生物质锅炉烟气脱硫脱硝技术方案选择

2017-10-14高劲豪张幼安

硫酸工业 2017年8期

关键词：氮氧化物二氧化硫炉膛

高劲豪,张幼安,高原

(1.常州大学，江苏常州 213164；2南京碧林环保科技有限公司江苏南京 210005)

生物质锅炉烟气脱硫脱硝技术方案选择

高劲豪1,2,张幼安1,2,高原2

(1.常州大学，江苏常州 213164；2南京碧林环保科技有限公司江苏南京 210005)

通过对生物质锅炉烟气的成分分析，总结出生物质锅炉烟气的特点，并对生物质锅炉烟气脱硫脱硝进行技术比较，对不同生物质、不同排放要求可选择不同的脱硫脱硝技术。结合生物质燃料的种类、原始污染物浓度、烟气排放指标要求，可选择技术可行、运行成本低的技术方案。

生物质锅炉烟气二氧化硫脱硫脱硝技术

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

生物质锅炉是以生物质能源作燃料的锅炉。农业生产过程中的废弃物，如农作物秸秆(玉米秸、高粱秸、麦秸、稻草、豆秸和棉秆等)、农业加工业的废弃物(稻壳)等都可作为生物质锅炉的燃料，生物质锅炉排放烟气中二氧化硫、氮氧化物含量较低，因此与燃煤锅炉相比，生物质能源特点是可再生性、低污染性、广泛分布性、总量十分丰富。但随着国家对锅炉烟气排放环保标准的提高，生物质锅炉已经不适应新的环保要求。现各地已要求生物质锅炉烟气的排放标准按GB 13223—2011《火电厂大气污染物排放标准》执行，即尘、二氧化硫、氮氧化物的排放限值为30，200，200 mg/m3，其中重点地区按20，50，100 mg/m3执行。但这一要求与最新火电厂超低排放相比，还有一定差距。随着民众环保意识的提高，不排除将来会按超低排放要求执行。笔者按一般地区和重点地区排放要求，对生物质锅炉烟气脱硫脱硝的技术选择进行分析。

1 生物质锅炉烟气特点

经对生物质锅炉烟气调研、测试、分析，生物质锅炉烟气有如下特点[1]：①炉膛温度差别大，生物质锅炉主要有炉排炉和循环流化床炉，每种炉型又分为中温中压炉、次高温次高压炉、高温高压炉，炉膛温度分别为700～760 ℃、880～950 ℃、850～1 100 ℃；②生物质中氢元素含量较高，烟气中含水量也高，φ(H2O)可达到15%～30%；而燃煤锅炉烟气不会超过10%；③烟尘含碱金属质量分数较高，可达8%以上；④二氧化硫、氮氧化物浓度低、波动大，燃烧纯生物质时二氧化硫、氮氧化物质量浓度在100～250 mg/m3波动，如燃料中掺杂模板、木材、树皮，烟气中二氧化硫、氮氧化物质量浓度在250～600 mg/m3波动，瞬时也可达1 g/m3以上。

2 适用的脱硫脱硝技术方案

2.1 脱硝技术方案

1)低氮燃烧技术[2-3]。低氮燃烧技术属于控制燃烧技术，通过调节燃烧空气中的氧含量，降低氮氧化物的产生，所有低氮燃烧技术必须能让锅炉有一个稳定燃烧过程，否则会出现改造效果不明显或燃烧不稳定问题。就生物质锅炉，常用烟气再循环技术。烟气再循环技术有两种流程：① 引风机后的烟

气直接引到一次风机入口。该方案一次风机无需改动，再循环烟气也不需要抽风机，省电节能，改造简单，氮氧化物浓度可下降20%～40%。② 引风机后的烟气直接引到炉膛一次风室和二次风室。该方案一次风机需降负荷运行，再循环烟气也需要配备高温抽风机，风压与一次风机相当。该方案增加了运行电耗，改造相对复杂，氮氧化物质量分数可下降25%～50%。烟气再循环技术还会出现烟气中二氧化硫污染物浓度升高、含水量升高现象，但减少了烟气排放总量。

烟气再循环技术工艺流程见图1。

方案一方案二

2)SNCR技术[4]。SNCR属于选择性非催化还原技术，SNCR技术适用于炉膛出口烟温满足800～1 100 ℃的锅炉，低于此温度时脱硝效率较低，且氨与烟气混和效果对脱硝效率有很大影响(如旋风入口区混和效果比较好)。如混和不充分、反应时间不够，要达到相同的脱硝效率，会增加运行费用，同时尾气氨逃逸也存在超标问题。另生物质锅炉烟气中SO3含量时常偏高，在280 ℃以下的低温区设备，存在硫酸盐堵塞、腐蚀等问题。SNCR脱硝效率还与烟所中氮氧化物的初始浓度有关，生物质锅炉SNCR脱硝效率在20%～50%。

3)O3氧化技术[5-6]。NOx氧化是利用强氧化剂氧化NOx，NOx最终转化为硝酸或硝酸盐，常用的氧化剂有羟基自由基HO-、O3、H2O2、MnO4-、ClO2、Cl2；其中O3是常用的氧化剂，反应速率快，在与烟气充分混匀情况下，氧化率达90%以上，且运行稳定，工业应用业绩多。O3氧化脱硝适宜温度为50～180 ℃，且对SO2浓度无要求，可安装于低温烟气段，NOx氧化后需再增加碱性物质吸收系统，吸收氧化后的氮氧化物。

2.2 脱硫技术方案[6]

生物质锅炉烟气属于低SO2浓度烟气，常用的方法有炉内喷钙、炉外循环流化床喷钙(炉外喷钙)、炉外湿法等脱硫技术。各种方案都能实现排放指标要求，成本控制是关键，湿法脱硫中的双碱法、氨法、镁法运行成本都较低，其中氨法直接产生硫酸铵化肥，可与除尘器收集下来的灰混和成复合肥，回归农田；而双碱法、镁法产生的混盐处理有一定难度。

2.3 脱硫脱硝一体化技术

2.3.1 湿式脱硫脱硝一体化技术

采用O3脱硝方案，湿法脱硫选用氨水作脱硫吸收剂，污染物经吸收、氧化后，生成硝酸铵、硫酸铵等农用化肥。湿式脱硫脱硝工艺流程见图2。