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生物質鍋爐煙氣脫硫脫硝技術方案選擇

摘要:通過對生物質鍋爐煙氣的成分分析,總結出生物質鍋爐煙氣的特點,并對生物質鍋爐煙氣脫硫脫硝進行技術比較,對不同生物質、不同排放要求可選擇不同的脫硫脫硝技術。結合生物質燃料的種類、原始污染物濃度、煙氣排放指標要求,可選擇技術可行、運行成本低的技術方案。

生物質鍋爐是以生物質能源作燃料的鍋爐。農業生產過程中的廢棄物,如農作物秸稈(玉米秸、高粱秸、麥秸、稻草、豆秸和棉稈等)、農業加工業的廢棄物(稻殼)等都可作為生物質鍋爐的燃料,生物質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,生物質能源特點是可再生性、低污染性、廣泛分布性、總量十分豐富。但隨著國家對鍋爐煙氣排放環保標準的提高,生物質鍋爐已經不適應新的環保要求。現各地已要求生物質鍋爐煙氣的排放標準按GB 13223 —2011《火電廠大氣污染物排放標準》執行,即塵、二氧化硫、氮氧化物的排放限值為30,200,20 mg/m3,其中重點地區按20,50,100mg/m3 執行。但這一要求與最新火電廠超低排放相比,還有一定差距。隨著民眾環保意識的提高,不排除將來會按超低排放要求執行。筆者按一般地區和點地區排放要求,對生物質鍋爐煙氣脫硫脫硝的技術選擇進行分析。

1 生物質鍋爐煙氣特點

經對生物質鍋爐煙氣調研、測試、分析,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 700~760oC、880~950oC、850~1100 °C ;②生物質中氫元素含量較高,煙氣中含水量也高,<p(H20 ) 可達到15 % ~ 30 % ;而燃煤鍋爐煙氣不會超過10 % ;③煙塵含堿金屬質量分數較高,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、氮氧化物質量濃度在100~250mg/m3 波動,如燃料中摻雜模板、木材、樹皮,煙氣中二氧化硫、氮氧化物質量濃度在250?600mg/m3 波動,瞬時也可達1g/m3 以上。

2 適用的脫硫脫硝技術方案

2 . 1 脫硝技術方案

1)低氮燃燒技術。低氮燃燒技術屬于控制燃燒技術,通過調節燃燒空氣中的氧含量,降低氮氧化物的產生,所有低氮燃燒技術必須能讓鍋爐有一個穩定燃燒過程,否則會出現改造效果不明顯或燃燒不穩定問題。就生物質鍋爐,常用煙氣再循環技術。煙氣再循環技術有兩種流程:①引風機后的煙氣直接引到一次風機入口。該方案一次風機無需改動,再循環煙氣也不需要抽風機,省電節能,改造簡單,氮氧化物濃度可下降20%?40% 。②引風機后的煙氣直接引到爐膛一次風室和二次風室。該方案一次風機需降負荷運行,再循環煙氣也需要配備高溫抽風機,風壓與一次風機相當。該方案增加了運行電耗,改造相對復雜,氮氧化物質量分數可下降25%?50% 。煙氣再循環技術還會出現煙氣中二氧化硫污染物濃度升高、含水量升高現象,但減少了煙氣排放總量。

煙氣再循環技術工藝流程見圖1。

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2 ) SNCR技術。SNCR屬于選擇性非催化還原技術,SNCR技術適用于爐膛出口煙溫滿足800?1100 °C 的鍋爐,低于此溫度時脫硝效率較低,且氨與煙氣混和效果對脫硝效率有很大影響(如旋風入口區混和效果比較好)。如混和不充分、反應時間不夠,要達到相同的脫硝效率,會增加運行費用,同時尾氣氨逃逸也存在超標問題。另生物質鍋爐煙氣中SO3含量時常偏高,在280°C 以下的低溫區設備,存在硫酸鹽堵塞、腐蝕等問題。SNCR脫硝效率還與煙所中氮氧化物的初始濃度有關,生物質鍋爐SNCR脫硝效率在20% ?50% 。

3 ) 〇3 氧化技術。NO% 氧化是利用強氧化劑氧化最終轉化為硝酸或硝酸鹽,常用的氧化劑有羥基自由基HO _ 、O3、H2O2、MnO4 _ 、C1O2、Cl2;其中O3 是常用的氧化劑,反應速率快,在與煙氣充分混勻情況下,氧化率達9 0 % 以上,且運行穩定,工業應用業績多。〇3 氧化脫硝適宜溫度為5 0 ?180 °C ,且對SO2濃度無要求,可安裝于低溫煙氣段,NO% 氧化后需再增加堿性物質吸收系統,吸收氧化后的氮氧化物。

2.2 脫硫技術方案

生物質鍋爐煙氣屬于低SO2濃度煙氣,常用的方法有爐內噴鈣、爐外循環流化床噴鈣(爐外噴鈣)、爐外濕法等脫硫技術。各種方案都能實現排放指標要求,成本控制是關鍵,濕法脫硫中的雙堿法、氨法、鎂法運行成本都較低,其中氨法直接產生硫酸銨化肥,可與除塵器收集下來的灰混和成復合肥,回歸農田;而雙堿法、鎂法產生的混鹽處理有一疋難度。

2.3 脫硫脫硝一體化技術

2.3.1 濕式脫硫脫硝一體化技術

采用〇3脫硝方案,濕法脫硫選用氨水作脫硫吸收劑,污染物經吸收、氧化后,生成硝酸銨、硫酸銨等農用化肥。濕式脫硫脫硝工藝流程見圖2 。

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2.3.2 半干法脫硫脫硝一體化技術

采用〇3脫硝方案,干法脫硫選用爐外循環流化床噴鈣,污染物經吸收、氧化后,生成產物分別為硝酸鈣、亞硝酸鈣、硫酸鈣、亞硫酸鈣,脫硫脫硝產物隨煙氣進入布袋除塵器,最終排入灰渣系統。半干法脫硫脫硝工藝流程見圖3 。

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2.4 脫硫脫硝方案比較

現對幾種脫硫脫硝技術方案分別從效率、運行費用、副產物及副加值、一次性投資等方面進行比較,見表1。

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由表1 可見:低氮燃燒、SNCR、爐內外噴鈣技術只適用于煙氣排放指標要求不高的區域,〇3氧化、雙堿法、氨法、鎂法適用于所有區域。

3 不同排放指標的技術方案選擇

根據生物質鍋爐的種類、原始污染物濃度、煙氣排放指標要求,可選擇技術可行、運行成本低的技術方案,現總結見表2 。生物質鍋爐用戶可根據此表選擇合適的脫硫脫根據生物質鍋爐煙氣的特點,結合生物質燃料脫硝方案。

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4 結論

1 ) 與燃煤煙氣相比,生物質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、波動大,其對脫硫脫硝方案的選擇都有較大影響。

2 ) 對煙氣污染物排放指標要求不高的地區,爐內噴鈣、爐外噴鈣、低氮燃燒、SNCR技術是十分適用的脫硫脫硝技術;對煙氣污染物排放指標要求高的地區,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方案比較合適,其中脫硫脫硝一體化的技術方案更有優勢。http://www.695339.live


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