生物質鍋爐煙氣脫硫技術經濟分析

高瑞華(江蘇中順節能科技有限公司，南京 211110)

生物質鍋爐煙氣脫硫技術經濟分析

高瑞華
(江蘇中順節能科技有限公司，南京 211110)

分析了生物質鍋爐煙氣的特點，提出兩種適用的脫硫技術方案，并對兩種技術方案進行經濟比較，結果表明：生物質鍋爐煙氣脫硫采用爐內干法脫硫方案具有投資省、運行期內的總費用低的優勢。

生物質鍋爐；脫硫；技術；經濟

隨著國家對大氣污染物排放要求的提高[1-2]，生物質鍋爐的排煙已經不適應新的環保要求，需對煙氣進行處理。經對生物質鍋爐煙氣調研[3]，生物質鍋爐煙氣有如下特點：(1)爐膛溫度差別大，生物質鍋爐主要有爐排爐和循環流化床爐，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℃～1100℃；(2)煙氣含濕量高，生物質中氫元素含量較高，煙氣中含水量也高，可達到15%～30%左右；而燃煤鍋爐煙氣含水量不會超過10%；(3)煙塵堿金屬含量高，可達8%以上；(4)二氧化硫、氮氧化物濃度低、波動大，燃燒純生物質時二氧化硫、氮氧化物平均濃度在100～250 mg/Nm3之間波動，如燃料中摻雜模板、木材、樹皮，煙氣中二氧化硫、氮氧化物平均濃度在250～600 mg/Nm3之間波動，瞬時可達1000 mg/Nm3以上[4]。

1 脫硫技術方案[5-6]

生物質鍋爐煙氣屬于低SO2濃度煙氣，常用的爐內噴鈣、爐外循環流化床噴鈣(CFB半干法脫硫)、爐外濕法等脫硫技術，各種方案都能實現排放指標要求，但運行周期內總的投資成本控制是關鍵。對爐內噴鈣技術，設備投資較低，且根據我們在淮陰生物質電廠爐內噴鈣脫硫試驗數據，在高鈣硫條件下，尾氣二氧化硫排放指標可以滿足環保要求，可以作為適合低SO2濃度煙氣的處理方案。對CFB半干法脫硫，設備投資較高，且已經有很多成功的業績，在較高的鈣硫條件下，尾氣二氧化硫排放指標可以滿足環保要求，也可以作為適合低SO2濃度煙氣的處理方案。濕法脫硫中的鈣法、氨法、雙堿法、鎂法等技術處理低SO2濃度煙氣沒問題，且氨法、雙堿法、鎂法處理運行成本都比較低，其中氨法直接產生硫銨化肥。但濕法脫硫的投資更高，且需對煙囪進行重防腐處理，因此并不適合生物質鍋爐低SO2濃度煙氣的處理。

2 兩種適用技術方案的經濟比較

2.1 兩種技術方案的主要工藝設備

根據以上技術分析，現對江蘇國信如東生物質發電有限公司鍋爐煙氣進行爐內噴鈣脫硫(方案1)和爐外CFB半干法脫硫(方案2)技術方案進行經濟比較。煙氣條件如下表1。

表1 煙氣條件參數表

根據煙氣條件，兩種技術方案對應的主要工藝設備配置見表2。

表2 兩種脫硫技術方案主要工藝設備表

由表2看出，方案2的主要工藝設備比方案1要多。

2.2 兩種技術方案的投資比較

根據設備配置，兩種脫硫方案投資成本估算方案1為300萬元，方案2為1000萬元。

方案1的投資成本較低，是方案2投資的的30%，因此爐內噴鈣脫硫有十分明顯的初次投資優勢。

2.3 不同運行年限總費用比較

現分別按裝置運行10、15、20年的運行壽命，在不同SO2濃度下總投資之差的經濟比較。方案1，根據某生物質發電有限公司#1爐環保改造試驗報告，在鈣硫比按6:1設計時，能滿足尾氣排放要求。且脫硫改造時不影響機組發電量。方案2，在鈣硫比按2:1設計，效率90%時，滿足尾氣排放要求，CFB半干法脫硫改造內容多，占地大，按影響企業發電量2個月時間考慮(配套12MW機組)。企業人員工資按6000元/月、總員工人數按100人考慮。脫硫劑用含量85%的氫氧化鈣粉，按700元/噸計算。

三種設計運行壽命下兩種方案總投資費用之差與二氧化硫濃度關系見下圖1。

圖1 三種設計運行壽命內兩種方案總投資費用之差比較圖

由圖1看出，10年運行壽命下，在二氧化硫濃度610 mg/Nm3以下時，方案1的10年運行總費用比方案2低，采用方案1脫硫有總費用低的優勢；在二氧化硫濃度610 mg/Nm3以上時，采用方案2脫硫有總費用低的優勢。

15年運行壽命下，二氧化硫濃度540 mg/Nm3以下時，方案1的15年運行總費用比方案2低，采用方案1脫硫有總費用低的優勢；在二氧化硫濃度540 mg/Nm3以上時，采用方案2脫硫有總費用低的優勢。

20年運行壽命下，二氧化硫濃度490 mg/Nm3以下時，方案1的20年運行總費用比方案2低，采用方案1脫硫有總費用低的優勢；在二氧化硫濃度490 mg/Nm3以上時，采用方案2脫硫有總費用低的優勢。

2.4 不同運行壽命兩種方案總費用齊平點分析

不同設計壽命與兩種方案總費用相等時二氧化硫濃度關系見圖2。

圖2 不同運行壽命兩種方案總費用齊平點SO2濃度圖

由圖2看出，隨著裝置設計運行壽命期的延長，兩種方案總費用齊平點SO2濃度下降，即：裝置設計運行壽命期越長，越適用方案2；二氧化硫濃度越高越適用方案2，這也是為什么燃煤機組選擇方案2的原因。

本項目的SO2平均值為250 mg/Nm3，最大值為400 mg/Nm3，都小于490 mg/Nm3，因此爐內噴鈣脫硫(方案1)更適合本項目。

3 結論

(1)生物質鍋爐煙氣特點為：煙氣含濕量高、煙塵中堿金屬含量高、二氧化硫、氮氧化物濃度低、波動大,對脫硫技術方案的選擇有較大影響。

(2)更適合處理生物質鍋爐低濃度SO2煙氣的技術有：爐內噴鈣和爐外循環流化床噴鈣(CFB半干法脫硫)方案。

(3)通過兩種方案的經濟比較，爐內噴鈣比爐外循環流化床噴鈣更適合生物質鍋爐煙氣脫硫。

[1] 國家發展改革委,環境保護部,國家能源局.煤電節能減排升級與改造行動計劃(2014-2020年) (發改能源([2014]2093號) [EB/OL].(2014-09-12)[2017-05-12] http://bgt.ndrc.gov.cn/zcfb/201409/t20140919_626242.html

[2] 環境保護部，國家質量監督檢驗檢疫總局. GB 13223-2011火電廠大氣污染物排放標準[S].2011.

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

[4] 高勁豪,高原.生物質鍋爐煙氣半干法脫硫脫硝的技術與經濟分析[J].環?？萍?2017,23(01):8-11.

[5] 楊松.生物質顆粒工業鍋爐低氮燃燒技術改造及NOx排放監測[J].化學工程與裝備,2015(07):258-260.

[6] 蔣文舉,趙君科,尹華強,等.煙氣脫硫脫硝技術手冊[M].北京：化學工業出版社,2006.

A technical and economic analysis of flue gas desulfurization of biomass boiler

Gao Ruihua
(Jiangsu Zhongshun Energy Technology Co. Ltd.,Nanjing 211110)

This paper presents the results of a technical and economic comparison of two desulfurization technologies for flue gas of biomass boiler, put forwards based on an analysis on characteristics of flue gas of biomass boiler. The results show that the dry combustion desulfurization for biomass boiler flue gas has the advantage of low investment and low total cost for operation period.

biomass boiler; desulfurization technology; economy

2017-06-15； 2017-08-07修回

高瑞華(1965-)，男，從事環境污染工程設計。E-mail:com2200@126.com

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