高勁豪,張幼安,高 原

(1.常州大學(xué)，江蘇常州 213164；2南京碧林環(huán)?？萍加邢薰?江蘇南京 210005)

生物質(zhì)鍋爐煙氣脫硫脫硝技術(shù)方案選擇

高勁豪1,2,張幼安1,2,高 原2

(1.常州大學(xué)，江蘇常州 213164；2南京碧林環(huán)?？萍加邢薰?江蘇南京 210005)

通過(guò)對(duì)生物質(zhì)鍋爐煙氣的成分分析，總結(jié)出生物質(zhì)鍋爐煙氣的特點(diǎn)，并對(duì)生物質(zhì)鍋爐煙氣脫硫脫硝進(jìn)行技術(shù)比較，對(duì)不同生物質(zhì)、不同排放要求可選擇不同的脫硫脫硝技術(shù)。結(jié)合生物質(zhì)燃料的種類、原始污染物濃度、煙氣排放指標(biāo)要求，可選擇技術(shù)可行、運(yùn)行成本低的技術(shù)方案。

生物質(zhì) 鍋爐 煙氣 二氧化硫 脫硫 脫硝 技術(shù)

Abstract: Composition of the biomass boiler flue gas is analyzed and the characteristics of biomass flue gas are summarized. Technical comparison of flue gas desulphurization and denitrification in biomass boiler was carried out. For different biomass and different emission requirements, different desulphurization and denitrification technology was chosed. Combining types of biomass fuels, raw contaminant concentrations, and flue gas emission requirements, feasible and low-cost technical solutions were selected.

Keywords: biomass; boiler; flue gas; sulphur dioxide ;desulphurization; denitration; technology

生物質(zhì)鍋爐是以生物質(zhì)能源作燃料的鍋爐。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的廢棄物，如農(nóng)作物秸稈(玉米秸、高粱秸、麥秸、 稻草、豆秸和棉稈等)、農(nóng)業(yè)加工業(yè)的廢棄物(稻殼)等都可作為生物質(zhì)鍋爐的燃料，生物質(zhì)鍋爐排放煙氣中二氧化硫、氮氧化物含量較低，因此與燃煤鍋爐相比，生物質(zhì)能源特點(diǎn)是可再生性、低污染性、廣泛分布性、總量十分豐富。但隨著國(guó)家對(duì)鍋爐煙氣排放環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的提高，生物質(zhì)鍋爐已經(jīng)不適應(yīng)新的環(huán)保要求?，F(xiàn)各地已要求生物質(zhì)鍋爐煙氣的排放標(biāo)準(zhǔn)按GB 13223—2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》執(zhí)行，即塵、二氧化硫、氮氧化物的排放限值為30，200，200 mg/m3，其中重點(diǎn)地區(qū)按20，50，100 mg/m3執(zhí)行。但這一要求與最新火電廠超低排放相比，還有一定差距。隨著民眾環(huán)保意識(shí)的提高，不排除將來(lái)會(huì)按超低排放要求執(zhí)行。筆者按一般地區(qū)和重點(diǎn)地區(qū)排放要求，對(duì)生物質(zhì)鍋爐煙氣脫硫脫硝的技術(shù)選擇進(jìn)行分析。

1 生物質(zhì)鍋爐煙氣特點(diǎn)

經(jīng)對(duì)生物質(zhì)鍋爐煙氣調(diào)研、測(cè)試、分析，生物質(zhì)鍋爐煙氣有如下特點(diǎn)[1]：①爐膛溫度差別大，生物質(zhì)鍋爐主要有爐排爐和循環(huán)流化床爐，每種爐型又分為中溫中壓爐、次高溫次高壓爐、高溫高壓爐， 爐膛溫度分別為700～760 ℃、880～950 ℃、850～1 100 ℃；②生物質(zhì)中氫元素含量較高，煙氣中含水量也高，φ(H2O)可達(dá)到15%～30%；而燃煤鍋爐煙氣不會(huì)超過(guò)10%；③煙塵含堿金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，可達(dá)8%以上；④二氧化硫、氮氧化物濃度低、波動(dòng)大，燃燒純生物質(zhì)時(shí)二氧化硫、氮氧化物質(zhì)量濃度在100～250 mg/m3波動(dòng)，如燃料中摻雜模板、木材、樹皮，煙氣中二氧化硫、氮氧化物質(zhì)量濃度在250～600 mg/m3波動(dòng)，瞬時(shí)也可達(dá)1 g/m3以上。

2 適用的脫硫脫硝技術(shù)方案

2.1 脫硝技術(shù)方案

1)低氮燃燒技術(shù)[2-3]。低氮燃燒技術(shù)屬于控制燃燒技術(shù)，通過(guò)調(diào)節(jié)燃燒空氣中的氧含量，降低氮氧化物的產(chǎn)生，所有低氮燃燒技術(shù)必須能讓鍋爐有一個(gè)穩(wěn)定燃燒過(guò)程，否則會(huì)出現(xiàn)改造效果不明顯或燃燒不穩(wěn)定問(wèn)題。就生物質(zhì)鍋爐，常用煙氣再循環(huán)技術(shù)。煙氣再循環(huán)技術(shù)有兩種流程：① 引風(fēng)機(jī)后的煙

氣直接引到一次風(fēng)機(jī)入口。該方案一次風(fēng)機(jī)無(wú)需改動(dòng)，再循環(huán)煙氣也不需要抽風(fēng)機(jī)，省電節(jié)能，改造簡(jiǎn)單，氮氧化物濃度可下降20%～40%。② 引風(fēng)機(jī)后的煙氣直接引到爐膛一次風(fēng)室和二次風(fēng)室。該方案一次風(fēng)機(jī)需降負(fù)荷運(yùn)行，再循環(huán)煙氣也需要配備高溫抽風(fēng)機(jī)，風(fēng)壓與一次風(fēng)機(jī)相當(dāng)。該方案增加了運(yùn)行電耗，改造相對(duì)復(fù)雜，氮氧化物質(zhì)量分?jǐn)?shù)可下降25%～50%。煙氣再循環(huán)技術(shù)還會(huì)出現(xiàn)煙氣中二氧化硫污染物濃度升高、含水量升高現(xiàn)象，但減少了煙氣排放總量。

煙氣再循環(huán)技術(shù)工藝流程見(jiàn)圖1。

方案一 方案二

2)SNCR技術(shù)[4]。SNCR屬于選擇性非催化還原技術(shù)，SNCR技術(shù)適用于爐膛出口煙溫滿足800～1 100 ℃的鍋爐，低于此溫度時(shí)脫硝效率較低，且氨與煙氣混和效果對(duì)脫硝效率有很大影響(如旋風(fēng)入口區(qū)混和效果比較好)。如混和不充分、反應(yīng)時(shí)間不夠，要達(dá)到相同的脫硝效率，會(huì)增加運(yùn)行費(fèi)用，同時(shí)尾氣氨逃逸也存在超標(biāo)問(wèn)題。另生物質(zhì)鍋爐煙氣中SO3含量時(shí)常偏高，在280 ℃以下的低溫區(qū)設(shè)備，存在硫酸鹽堵塞、腐蝕等問(wèn)題。SNCR脫硝效率還與煙所中氮氧化物的初始濃度有關(guān)，生物質(zhì)鍋爐SNCR脫硝效率在20%～50%。

3)O3氧化技術(shù)[5-6]。NOx氧化是利用強(qiáng)氧化劑氧化NOx，NOx最終轉(zhuǎn)化為硝酸或硝酸鹽，常用的氧化劑有羥基自由基HO-、O3、H2O2、MnO4-、ClO2、Cl2；其中O3是常用的氧化劑，反應(yīng)速率快，在與煙氣充分混勻情況下，氧化率達(dá)90%以上，且運(yùn)行穩(wěn)定，工業(yè)應(yīng)用業(yè)績(jī)多。O3氧化脫硝適宜溫度為50～180 ℃，且對(duì)SO2濃度無(wú)要求，可安裝于低溫?zé)煔舛?，NOx氧化后需再增加堿性物質(zhì)吸收系統(tǒng)，吸收氧化后的氮氧化物。

2.2 脫硫技術(shù)方案[6]

生物質(zhì)鍋爐煙氣屬于低SO2濃度煙氣，常用的方法有爐內(nèi)噴鈣、爐外循環(huán)流化床噴鈣(爐外噴鈣)、爐外濕法等脫硫技術(shù)。各種方案都能實(shí)現(xiàn)排放指標(biāo)要求，成本控制是關(guān)鍵，濕法脫硫中的雙堿法、氨法、鎂法運(yùn)行成本都較低，其中氨法直接產(chǎn)生硫酸銨化肥，可與除塵器收集下來(lái)的灰混和成復(fù)合肥，回歸農(nóng)田；而雙堿法、鎂法產(chǎn)生的混鹽處理有一定難度。

2.3 脫硫脫硝一體化技術(shù)

2.3.1 濕式脫硫脫硝一體化技術(shù)

采用O3脫硝方案，濕法脫硫選用氨水作脫硫吸收劑，污染物經(jīng)吸收、氧化后，生成硝酸銨、硫酸銨等農(nóng)用化肥。濕式脫硫脫硝工藝流程見(jiàn)圖2。

圖2 濕法脫硫脫硝一體化工藝流程

2.3.2 半干法脫硫脫硝一體化技術(shù)

采用O3脫硝方案，干法脫硫選用爐外循環(huán)流化床噴鈣，污染物經(jīng)吸收、氧化后，生成產(chǎn)物分別為硝酸鈣、亞硝酸鈣、硫酸鈣、亞硫酸鈣，脫硫脫硝產(chǎn)物隨煙氣進(jìn)入布袋除塵器，最終排入灰渣系統(tǒng)。半干法脫硫脫硝工藝流程見(jiàn)圖3。

圖3 O3脫硝+爐外循環(huán)流化床噴鈣工藝流程

2.4 脫硫脫硝方案比較

現(xiàn)對(duì)幾種脫硫脫硝技術(shù)方案分別從效率、運(yùn)行費(fèi)用、副產(chǎn)物及副加值、一次性投資等方面進(jìn)行比較，見(jiàn)表1。

表1 脫硫脫硝方案比較表

由表1可見(jiàn)：低氮燃燒、SNCR、爐內(nèi)外噴鈣技術(shù)只適用于煙氣排放指標(biāo)要求不高的區(qū)域，O3氧化、雙堿法、氨法、鎂法適用于所有區(qū)域。

3 不同排放指標(biāo)的技術(shù)方案選擇

根據(jù)生物質(zhì)鍋爐煙氣的特點(diǎn)，結(jié)合生物質(zhì)燃料的種類、原始污染物濃度、煙氣排放指標(biāo)要求，可選擇技術(shù)可行、運(yùn)行成本低的技術(shù)方案，現(xiàn)總結(jié)見(jiàn)表2。生物質(zhì)鍋爐用戶可根據(jù)此表選擇合適的脫硫脫硝方案。

表2 不同運(yùn)行條件下的技術(shù)方案選擇

注：SNCR適用于爐膛出口溫度高于800 ℃的鍋爐。

3 結(jié)論

1)與燃煤煙氣相比，生物質(zhì)鍋爐的爐膛溫度差別大、煙氣含水量高、煙塵堿金屬含量高、二氧化硫、氮氧化物濃度低、波動(dòng)大，其對(duì)脫硫脫硝方案的選擇都有較大影響。

2)對(duì)煙氣污染物排放指標(biāo)要求不高的地區(qū)，爐內(nèi)噴鈣、爐外噴鈣、低氮燃燒、SNCR技術(shù)是十分適用的脫硫脫硝技術(shù)；對(duì)煙氣污染物排放指標(biāo)要求高的地區(qū)，脫硝采用低氮燃燒、SNCR、O3氧化的組合、脫硫采用濕法脫硫的技術(shù)方案比較合適，其中脫硫脫硝一體化的技術(shù)方案更有優(yōu)勢(shì)。

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Choiceoftechnicaloptionsaboutbiomassboilerfluegasdesulphurizationanddenitrification

GAOJinhao1,2,ZHANGYouan1,2,GAOYuan2

(1.Changzhou University, Changzhou, Jiangsu, 213164, China; 2.Nanjing Bilin Environmental Protection Co.,Ltd., Nanjing, Jiangsu, 210005, China)

TQ111.16

B

1002-1507(2017)08-0052-04

2017-05-23。

高勁豪，男，常州大學(xué)助理工程師 ，主要從事環(huán)境污染工程設(shè)計(jì)工作。電話: 15261177751；E-mail：xuyz2010@126.com。