生物质电厂脱硝技术方案
2021-12-14常宇飞晋能控股煤业集团环境督查大队
文_常宇飞 晋能控股煤业集团环境督查大队
生物质能源是一种清洁能源，因为其中S和N含量较低，因此化学燃烧反应过程中产生的氮氧化物和二氧化硫及三氧化硫相对较少。同时其CO2排放量近似于零，生物质发电技术具有低硫、低硝、低碳等优点。但是随着我国环保要求的不断提升，生物质电厂也在面临着更加严苛的污染物排放要求。
我国的生物质电厂焚烧原料来源广泛，燃烧热值上下限差距较大，成分也更复杂。本文结合最新烟气排放标准、烟气排放特性、工程实例对生物质发电厂的脱硝工艺进行探讨、对比。
1 脱硝技术
1.1 SNCR法
SNCR是选择性非催化还原法的英文缩写，这种方法通常是将一些含氨的还原剂喷到炉内较高温度的位置。还原剂会热解生成NH3，而同时会进一步还原成氮气和水，将含氮的有机污染物转变为无污染的氮气和水。
根据生物质相关厂家提供的信息显示，我国电厂锅炉正常运行的时候，氮氧化物产生量小于200mg/m3。部分专家研究指出，在对焚烧炉生产工艺进行调整以后，产生的氮氧化物甚至可以小于100mg/m3。SNCR的效率与众多因素均有相关性影响，只有在各项相关因素均控制较好的情况下脱硝的效率才能得到保证，但是实际生产过程中各项相关因素很难控制，最终效果也能难实现，SNCR的实际脱硝效率一般在40%～60%。
1.2 SCR法
SCR法即选择性催化还原法，该方法是在一定温度区间内催化氨还原NOx的过程，主要反应为氨气和一氧化氮及二氧化氮的反应。
SCR反应器有高尘和低尘两种不同的布置方式，其中高尘布置是在省煤器与空预器之间，烟的温度为300～400℃，优点是催化剂活性较高，脱硝效率更高；缺点是烟气中的粉煤灰等物质会磨损甚至堵住催化剂，二氧化硫也会污染催化剂。低尘布置指布置在除尘器后的一种方式，这种布置方式的优点是粉煤灰对其磨损的程度会较低，烟气的温度只需要控制在150～200℃即可，过程需用低温催化剂，或者控制温度在催化剂所需的合适温度，这就意味着运行成本和能耗会较高。
SCR催化剂根据适用环境温度的不同也分为中温和低温两种，中温运行温度一般为300～400℃，催化剂一般为钒基SCR催化剂。而低温催化剂目前尚且处于基础研究阶段，应用较少。当前部分研究显示，锅炉正常运行温度为160～200℃，这种方法对NOx的去除率可以达到85%以上，比SNCR法的去除率高。但目前低温催化剂仍然存在活性较低、抗硫化物性能较差等诸多问题。
SCR脱硝工艺在生物质电厂的应用中需要充分考虑各种烟气的不同性能带来的影响，针对性地采取措施进行处理防治，其中，低温和中温SCR脱硝工艺的特点见表1。
表1 低温和中温SCR脱硝工艺应用特点对比
1.3 臭氧氧化法
由于臭氧具有强氧化性，将其用于对NOx的氧化中，可将低价态NOx氧化为可溶的高价态，之后再喷淋一些吸收液即可。但是这种方法也有缺点，例如需要制备臭氧，这个过程能耗较高；同时臭氧氧化过程不会全部参与反应，可能有部分未参与反应的臭氧逃逸，会对环境造成危害；NOx经臭氧氧化后，需要进一步通过碱溶液或者别的溶液进一步吸收，从而产生大量难以处理的吸收液废水。
生物质电厂正常情况下不会采用湿法工艺，况且湿法工艺存在着污水处理排放等难题，因此大多数生物质电厂不太适合采用本工艺。
1.4 触媒陶瓷纤维滤管催化脱硝法
触媒陶瓷纤维滤管过滤器的基材是陶瓷纤维，采用一些先进技术将钒钛类的SCR催化剂涂到成型的陶瓷纤维滤管上，形成本方法所用的触媒陶瓷纤维滤管。这种脱硝工艺流程如下：首先需要将脱硫剂喷入高温炉内对烟气进行脱硫，烟气在350℃的环境温度下通过本滤管除尘，同时烟气中的氨和氮氧化物在催化剂催化作用下实现了效率较高的脱硝，在整个净化过程结束之后，净化后的烟气在回收热量后排放。这种较为新型的工艺在烟气治理、生物质发电等项目中已有应用不少。但这种方法设备造价和维护成本相对前几种方法都较高。
2 触媒陶瓷纤维管催化脱硝技术与传统技术的区别
以实际生产中的实例来论证，某生物质电厂配备1台130t/h的高温超高压循环流化床锅炉，采用炉内喷钙、NID脱硫、布袋除尘、低温GGH、低温SCR工艺，烟气经脱硫除尘和低温环境除硝之后可达到现行的相关国家或者行业排放标准。另一家生物质电厂配有1台130t/h高温高压联合炉排锅炉，这个电厂采用触媒陶瓷纤维管催化脱硝技术处理烟气中的硫和氮氧化物，并除去灰尘后满足相关现行排放标准。触媒陶瓷纤维管催化脱硝技术与传统技术相比具有众多的优点，但是目前未得到大规模应用的原因之一是其运行成本较高。触媒陶瓷纤维滤管设备本身造价较高，而相应的脱硝剂等耗材价格也较高，折旧维护运行等各方面成本均需要进一步降低才能广泛应用于市场。目前实际应用中已有一些价格较为低廉的脱硫剂，可以使用经济可行的脱硫、脱硝剂来降低运行成本。
3 结语
本文结合生物质电厂锅炉排放的大气污染物排放标准，尤其是NOx的排放限值以及生物质电厂排放烟气的特性，对当前应用较为广泛的各类电厂锅炉脱硝工艺进行了探讨。
①生物质电厂若采用SNCR工艺和低氮燃烧技术，烟气中氮氧化物能达到现行排放要求，但是基本无法满足相应标准中对超低排放的上限要求。
②O3氧化法适用于湿法工艺，但是自身制备成本较高，且产生大量污水。
③对于超低排放标准的项目，低温SCR催化和触媒陶瓷纤维管催化脱硝两种技术更为合适，触媒陶瓷纤维管方法虽然具有许多优点，但是其运行成本较高是目前这种方法推广率较低的主要原因，需要降低脱硫剂成本等方面的经济制约以降低运行费用。
