生物質(zhì)鍋爐煙氣半干法脫硫脫硝的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)分析

高勁豪 高 原

(南京碧林環(huán)保科技有限公司， 南京 210005)

生物質(zhì)鍋爐煙氣半干法脫硫脫硝的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)分析

高勁豪 高 原

(南京碧林環(huán)保科技有限公司， 南京 210005)

本文通過對生物質(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，并對生物質(zhì)鍋爐煙氣臭氧氧化脫硝+半干法脫硫脫硝的一體化技術(shù)進(jìn)行技術(shù)及經(jīng)濟(jì)分析。結(jié)果表明：臭氧氧化脫硝+半干法脫硫脫硝的一體化技術(shù)投資、運行成本低。

生物質(zhì)；脫硫；脫硝；技術(shù)；經(jīng)濟(jì)

1 前言

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NOX含量較低，因此與燃煤鍋爐相比，生物質(zhì)能源特點是：可再生性、低污染性、原料來源十分豐富。但隨著國家對燃煤鍋爐煙氣排放環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的提高，生物質(zhì)鍋爐的排煙已經(jīng)不適應(yīng)新的環(huán)保要求，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，即煙塵、二氧化硫、氮氧化物NOX的排放標(biāo)準(zhǔn)為30、200、200 mg/m3，重點地區(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要求相比，還有一定差距。

經(jīng)對生物質(zhì)鍋爐煙氣調(diào)研、相關(guān)生物質(zhì)鍋爐煙氣測試、分析[1]，生物質(zhì)鍋爐煙氣有如下特點：(1)爐內(nèi)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℃、800～950℃、850～1100℃；(2)煙氣含濕量高，因生物質(zhì)中氫元素含量較高，煙氣中濕含量也高，可達(dá)到15%～30%左右；而燃煤鍋爐煙氣濕含量不會超過10%；(3)煙塵中堿金屬含量高，可達(dá)8%以上；(4)二氧化硫、氮氧化物濃度低、且波動大，燃燒純生物質(zhì)時二氧化硫、氮氧化物含量在100～250 mg/m3之間波動，如燃料中摻雜模板、木材、樹皮等，煙氣中二氧化硫、氮氧化物含量會在250～600 mg/m3之間波動，瞬時也可達(dá)1 000 mg/m3以上，為脫硫、脫硝方案技術(shù)的選擇帶來困難。

目前，已經(jīng)成功應(yīng)用的生物質(zhì)鍋爐煙氣脫硝技術(shù)主要有低氮燃燒技術(shù)(煙氣再循環(huán)技術(shù))[2]、SNCR還原技術(shù)[3]、臭氧氧化+堿液吸收技術(shù)[4-5]等，以上技術(shù)有單獨使用，也有聯(lián)合使用，但SNCR還原技術(shù)在中溫中壓爐、次高溫次高壓爐中脫硝效果差較。SCR、LSCR還原技術(shù)因其催化劑的特點并未能在生物質(zhì)鍋爐煙氣脫硝工程上獲得應(yīng)用。生物質(zhì)鍋爐煙氣SO2濃度較低，常用的脫硫技術(shù)都能實現(xiàn)排放要求，已經(jīng)成功應(yīng)用的主要有爐內(nèi)噴鈣、爐外濕法脫硫技術(shù)[3]，且濕法脫硫中的雙堿法、氨法、鎂法運行成本都比較低，其中氨法直接產(chǎn)生硫銨化肥，可與除塵器收集下來的草木灰混合成復(fù)合肥。

除上述分別進(jìn)行脫硫、脫硝工藝外，也有采用脫硫、脫硝一體化技術(shù)，如臭氧氧化+濕法脫硫技術(shù)方案，如堿液采用氨水，則生成產(chǎn)物為硝酸銨、硫酸銨混肥。但堿液脫硫時需要對脫硫塔、凈煙道、煙囪進(jìn)行防腐，投資和運行費用較高，生物質(zhì)電廠在經(jīng)濟(jì)上較難承受。本文根據(jù)生物質(zhì)鍋爐煙氣的特點，介紹了生物質(zhì)鍋爐煙氣臭氧氧化+半干法脫硫脫硝的一體化技術(shù)。

2 臭氧氧化+半干法脫硫、脫硝的一體化技術(shù)原理[6]

2.1 臭氧(O3)氧化氮氧化物(NOX)

NO+O3→NO2+O2

2NO2+O3→N2O5+O2

2N2O5→ 4NO2+O2

2.2 熟石灰固化NOX

經(jīng)O3氧化后的NOX，易溶于水，是具有高度活性的氣態(tài)物質(zhì)，易與消化后的石灰粉反應(yīng)而固化，生成硝酸鈣、亞硝酸鈣，反應(yīng)方程式如下：

3NO2+Ca(OH)2→Ca(NO3)2+NO+H2O

N2O5+Ca(OH)2→Ca(NO3)2+H2O

固化過程中產(chǎn)生的NO部分繼續(xù)被O3氧化、固化，直到O3完全利用。

2.3 熟石灰固化SO2

煙氣中的二氧化硫與消化后的石灰粉反應(yīng)固化，生成亞硫酸鈣，反應(yīng)方程式如下：

SO2+Ca(OH)2→CaSO3+H2O

CaSO3+ 1/2O2→ CaSO4

煙氣中的SO3、HCl、HF等酸性氣體也一并被固化，反應(yīng)方程式如下：

Ca(OH)2+SO3→CaSO4

Ca(OH)2+2HCl→CaCl2+2H2O

Ca(OH)2+2HF→CaF2+2H2O

3 工藝流程

溫度為100～180℃的待處理煙氣從生物質(zhì)鍋爐空預(yù)器后引出，與臭氧發(fā)生器制得的含臭氧10%左右的臭氧氣體通過臭氧格柵混合，低價氮氧化物被臭氧氧化為高價氮氧化物(NO2、N2O5)，并隨煙氣一并進(jìn)入流化床脫硫脫硝反應(yīng)裝置底部氣室，煙氣在氣室經(jīng)氣室上方的均布器均布后進(jìn)入流化床反應(yīng)區(qū)，與返料增濕輸送機(jī)推送來的脫硫脫硝劑消石灰粉充分接觸，煙氣中的SO2、SO3、NO2、N2O5、HCl、HF等酸性氣體與消石灰反應(yīng)固化，固化后的脫硫脫硝灰渣隨煙氣一并進(jìn)入原有旋風(fēng)除塵器，收集煙氣中的脫硫脫硝灰渣及生物質(zhì)燃燒后產(chǎn)生的草木灰，收集下來的灰渣一部分排出外運，一部分與消石灰粉混合增濕返回流化床中，并保持流化床內(nèi)氣固比，確保脫硫脫硝效率達(dá)到環(huán)保要求。經(jīng)旋風(fēng)除塵后的煙氣去原布袋除塵器。

為保證脫硫脫硝效率、流化床及后續(xù)旋風(fēng)除塵器、布袋除塵器、引風(fēng)機(jī)正常運行，通過增加消石灰粉灰渣的含水量，控制流化床操作溫度在65～75℃之間，煙氣相對濕度在40%～50%之間，且高于飽和溫度10～20℃左右。工藝流程如圖1。

圖1 臭氧氧化+半干法脫硫、脫硝的一體化技術(shù)

4 經(jīng)濟(jì)比較

以山東某生物質(zhì)電廠110 t/h中溫中壓爐鍋爐為例，煙氣參數(shù)見表1，該中溫中壓爐煙氣溫度偏低，不適合使用SNCR脫硝，故鍋爐煙氣分別采用煙氣再循環(huán)+臭氧氧化+氨法脫硫脫硝一體化技術(shù)(方案1)、煙氣再循環(huán)+臭氧氧化+半干法脫硫脫硝的一體化技術(shù)(方案2)，進(jìn)行投資與運行成本對比。其中煙氣再循環(huán)技術(shù)按50%脫硝效率、臭氧氧化按50%脫硝效率、氨法脫硫按90%脫硫效率、半干法脫硫脫硝按90%效率設(shè)計。

表1 生物質(zhì)電廠脫硫脫硝參數(shù)表

4.1 主要設(shè)備參數(shù)

根據(jù)生物質(zhì)電廠煙氣參數(shù)，經(jīng)核算方案1和方案2的主要設(shè)備參數(shù)見表2。

4.2 投資分析

根據(jù)設(shè)備配置，兩種脫硫脫硝一體化方案投資成本估算見表3。

表3 兩種脫硫脫硝一體化方案投資成本估算表

表2 主要設(shè)備參數(shù)表

由表3可以看出，方案2的投資成本較低，是方案1的43%左右，其中半干法脫硫脫硝投資主要工藝設(shè)備投資是濕法氨法脫硫脫硝的20%左右，半干法脫硫脫硝有十分明顯的投資優(yōu)勢。

4.3 運行成本分析

經(jīng)核算兩種脫硫脫硝方案消耗定額及直接運行成本見表4。

表4 兩種脫硫脫硝一體化方案消耗定額及直接運行成本

由表4可以看出，兩種組合的脫硫脫硝一體化方案中，方案2運行費用是方案1的63%左右，兩種方案的直接運行成本中，電費分別占87%和71%左右，其中半干法脫硫脫硝裝置本身運行電費是濕法氨法脫硫脫硝電費的16%左右。因此無論從裝置投資還是直接運行成本，方案2比方案1具有十分明顯的優(yōu)勢。

5 結(jié)論

(1)與燃煤煙氣相比，生物質(zhì)中溫中壓鍋爐沒有合適的SNCR溫度窗口，對脫硝方案的選擇有一定影響，其中適用于該爐型的脫硝技術(shù)有：煙氣再循環(huán)技術(shù)、臭氧氧化+堿液吸收或臭氧氧化+半干法吸收技術(shù)。

(2)經(jīng)臭氧氧化+氨液吸收與臭氧氧化+半干法吸收方案經(jīng)濟(jì)比選，得出臭氧氧化+半干法吸收方案無論裝置投資還是直接運行成本都具有十分明顯的優(yōu)勢。

[1] 蔣正武.生物質(zhì)燃料的燃燒過程及其焚燒灰特性研究[J].材料導(dǎo)報，2010,24(2):66-68.

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[3] 蔣文舉,趙君科,尹華強，等.煙氣脫硫脫硝技術(shù)手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2006.

[4] 崔基偉.高級氧化技術(shù)用于煙氣同時脫硫脫硝的實驗研究[D].保定：華北電力大學(xué)，2012.

[5] 孫永運,萬志國,陳東.變壓吸附制氧(VPSA)在臭氧脫硫脫硝技術(shù)應(yīng)用[J].山東化工，2015,44(8):161-162.

[6] 王雪峰.淺析循環(huán)流化床半干法煙氣脫硫工藝與技術(shù)[J].礦業(yè)工程，2015(3):30-32.

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Technical and economic analysis of semi dry flue gas desulfurization and denitrification in biomass boiler flue gas

Gao Jinhao,Gao Yuan

(Nanjing Bilin Environmental Protection Co.,LTD, Nanjing 210005)

Based on the analysis of biomass boiler flue gas composition and the summary on the characteristics of biomass boiler flue gas, this paper presents a technical and economic analysis on an integrated technology combining ozone oxidation denitrification technology and semi dry denitrification and desulfurization technology for flue gas from biomass boiler. The results indicate that both investment and operating cost are low for the integrated technology.

biomass; desulfurization; denitrification; technology;economy

2016-12-02; 2017-01-18修回

高勁豪，男，1996年生，本科，從事環(huán)境污染工程設(shè)計。E-mail：xuyz2010@126.com

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