生物質(zhì)鍋爐煙氣脫硝工藝技術(shù)研究

王竹青 孫旭

江蘇華躍特種設(shè)備有限公司 江蘇揚(yáng)州 211400

1 生物質(zhì)直燃鍋爐NOx產(chǎn)生的機(jī)理

生物質(zhì)燃料具有高溫，低熱量值，高揮發(fā)性物質(zhì)，低密度和較差的飼料均勻性，導(dǎo)致爐中溫度的變化。燃料中的氮含量，生物質(zhì)燃料的濃度大大波動(dòng)，燃燒鍋爐的爐溫為750-1000°時(shí)，熱NOx為10%-20%，C或更低，熱NOx小。燃料類型NOx主要決定燃料中的氮含量。大部分生物質(zhì)的含氮量在0.5%-1.5%之間，與煤的含氮量相近。

2 生物質(zhì)鍋爐大氣污染物排放標(biāo)

當(dāng)前生物質(zhì)鍋爐污染物排放標(biāo)準(zhǔn)主要按照國家標(biāo)準(zhǔn)《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》執(zhí)行。本標(biāo)準(zhǔn)包括生物質(zhì)鍋爐的參考標(biāo)準(zhǔn)和燃煤鍋爐的排放控制要求，即現(xiàn)有鍋爐的NOx排放要求不超過400mg/m3，而從2014年7月1日起，新建鍋爐的NOx排放要求不超過300mg/m3因?yàn)樾陆ㄥ仩t不超過400mg/m3，排放量為200mg/m3，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于燃煤電廠的超低排放標(biāo)準(zhǔn)，所以控制難度很大。鑒于此，中國的所有省市都發(fā)布了本地標(biāo)準(zhǔn)，上市的本地空氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，北京和杭州新型生物量煤靴，30毫克/立方米和50毫克/立方體相當(dāng)于超低排放標(biāo)準(zhǔn)煤燒制的電力工成，生物質(zhì)阻擋鍋爐的NOx排放限制高于燃煤發(fā)電廠的排放限制[1]。

3 生物質(zhì)鍋爐燃料工業(yè)分析、灰分分析

不同的生物質(zhì)燃料，NAR、SAR和低發(fā)電量是不同的，最終導(dǎo)致鍋爐煙氣中的煙氣來自NOx、SOX和煙氣，燃料中NAR和SAR的數(shù)量越高，則煙氣中的NOx、SOX濃度越高，不同生物質(zhì)燃料的NAR、SAR、AAR和QNET以及NAR、SAR、AAR和QNET都較高，不同生物質(zhì)燃料的AR值也有很大差異，這是造成鍋爐組分波動(dòng)的主要原因。按照統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，當(dāng)秸稈為燃料時(shí)粉煤灰中的K元素的含量更高；當(dāng)森林用作燃料時(shí)，粉煤灰中的Ca元素的含量更高。因此，當(dāng)使用不同的燃料時(shí)，應(yīng)按照燃料的特點(diǎn)選擇合適的脫硝過程路線，特別是在設(shè)計(jì)SCR脫硝催化劑時(shí)，應(yīng)考慮高鉀和高鈣的影響。

4 生物質(zhì)鍋爐的煙氣特點(diǎn)

通過研究生物量鍋爐煙氣及生物質(zhì)鍋爐煙氣的試驗(yàn)和分析，發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)鍋爐的煙氣具有以下特點(diǎn)：主爐和循環(huán)流化床爐，當(dāng)前溫度范圍為700-1100°，煙道氣溫度范圍會(huì)導(dǎo)致溫差，以及SNCR技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)的脫硝效率，一般而言，當(dāng)煙氣溫度為850-1100°之間，由于生物體中的高氫含量，煙道氣中的水分含量也很高，可達(dá)到15%-30%。燃煤鍋爐不超過10%，煙道氣的水分含量高。當(dāng)使用SCR脫硝催化劑時(shí)，煙道氣中的H2O將與注入的還原劑NH3，以減少脫硝催化劑。另一方面，如果操作正常，煙道氣的濕度將導(dǎo)致煙氣的酸露點(diǎn)在鍋爐的啟動(dòng)和停止期間升高，這將導(dǎo)致酸霧冷凝，并且液滴將是被脫硝催化劑吸附。它可以促進(jìn)催化劑微孔中的堿金屬如堿金屬的遷移，從而加速催化劑的活性。目前，商用SCR脫氮催化劑基本上通過催化劑表面上的酸性活性位點(diǎn)基本上進(jìn)行了解調(diào)的效果。煙道粉塵中堿金屬氧化物的高含量將導(dǎo)致堿金屬和表面酸性位點(diǎn)的組合產(chǎn)生催化劑的堿金屬中毒的催化劑并迅速降解催化活性。因此，如果SCR技術(shù)用于生物質(zhì)鍋爐的煙氣反硝化，則應(yīng)認(rèn)為成本更高，高堿金屬含量將增加粘度粉煤灰的粉煤灰，所以應(yīng)考慮選擇性脫硝過程。當(dāng)燃燒純生物質(zhì)時(shí)，二氧化硫和氮氧化物的含量在100-250mg/m3之間波動(dòng)，如木材、木材、樹皮等就像。那個(gè)煙氣中二氧化硫、氮氧化物含量在250-600mg/m3之間波動(dòng)，瞬間可達(dá)1000mg/m3以上，這使得脫硫脫硝技術(shù)的選擇困難[2]。

5 生物質(zhì)鍋爐脫硝工藝研究

通過調(diào)查，鍋爐技術(shù)和鍋爐、低氮燃燒技術(shù)、選擇性非催化還原技術(shù)（SNCR）和選擇性催化還原技術(shù)（SCR）或上述三種技術(shù)中的兩種或三種技術(shù)都比較成熟，并有大量的工程應(yīng)用，如垃圾焚燒、垃圾無害化焚燒等行業(yè)除此之外，等離子體脫氮技術(shù)、臭氧氧化脫氮技術(shù)、固體聚合物脫氮技術(shù)（PCR）和液體生物脫氮鈣技術(shù)（b-sncr）還處于研究或?qū)嶒?yàn)階段，不能普及。詳細(xì)介紹了低氮燃燒技術(shù)，選擇性非催化還原（SNCR）技術(shù)和選擇性催化還原（SCR）技術(shù)。低氮?dú)馊紵夹g(shù)從NOx的來源開始，并且存在低氧氣路徑。燃燒空氣分階段燃燒，低NOx燃燒器，煙氣再循環(huán)，燃料上燃燒等的主要優(yōu)點(diǎn)是相對較低的設(shè)備投資;缺點(diǎn)效率低，灰色燃料增加，燃燒效率等較低。SNCR技術(shù)是一種霧化噴霧系統(tǒng)，在800-1100°的溫度范圍內(nèi)從10%-40%尿素溶液中，氮氧化技術(shù)是無害的氮?dú)夂退Ｋ甋NCRDENITRATION系統(tǒng)簡單，投資和運(yùn)營成本簡單，但生物質(zhì)鍋爐的成本低，NOx排放濃度達(dá)到鍋爐空氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GS-SNCR），脫硝技術(shù)是控制NOx排放的關(guān)鍵技術(shù)生物量鍋爐。在催化劑的作用下，SCR還原為氮?dú)夂偷獨(dú)馑Ｏ拗圃跍囟葏^(qū)間，氮?dú)馕掌饔腥齻€(gè)安排好了SCR燃料鍋爐之間有三種布置方式，即煤與煤之間空氣。這個(gè)高濃度布置粉煤灰粘度大，脫硝催化劑金屬含量高，易造成脫硝催化劑的減少，且具有高溫高粉塵分布的化學(xué)脫硝壽命催化劑。袋式除塵器出口煙氣溫度僅為145-160℃，但由于煙氣中Sox的濃度仍為30-50mg/m3，因此有必要對煙氣進(jìn)行加熱，以避免低溫下硫酸氫銨（ABS）的析出造成催化劑孔道堵塞和催化劑活性迅速下降。建議SCR入口煙氣溫度為230-260℃，如果實(shí)際Sox濃度過高或煙氣波動(dòng)導(dǎo)致少量ABS沉淀，可設(shè)計(jì)在線熱再生工藝，間歇將煙氣溫度提高到320℃[3]。

6 結(jié)語

由上可知，在NOx排放濃度要求不嚴(yán)的區(qū)域中可以應(yīng)用低氮燃燒技術(shù)、SNCR技術(shù)或者將兩者有效的結(jié)合在一起，而在NOx實(shí)現(xiàn)超低排放的區(qū)域中可以選用低氮燃燒技術(shù)、SCR技術(shù)或者SNCR技術(shù)聯(lián)合脫硝技術(shù)。