用还原剂（如氨NH₃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。之所以称之为“有选择性地”，是由于NH₃可以选择性地与NOx发生反应，而不是被O₂氧化的缘故。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，脱硝效率甚至可以达到90%，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。SCR脱硝反应温度一般为300～450℃，在SCR系统中，催化剂一般使用V₂O₅/TiO₂作为活性成分，并采用多孔质的陶瓷类材料作为载体。主要反应机理是使得氨吸附在催化剂的表面，为上述反应提供反应场所，从而促进反应的进行。脱硝过程使用的还原剂一般是氨水，通过喷氨系统将氨气与空气的混合气体均匀地喷入烟道中，并在催化剂的作用下与烟道气体中的NOx发生反应。通常NH₃：NOx的摩尔比小于1，NOx脱除效率达到70～90%，同时氨逃逸量小于5ppm。在实施SCR技术的水泥生产过程中，使用催化剂减排NOx的化学反应原理如下：

NO的脱除（NO占产生的NOx的90%-95%）：

4NO+4NH₃+O₂→4N₂+6H₂O        （式Ⅰ）

6NO+4NH₃→5N₂+6H₂O           （式Ⅱ）

NO₂的脱除（NO₂占产生的NOx的5%-10%）：

2NO₂+4NH₃+O₂→3N₂+6H₂O       （式Ⅲ）

6NO₂+8NH₃→7N₂+12H₂O         （式Ⅳ）

SCR技术虽然相对其他技术而言脱硝效率高，但是在实际应用中存在以下问题：在水泥厂预热器下方单独安装的SCR反应器，其作业需要额外消耗电量；SCR反应器安装在除尘器之后，经过除尘后烟气温度降低，需要对烟气重新加热，增加了煤耗；如果除尘器发生故障，催化剂易堵塞，并且处理失效的、具有毒性的催化剂时对环境影响大；需要严格实时控制还原剂氨的注入量，防止氨的浓度过大导致下游设备腐蚀；SCR技术的设备比较复杂，人工难以准确控制，并且实施SCR的成本较高，如果技术失效，则经济经济损失较大，为保证水泥生产系统的正常运转和有效实施SCR技术，需要精密的自动化监控设备和应急处理系统；实施SCR技术虽然能够减排NOx，但会给环境带来其他额外影响，例如气体污染物NH₃的排放和煤耗、电耗增高。目前已经有文献及专利涉及水泥生产过程中的低NOx控制技术。但是，这些文献和专利仅着眼于在水泥生产过程中如何通过控制燃烧的方法和技术来减排NOx，没有从水泥生产周期的角度来对水泥生产过程产生的NOx控制技术进行整体研究，没有专门针对SCR技术在实际运用中产生的技术和引起其他环境问题提出详细解决方案。

发明内容

本发明旨在以“在保证水泥稳定生产的基础上应用SCR技术有效减排氮氧化物时，不能带来过多其他额外的资源、能源消耗和污染物排放”为原则，具有数据采集和溯源的基本功能，针对SCR反应器的作业需要额外消耗电量、燃煤、氨、催化剂等能源和资源，增加了气体污染物NH₃、CO的排放，缺少对SCR技术应用的环境负荷评价体系和精密的自动化监控设备，氨的浓度过大导致SCR反应器及下游设备腐蚀，缺少应急处理系统等问题，对SCR技术在实际运用中产生的技术和引起其他环境问题提出详细解决方案，解决水泥生产应用SNCR技术时如何进行多因素、多层次、多目标环境负荷辨识的难题，为水泥行业、企业进行环境负荷管理、节能减排潜力分析和效果评价，提供了科学实用的方法，可以指导水泥厂进行氮氧化物减排、降低整体环境负荷和稳定生产的工作。

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。

本发明的特征在于，是在一个受控于中央控制计算机的水泥厂选择性催化还原NOx的环境负荷评价与监控系统中，依次按照以下步骤实现的：

步骤（1）、系统构建：

在水泥厂的预热器下方建立一个选择性催化还原SCR系统，自上而下地包括：除尘器、卸氨装置和卸氨压缩机、氨水储罐、纯净水储罐、稀释风机、混合及喷氨装置、内置多层催化剂的SCR反应器、压缩空气储罐、吹灰器和连接管道，还包括：安置在悬浮预热器C1出口处的用来测NOx排放量的烟气测量仪、SCR反应器的温度测量仪、安置在SCR反应器出口的流量计、用于测量SCR系统的电表、除尘器出口处的流量计，

分别安装在回转窑的窑头和窑尾的煤粉喂料口的两个重量测量仪，

安装在卸氨点用以测量泄漏的氨NH₃逃逸量的烟气测量仪，

安装在喷氨装置的喷氨口处用以测量泄漏的氨NH₃逃逸量的烟气测量仪，

还有：简称为中控计算机的中央控制计算机；

步骤（2）、在实施SCR技术前，判断：

测量所述悬浮预热器C1出口处的以全部转化为NO₂计的NOx平均排放量

每5分钟测量一次，共测量10次，单位为“mg NO₂/Nm³”，下同，

判断 ${{\stackrel{\‾}{M}}^0}_{\mathrm{NOx}}\≥600\mathrm{mg}{\mathrm{NO}}_2/{\mathrm{Nm}}^3$ 否，

若：成立， ${{\stackrel{\‾}{M}}^0}_{\mathrm{NOx}}\≥600\mathrm{mg}{\mathrm{NO}}_2/{\mathrm{Nm}}^3,$ 则执行步骤（3），

若：不成立， ${{\stackrel{\&OverBar;}{M}}^0}_{\mathrm{NOx}}<600\mathrm{mg}{\mathrm{NO}}_2/{\mathrm{Nm}}^3,$ 则循环执行步骤（2）；

步骤（3）、检查下列参数是否同时符合要求：

SCR反应器的温度F：315℃≤F≤350℃，

预热器下方除尘器出口的烟尘排放量M⁰ _PM≤25mg/Nm³，

SCR反应器的每层催化剂是否有堵塞现象，要求烟气在通过催化剂后的速度S¹≥95%S⁰，S⁰为烟气在通过催化剂前的流速，

若：有任何一个参数未达标，则调整SCR反应器和所述除尘器的作业参数，一直到达标为止；

步骤（4）、计算需要通入烟道气体中的氨的喷入量N⁰ _NH3，

设定氨氮比NSR=N⁰ _NH3/N⁰ _NOx，0.75≤NSR≤1.05，

则按下式计算N⁰ _NH3，

N⁰ _NH3=NSR×N⁰ _NOx×17×10³，单位是mg/Nm³，

其中，N⁰ _NOx是烟道气体中的NOx的物质的量即摩尔数，单位为mol，

${N^0}_{\mathrm{NOx}}={{\stackrel{\&OverBar;}{M}}^0}_{\mathrm{NOx}}/(46\&times;{10}^3),$

根据N⁰ _NH3的值，将氨和相应比例的纯净水利用稀释风机混合后，得到浓度为25%的氨水溶液，利用喷氨装置的喷枪向SCR反应器与预热器之间的烟道内喷氨，开始实施SCR技术；

步骤（5）、在开始实施SCR技术后，中央控制计算机依次测量以下参数：

以全部转化为NO₂计的NOx平均排放量

所述SCR反应器出口处周期T内NOx排放量出现峰值的次数

n=12，为周期T内总测量次数、

所述SCR系统用电量E_SCR、

SCR系统额外煤耗增长率Rcoal、

SCR反应器出口处的SO₂排放量M_SO2、

SCR反应器出口处的CO排放量M_CO、

卸氨点处的第一个氨NH₃逃逸量M_Slip1、

SCR反应器出口处的第二个氨NH₃逃逸量M_Slip2、

喷氨口处第三个氨NH₃逃逸量M_Slip3、

预热器下方的除尘器出口处的烟尘排放量M¹ _PM、

SCR技术的脱硝率ΔNOx、

催化剂使用寿命La、

催化剂高效使用时间Le以及最小氨氮比NSR_min；

步骤（5.1）、设定下述环境负荷评价等级：

级别A：标识为良好，

级别B：标识为合格，

级别C：标识为不合格，报警提示，

步骤（5.2）、评价

及

开始实施SCR技术后，经过5分钟的稳定时间后，经以60分钟为一个周期T，下同，在SCR反应器出口处用烟气测量仪每5分钟测量一次，共测量12次得到以全部转化为NO₂计的NOx排放量M_NOx，平均后得到NOx的平均排放量

按下式进行评价：

A级： $0\&le;{{\stackrel{\&OverBar;}{M}}^0}_{\mathrm{NOx}}\&le;200\mathrm{mg}{\mathrm{NO}}_2/{\mathrm{Nm}}^3,$

B级： $200<{{\stackrel{\&OverBar;}{M}}^0}_{\mathrm{NOx}}\&le;500\mathrm{mg}{\mathrm{NO}}_2/{\mathrm{Nm}}^3,$

C级： ${{\stackrel{\&OverBar;}{M}}^0}_{\mathrm{NOx}}>500\mathrm{mg}{\mathrm{NO}}_2/{\mathrm{Nm}}^3,$

再按下式判断周期Ｔ内NOx排放量M_NOx出现峰值的次数

当时，P_i=1，记录为出现峰值，若否，则P_i=0，并按下式进行评价：

A级： $\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{Pi}\&le;2,$

B级： $2<\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{Pi}\&le;4,$

C级： $\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{Pi}>4,$

步骤（5.3）、评价E_SCR：

A级：0＜E_SCR≤10kWh/t cl，t cl表示吨熟料，

B级：10＜E_SCR≤18kWh/t cl，

C级：E_SCR＞18kWh/t cl，

步骤（5.4）、评价Rcoal：

Rcoal=(Mcoal－M⁰coal)/M⁰coal，

M⁰coal为开始实施SCR技术前，在回转窑的窑头和窑尾处测得的总喂煤量，

Mcoal为实施SCR技术后，在回转窑的窑头和窑尾处测得的总喂煤量，

按下式进行评价：

A级：0＜Rcoal≤5%，

B级：5%＜Rcoal≤8%，

C级：Rcoal＞8%，

步骤（5.5）、评价M_SO2和M_CO：

在实施SCR技术后，经过5分钟的稳定时间后，在SCR反应器出口处用烟气测量仪分别测得SO₂排放量M_SO2和CO排放量M_CO，分别按下式进行评价：

对于M_SO2，A级：0＜M_SO2≤30mg/Nm³，

         B级：30＜M_SO2≤80mg/Nm³，

         C级：M_SO2＞80mg/Nm³，

对于M_CO，A级：0＜M_CO≤50mg/Nm³，

         B级：50＜M_CO≤100mg/Nm³，

         C级：M_CO＞100mg/Nm³，

步骤（5.6）、评价M_Slip1、M_Slip2和M_Slip3：

在卸氨点处用烟气测量仪测得氨NH₃逃逸量M_Slip1、

每次开始实施SCR技术后，经过5分钟的稳定时间后，在SCR反应器出口处用烟气测量仪测得氨NH₃逃逸量M_Slip2，

每次开始实施SCR技术后，在喷氨口处用烟气测量仪测得氨NH₃逃逸量M_Slip3，分别按下式进行评价：

对于M_Slip1，A级：0＜M_Slip1≤10mg/Nm³，

           B级：10＜M_Slip1≤25mg/Nm³，

           C级：M_Slip1＞25mg/Nm³，

对于M_Slip2，A级：0＜M_Slip2≤5mg/Nm³，

           B级：5＜M_Slip2≤15mg/Nm³，

           C级：M_Slip2＞15mg/Nm³，

对于M_Slip3，A级：0＜M_Slip3≤5mg/Nm³，

           B级：5＜M_Slip3≤10mg/Nm³，

           C级：M_Slip3＞10mg/Nm³，

步骤（5.7）、评价M¹ _PM：

每次开始实施SCR技术后，用烟气测量仪测得的预热器下方的除尘器出口处的烟尘排放量M¹ _PM，按下式进行评价：

A级：0＜M¹ _PM≤15mg/Nm³，

B级：15＜M¹ _PM≤25mg/Nm³，

C级：M¹ _PM＞25mg/Nm³，

步骤（5.8）、评价ΔNOx：

SCR技术的脱硝率 $\mathrm{\&Delta;NOx}=({{\stackrel{\&OverBar;}{M}}^0}_{\mathrm{NOx}}-{\stackrel{\&OverBar;}{M}}_{\mathrm{NOx}})/{{\stackrel{\&OverBar;}{M}}^0}_{\mathrm{NOx}},$ 按下式进行评价：

A级：ΔNOx≥85%，

B级：60%≤ΔNOx＜85%，

C级：ΔNOx＜60%，

步骤（5.9）、评价催化剂使用寿命La，即从开始使用到催化剂中毒无法使用之间的催化剂作业小时数，

按下式进行评价：

A级：La≥12000h，

B级：5400h≤La＜12000h，

C级：La＜5400h，

其中，所述催化剂中毒无法使用是指，给催化剂清灰后连续出现下述情况三次：

${\stackrel{\&OverBar;}{M}}_{\mathrm{NOx}}\&GreaterEqual;600\mathrm{mg}{\mathrm{NO}}_2/{\mathrm{Nm}}^3,$ 并且ΔNOx＜58%，

步骤（5.10）、评价催化剂高效使用时间Le，即从开始使用到催化剂无法高效使用之间的催化剂作业小时数，

按下式进行评价：

A级：Le≥8000h，

B级：5000h≤Le＜8000h，

C级：Le＜5000h，

其中，所述催化剂无法高效使用是指，给催化剂清灰后连续出现下述情况三次：

${\stackrel{\&OverBar;}{M}}_{\mathrm{NOx}}\&GreaterEqual;550\mathrm{mg}{\mathrm{NO}}_2/{\mathrm{Nm}}^3,$ 并且ΔNOx＜60%，

步骤（5.11）、评价NSR_min：

NSR_min是指：经过反复调试，同时满足

并且

M_Slip2和ΔNOx同时至少达到B级，氨氮比NSR能够取得的最小值，

按下式进行评价：

A级：0.78＜NSR_min≤0.95，

B级：0.95＜NSR_min≤1.05，

C级：NSR_min＞1.05；

步骤（6）、中控计算机建立SCR系统的原料溯源文本：实时记录氨、纯净水、压缩空气和催化剂的来源及运输情况，实施SCR技术的环境负荷评价结果文本：存储步骤（5.2）～步骤（5.11）的环境负荷评价结果，在出现评价等级为C级时发出报警信号。

本发明的效果是：

（1）具有数据采集、溯源和分级的基本功能，有效控制实施SCR技术时对电量、燃煤、氨、催化剂等的额外消耗，建立了应用SCR技术的环境负荷评价体系和自动化监控系统。

（2）通过对氨氮比的调节，有效克服了氨的浓度过大导致SCR反应器及下游设备腐蚀的问题，附带对催化剂中毒和有效使用情况的甄别机制。

（3）解决水泥生产应用SCR技术时如何进行多因素、多层次、多目标环境负荷辨识的难题，为水泥行业、企业进行环境负荷管理、节能减排潜力分析和效果评价，提供了科学实用的方法，可以指导水泥厂进行氮氧化物减排、降低整体环境负荷和稳定生产的工作。

附图说明

图1为本发明的水泥厂选择性催化还原NOx环境负荷评价与监控系统计算机流程框图；

具体实施方式

下面根据说明书附图的图1，以及实施例对该发明进一步做出说明。

实施例中水泥生产线的设计规模是2000t熟料/天，实际产量为2500t熟料/天。

如图1所示，水泥厂选择性催化还原NOx环境负荷评价与监控方法的特征在于，是在一个受控于中央控制计算机的水泥厂选择性催化还原NOx的环境负荷评价与监控系统中，依次按照以下步骤实现的：

步骤（1）、系统构建：

在水泥厂的预热器下方建立一个选择性催化还原SCR系统，自上而下地包括：除尘器、卸氨装置和卸氨压缩机、氨水储罐、纯净水储罐、稀释风机、混合及喷氨装置、内置多层催化剂的SCR反应器、压缩空气储罐、吹灰器和连接管道，还包括：安置在悬浮预热器C1出口处的用来测NOx排放量的烟气测量仪、SCR反应器的温度测量仪、安置在SCR反应器出口的流量计、用于测量SCR系统的电表、除尘器出口处的流量计，

分别安装在回转窑的窑头和窑尾的煤粉喂料口的两个重量测量仪，

安装在卸氨点用以测量泄漏的氨NH₃逃逸量的烟气测量仪，

安装在喷氨装置的喷氨口处用以测量泄漏的氨NH₃逃逸量的烟气测量仪，

还有：简称为中控计算机的中央控制计算机。

步骤（2）、在实施SCR技术前，判断：

测量所述悬浮预热器C1出口处的以全部转化为NO₂计的NOx平均排放量

每5分钟测量一次，共测量10次，单位为“mg NO₂/Nm³”，下同，

判断 ${{\stackrel{\&OverBar;}{M}}^0}_{\mathrm{NOx}}\&GreaterEqual;600\mathrm{mg}{\mathrm{NO}}_2/{\mathrm{Nm}}^3$ 否，

这时测得 ${{\stackrel{\&OverBar;}{M}}^0}_{\mathrm{NOx}}=450<600\mathrm{mg}{\mathrm{NO}}_2/{\mathrm{Nm}}^3,$ 则循环执行步骤（2）；

再次测得 ${{\stackrel{\&OverBar;}{M}}^0}_{\mathrm{NOx}}=1100\&GreaterEqual;600\mathrm{mg}{\mathrm{NO}}_2/{\mathrm{Nm}}^3,$ 则执行步骤（3），

步骤（3）、检查下列参数是否同时符合要求：

SCR反应器的温度F为320℃，

预热器下方除尘器出口的烟尘排放量M⁰ _PM＝80＞25mg/Nm³，

检查SCR反应器的每层催化剂是否有堵塞现象，烟气在通过催化剂后的速度S¹≥95%S⁰，S⁰为烟气在通过催化剂前的流速，

这时有一个参数未达标，则开始调整SCR反应器和所述除尘器的作业参数；

再次测得SCR反应器的温度F为320℃，

预热器下方除尘器出口的烟尘排放量M⁰ _PM＝20＜25mg/Nm³，

烟气在通过催化剂后的速度S¹≥95%S⁰，

这时可以进行SCR脱硝技术。

步骤（4）、计算需要通入烟道气体中的氨的喷入量M⁰ _NH3，

设定氨氮比NSR=N⁰ _NH3/N⁰ _NOx，0.75≤NSR≤1.05，

选取NSR=0.85，

按下式计算M⁰ _NH3，

M⁰ _NH3=NSR×N⁰ _NOx×17×10³，单位是mg/Nm³，

其中，N⁰ _NOx是烟道气体中的NOx的物质的量即摩尔数，单位为mol，

${N^0}_{\mathrm{NOx}}={{\stackrel{\&OverBar;}{M}}^0}_{\mathrm{NOx}}/(46\&times;{10}^3)=1100/(46\&times;{10}^3)=0.02391\mathrm{mol},$

计算得到M⁰ _NH3=NSR×N⁰ _NOx×17×10³=345.54mg/Nm³

测得预热器出口废气量为1.5242Nm³/kgcl，需要喷入氨：0.526672kg/tcl，

根据M⁰ _NH3的值，将氨和相应比例的纯净水利用稀释风机混合后，得到浓度为25%的氨水溶液，利用喷氨装置的喷枪向SCR反应器与预热器之间的烟道内喷氨，开始实施SCR技术。

步骤（5）、在开始实施SCR技术后，中央控制计算机依次按照以下步骤顺序地对包括：

以全部转化为NO₂计的NOx平均排放量

所述SCR反应器出口处周期T内NOx排放量出现峰值的次数

n=12，为周期T内总测量次数、

所述SCR系统用电量E_SCR、

SCR系统额外煤耗增长率Rcoal、

SCR反应器出口处的SO₂排放量M_SO2、

SCR反应器出口处的CO排放量M_CO、

卸氨点处的第一个氨NH₃逃逸量M_Slip1、

SCR反应器出口处的第二个氨NH₃逃逸量M_Slip2、

喷氨口处第三个氨NH₃逃逸量M_Slip3、

预热器下方的除尘器出口处的烟尘排放量M¹ _PM、

SCR技术的脱硝率ΔNOx、

催化剂使用寿命La、

催化剂高效使用时间Le以及最小氨氮比NSR_min在内的环境负荷指标进行监控和评价。

步骤（5.1）、设定下述环境负荷评价等级：

级别A：标识为良好，

级别B：标识为合格，

级别C：标识为不合格，报警提示。

步骤（5.2）、评价

及

开始实施SCR技术后，经过5分钟的稳定时间后，经以60分钟为一个周期T，下同，在SCR反应器出口处用烟气测量仪每5分钟测量一次，共测量12次得到以全部转化为NO₂计的NOx排放量M_NOx，平均后得到NOx的平均排放量

按下式进行评价：

A级： $0\&le;{\stackrel{\&OverBar;}{M}}_{\mathrm{NOx}}\&le;200\mathrm{mg}{\mathrm{NO}}_2/{\mathrm{Nm}}^3,$

B级： $200<{\stackrel{\&OverBar;}{M}}_{\mathrm{NOx}}\&le;500\mathrm{mg}{\mathrm{NO}}_2/{\mathrm{Nm}}^3,$

C级： ${\stackrel{\&OverBar;}{M}}_{\mathrm{NOx}}>500\mathrm{mg}{\mathrm{NO}}_2/{\mathrm{Nm}}^3,$

测得 ${\stackrel{\&OverBar;}{M}}_{\mathrm{NOx}}=350\mathrm{mg}{\mathrm{NO}}_2/{\mathrm{Nm}}^3,$ 评价为B级；

再按下式判断周期Ｔ内NOx排放量M_NOx出现峰值的次数

当

时，P_i=1，记录为出现峰值，若否，则P_i=0，并按下式进行评价：

A级： $\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{Pi}\&le;2,$

B级： $2<\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{Pi}\&le;4,$

C级： $\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{Pi}>4,$

测得

评价为A级；

步骤（5.3）、评价E_SCR：

A级：0＜E_SCR≤10kWh/t cl，t cl表示吨熟料，

B级：10＜E_SCR≤18kWh/t cl，

C级：E_SCR＞18kWh/t cl，

测得E_SCR=9.5kWh/t cl，评价为A级；

步骤（5.4）、评价Rcoal：

Rcoal=(Mcoal－M⁰coal)/M⁰coal，

M⁰coal为开始实施SCR技术前，在回转窑的窑头和窑尾处测得的总喂煤量，

Mcoal为实施SCR技术后，在回转窑的窑头和窑尾处测得的总喂煤量，

按下式进行评价：

A级：0＜Rcoal≤5%，

B级：5%＜Rcoal≤8%，

C级：Rcoal＞8%，

测得Rcoal=2%，评价为A级；

步骤（5.5）、评价M_SO2和M_CO：

在实施SCR技术后，经过5分钟的稳定时间后，在SCR反应器出口处用烟气测量仪分别测得SO₂排放量M_SO2和CO排放量M_CO，分别按下式进行评价：

对于M_SO2，A级：0＜M_SO2≤30mg/Nm³，

          B级：30＜M_SO2≤80mg/Nm³，

          C级：M_SO2＞80mg/Nm³，

测得M_SO2=30mg/Nm³，评价为A级；

对于M_CO，A级：0＜M_CO≤50mg/Nm³，

         B级：50＜M_CO≤100mg/Nm³，

         C级：M_CO＞100mg/Nm³，

测得M_CO=60mg/Nm³，评价为B级；

步骤（5.6）、评价M_Slip1、M_Slip2和M_Slip3：

在卸氨点处用烟气测量仪测得氨NH₃逃逸量M_Slip1、

每次开始实施SCR技术后，经过5分钟的稳定时间后，在SCR反应器出口处用烟气测量仪测得氨NH₃逃逸量M_Slip2，

每次开始实施SCR技术后，在喷氨口处用烟气测量仪测得氨NH₃逃逸量M_Slip3，分别按下式进行评价：

对于M_Slip1，A级：0＜M_Slip1≤10mg/Nm³，

            B级：10＜M_Slip1≤25mg/Nm³，

            C级：M_Slip1＞25mg/Nm³，

测得M_Slip1=20mg/Nm³，评价为B级；

对于M_Slip2，A级：0＜M_Slip2≤5mg/Nm³，

            B级：5＜M_Slip2≤15mg/Nm³，

            C级：M_Slip2＞15mg/Nm³，

测得M_Slip2=3mg/Nm³，评价为A级；

对于M_Slip3，A级：0＜M_Slip3≤5mg/Nm³，

            B级：5＜M_Slip3≤10mg/Nm³，

            C级：M_Slip3＞10mg/Nm³，

测得M_Slip3=10mg/Nm³，评价为B级；

步骤（5.7）、评价M¹ _PM：

每次开始实施SCR技术后，用烟气测量仪测得的预热器下方的除尘器出口处的烟尘排放量M¹ _PM，按下式进行评价：

A级：0＜M¹ _PM≤15mg/Nm³，

B级：15＜M¹ _PM≤25mg/Nm³，

C级：M¹ _PM＞25mg/Nm³，

测得M¹ _PM=15mg/Nm³，评价为A级；

步骤（5.8）、评价ΔNOx：

SCR技术的脱硝率 $\mathrm{\&Delta;NOx}=({{\stackrel{\&OverBar;}{M}}^0}_{\mathrm{NOx}}-{\stackrel{\&OverBar;}{M}}_{\mathrm{NOx}})/{{\stackrel{\&OverBar;}{M}}^0}_{\mathrm{NOx}},$ 按下式进行评价：

A级：ΔNOx≥85%，

B级：60%≤ΔNOx＜85%，

C级：ΔNOx＜60%，

根据前面测得结果，ΔNOx=（1100－350）/1100=68.2%，评价为B级；

步骤（5.9）、评价催化剂使用寿命La，即从开始使用到催化剂中毒无法使用之间的催化剂作业小时数，

按下式进行评价：

A级：La≥12000h，

B级：5400h≤La＜12000h，

C级：La＜5400h，

其中，所述催化剂中毒无法使用是指，给催化剂清灰后连续出现下述情况三次：

${\stackrel{\&OverBar;}{M}}_{\mathrm{NOx}}\&GreaterEqual;600\mathrm{mg}{\mathrm{NO}}_2/{\mathrm{Nm}}^3,$ 并且ΔNOx＜58%，

在实际生产中，过一段时间后，发现催化剂中毒，并且这时催化剂累计工作6000h，评价为B级；

步骤（5.10）、评价催化剂高效使用时间Le，即从开始使用到催化剂无法高效使用之间的催化剂作业小时数，

按下式进行评价：

A级：Le≥8000h，

B级：5000h≤Le＜8000h，

C级：Le＜5000h，

其中，所述催化剂无法高效使用是指，给催化剂清灰后连续出现下述情况三次：

${\stackrel{\&OverBar;}{M}}_{\mathrm{NOx}}\&GreaterEqual;550\mathrm{mg}{\mathrm{NO}}_2/{\mathrm{Nm}}^3,$ 并且ΔNOx＜60%，

在实际生产中，过一段时间后，发现无法高效使用，并且这时催化剂累计工作4900h，评价为C级；

步骤（5.11）、评价NSR_min：

NSR_min是指：经过反复调试，同时满足

并且

M_Slip2和ΔNOx同时至少达到B级，氨氮比NSR能够取得的最小值，

按下式进行评价：

A级：0.78＜NSR_min≤0.95，

B级：0.95＜NSR_min≤1.05，

C级：NSR_min＞1.05，

在实际生产中，经过反复调试，并且同时满足

且

M_Slip2和ΔNOx同时至少达到B级，氨氮比NSR能够取得的最小值NSR_min为0.83，评价为A级。

步骤（6）、中控计算机建立SCR系统的原料溯源文本：实时记录氨、纯净水、压缩空气和催化剂的来源及运输情况。

这时，由于La评价为B级，Le评价为C级，根据原料溯源文本，水泥厂决定更换催化剂，保证SCR技术的实施更加有效。

实施SCR技术的环境负荷评价结果文本：存储步骤（5.2）～步骤（5.11）的环境负荷评价结果，在出现评价等级为C级时发出报警信号，提示中控室管理人员对SCR技术的各项参数进行调整。

这时，检查等级为C级时的各相关设备运转状态，及时调整作业参数。

每次完成一个周期后，循环往复对水泥厂选择性催化还原NOx技术进行环境负荷评价与监控，直到由于检修等原因，中控计算机发出END指令结束操作控制。

Claims (1)

1.水泥厂选择性催化还原NOx的环境负荷评价与在线监测控制方法，其特征在于，是在一个受控于中央控制计算机的水泥厂选择性催化还原NOx的环境负荷评价与监控系统中，依次按照以下步骤实现的：

步骤（1）、系统构建：

在水泥厂的预热器下方建立一个选择性催化还原SCR系统，自上而下地包括：除尘器、卸氨装置和卸氨压缩机、氨水储罐、纯净水储罐、稀释风机、混合及喷氨装置、内置多层催化剂的SCR反应器、压缩空气储罐、吹灰器和连接管道，还包括：安置在悬浮预热器C1出口处的用来测NOx排放量的烟气测量仪、SCR反应器的温度测量仪、安置在SCR反应器出口的流量计、用于测量SCR系统的电表、除尘器出口处的流量计，

分别安装在回转窑的窑头和窑尾的煤粉喂料口的两个重量测量仪，

安装在卸氨点用以测量泄漏的氨NH₃逃逸量的烟气测量仪，

安装在喷氨装置的喷氨口处用以测量泄漏的氨NH₃逃逸量的烟气测量仪，

还有：简称为中控计算机的中央控制计算机；

步骤（2）、在实施SCR技术前，判断：

测量所述悬浮预热器C1出口处的以全部转化为NO₂计的NOx平均排放量

每5分钟测量一次，共测量10次，单位为“mg NO₂/Nm³”，下同，

判断 ${{\stackrel{\&OverBar;}{M}}^0}_{\mathrm{NOx}}\&GreaterEqual;600\mathrm{mg}{\mathrm{NO}}_2/{\mathrm{Nm}}^3$ 否，

若：成立， ${{\stackrel{\&OverBar;}{M}}^0}_{\mathrm{NOx}}\&GreaterEqual;600\mathrm{mg}{\mathrm{NO}}_2/{\mathrm{Nm}}^3,$ 则执行步骤（3），

若：不成立， ${{\stackrel{\&OverBar;}{M}}^0}_{\mathrm{NOx}}<600\mathrm{mg}{\mathrm{NO}}_2/{\mathrm{Nm}}^3,$ 则循环执行步骤（2）；

步骤（3）、检查下列参数是否同时符合要求：

SCR反应器的温度F：315℃≤F≤350℃，

预热器下方除尘器出口的烟尘排放量M⁰ _PM≤25mg/Nm³，

检查SCR反应器的每层催化剂是否有堵塞现象，要求烟气在通过催化剂后的速度S¹≥95%S⁰，S⁰为烟气在通过催化剂前的流速，

若：有任何一个参数未达标，则调整SCR反应器和所述除尘器的作业参数，一直到达标为止；

步骤（4）、计算需要通入烟道气体中的氨的喷入量N⁰ _NH3，

设定氨氮比NSR=N⁰ _NH3/N⁰ _NOx，0.75≤NSR≤1.05，

则按下式计算N⁰ _NH3，

N⁰ _NH3=NSR×N⁰ _NOx×17×10³，单位是mg/Nm³，

其中，N⁰ _NOx是烟道气体中的NOx的物质的量即摩尔数，单位为mol，

${N^0}_{\mathrm{NOx}}={{\stackrel{\&OverBar;}{M}}^0}_{\mathrm{NOx}}/(46\&times;{10}^3),$

根据N⁰ _NH3的值，将氨和相应比例的纯净水利用稀释风机混合后，得到浓度为25%的氨水溶液，利用喷氨装置的喷枪向SCR反应器与预热器之间的烟道内喷氨，开始实施SCR技术；

步骤（5）、在开始实施SCR技术后，中央控制计算机依次测量以下参数：

以全部转化为NO₂计的NOx平均排放量

所述SCR反应器出口处周期T内NOx排放量出现峰值的次数

n=12，为周期T内总测量次数、

所述SCR系统用电量E_SCR、

SCR系统额外煤耗增长率Rcoal、

SCR反应器出口处的SO₂排放量M_SO2、

SCR反应器出口处的CO排放量M_CO、

卸氨点处的第一个氨NH₃逃逸量M_Slip1、

SCR反应器出口处的第二个氨NH₃逃逸量M_Slip2、

喷氨口处第三个氨NH₃逃逸量M_Slip3、

预热器下方的除尘器出口处的烟尘排放量M¹ _PM、

SCR技术的脱硝率ΔNOx、

催化剂使用寿命La、

催化剂高效使用时间Le以及最小氨氮比NSR_min；

步骤（5.1）、设定下述环境负荷评价等级：

级别A：标识为良好，

级别B：标识为合格，

级别C：标识为不合格，报警提示，

步骤（5.2）、评价

及

开始实施SCR技术后，经过5分钟的稳定时间后，经以60分钟为一个周期T，下同，在SCR反应器出口处用烟气测量仪每5分钟测量一次，共测量12次得到以全部转化为NO₂计的NOx排放量M_NOx，平均后得到NOx的平均排放量

按下式进行评价：

A级： $0\&le;{{\stackrel{\&OverBar;}{M}}^0}_{\mathrm{NOx}}\&le;200\mathrm{mg}{\mathrm{NO}}_2/{\mathrm{Nm}}^3,$

B级： $200<{{\stackrel{\&OverBar;}{M}}^0}_{\mathrm{NOx}}\&le;500\mathrm{mg}{\mathrm{NO}}_2/{\mathrm{Nm}}^3,$

C级： ${{\stackrel{\&OverBar;}{M}}^0}_{\mathrm{NOx}}>500\mathrm{mg}{\mathrm{NO}}_2/{\mathrm{Nm}}^3,$

再按下式判断周期Ｔ内NOx排放量M_NOx出现峰值的次数

当

时，P_i=1，记录为出现峰值，若否，则P_i=0，并按下式进行评价：

A级： $\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{Pi}\&le;2,$

B级： $2<\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{Pi}\&le;4,$

C级： $\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{Pi}>4,$

步骤（5.3）、评价E_SCR：

A级：0＜E_SCR≤10kWh/t cl，t cl表示吨熟料，

B级：10＜E_SCR≤18kWh/t cl，

C级：E_SCR＞18kWh/t cl，

步骤（5.4）、评价Rcoal：

Rcoal=(Mcoal－M⁰coal)/M⁰coal，

M⁰coal为开始实施SCR技术前，在回转窑的窑头和窑尾处测得的总喂煤量，

Mcoal为实施SCR技术后，在回转窑的窑头和窑尾处测得的总喂煤量，

按下式进行评价：

A级：0＜Rcoal≤5%，

B级：5%＜Rcoal≤8%，

C级：Rcoal＞8%，

步骤（5.5）、评价M_SO2和M_CO：

在实施SCR技术后，经过5分钟的稳定时间后，在SCR反应器出口处用烟气测量仪分别测得SO₂排放量M_SO2和CO排放量M_CO，分别按下式进行评价：

对于M_SO2，A级：0＜M_SO2≤30mg/Nm³，

         B级：30＜M_SO2≤80mg/Nm³，

         C级：M_SO2＞80mg/Nm³，

对于M_CO，A级：0＜M_CO≤50mg/Nm³，

        B级：50＜M_CO≤100mg/Nm³，

        C级：M_CO＞100mg/Nm³，

步骤（5.6）、评价M_Slip1、M_Slip2和M_Slip3：

在卸氨点处用烟气测量仪测得氨NH₃逃逸量M_Slip1、

每次开始实施SCR技术后，经过5分钟的稳定时间后，在SCR反应器出口处用烟气测量仪测得氨NH₃逃逸量M_Slip2，

每次开始实施SCR技术后，在喷氨口处用烟气测量仪测得氨NH₃逃逸量M_Slip3，分别按下式进行评价：

对于M_Slip1，A级：0＜M_Slip1≤10mg/Nm³，

           B级：10＜M_Slip1≤25mg/Nm³，

           C级：M_Slip1＞25mg/Nm³，

对于M_Slip2，A级：0＜M_Slip2≤5mg/Nm³，

           B级：5＜M_Slip2≤15mg/Nm³，

           C级：M_Slip2＞15mg/Nm³，

对于M_Slip3，A级：0＜M_Slip3≤5mg/Nm³，

           B级：5＜M_Slip3≤10mg/Nm³，

           C级：M_Slip3＞10mg/Nm³，

步骤（5.7）、评价M¹ _PM：

每次开始实施SCR技术后，用烟气测量仪测得的预热器下方的除尘器出口处的烟尘排放量M¹ _PM，按下式进行评价：

A级：0＜M¹ _PM≤15mg/Nm³，

B级：15＜M¹ _PM≤25mg/Nm³，

C级：M¹ _PM＞25mg/Nm³，

步骤（5.8）、评价ΔNOx：

SCR技术的脱硝率 $\mathrm{\&Delta;NOx}=({{\stackrel{\&OverBar;}{M}}^0}_{\mathrm{NOx}}-{\stackrel{\&OverBar;}{M}}_{\mathrm{NOx}})/{{\stackrel{\&OverBar;}{M}}^0}_{\mathrm{NOx}},$ 按下式进行评价：

A级：ΔNOx≥85%，

B级：60%≤ΔNOx＜85%，

C级：ΔNOx＜60%，

步骤（5.9）、评价催化剂使用寿命La，即从开始使用到催化剂中毒无法使用之间的催化剂作业小时数，

按下式进行评价：

A级：La≥12000h，

B级：5400h≤La＜12000h，

C级：La＜5400h，

其中，所述催化剂中毒无法使用是指，给催化剂清灰后连续出现下述情况三次：

${\stackrel{\&OverBar;}{M}}_{\mathrm{NOx}}\&GreaterEqual;600\mathrm{mg}{\mathrm{NO}}_2/{\mathrm{Nm}}^3,$ 并且ΔNOx＜58%，

步骤（5.10）、评价催化剂高效使用时间Le，即从开始使用到催化剂无法高效使用之间的催化剂作业小时数，

按下式进行评价：

A级：Le≥8000h，

B级：5000h≤Le＜8000h，

C级：Le＜5000h，

其中，所述催化剂无法高效使用是指，给催化剂清灰后连续出现下述情况三次：

${\stackrel{\&OverBar;}{M}}_{\mathrm{NOx}}\&GreaterEqual;550\mathrm{mg}{\mathrm{NO}}_2/{\mathrm{Nm}}^3,$ 并且ΔNOx＜60%，

步骤（5.11）、评价NSR_min：

NSR_min是指：经过反复调试，同时满足

并且

M_Slip2和ΔNOx同时至少达到B级，氨氮比NSR能够取得的最小值，

按下式进行评价：

A级：0.78＜NSR_min≤0.95，

B级：0.95＜NSR_min≤1.05，

C级：NSR_min＞1.05；

步骤（6）、中控计算机建立SCR系统的原料溯源文本：实时记录氨、纯净水、压缩空气和催化剂的来源及运输情况，实施SCR技术的环境负荷评价结果文本：存储步骤（5.2）～步骤（5.11）的环境负荷评价结果，在出现评价等级为C级时发出报警信号。

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