高温干法脱硫与复合滤筒尘硝协同脱除装备在生物质锅炉烟气治理领域的应用

吴炜彬，王妨，刘颖，卢能国，苏仲夏

（福建龙净环保股份有限公司，福建 龙岩 364000）

生物质锅炉排放烟气中二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）含量较低，与燃煤锅炉相比，生物质能源的特点是具有可再生性、低污染性、广泛分布性，而且总量十分丰富。随着国家对锅炉排放环保标准的提高，即便生物质锅炉出口烟气排放物含量较低，但也已经不适应新的环保要求，生物质锅炉常用的烟气治理技术面临挑战。现有国内某生物质发电公司配1 台130t/h 高温高压、生物质燃料自然循环汽包水冷振动炉排锅炉，需要同步建设烟气脱硫除尘脱硝装置。

1 工艺分析与选择

1.1 生物质锅炉烟气特点

本工程主要燃料为玉米秸秆、小麦秸秆、花生壳，产生的烟气具有以下特点：（1）生物质灰熔点较低，极易在受热面上积灰和结焦，影响换热。（2）烟气中的碱金属与二氧化硅在燃烧条件下形成黏性很强的四硅酸钾（K2O·4SiO2）和硅酸钠（Na2O·2SiO2）低熔点共晶体，相互黏结，形成结渣。（3）烟气中的一氧化碳（CO）、SO2会进一步促进碱性氧化物发生结焦。（4）燃料水分含量较高，燃烧后的水蒸气中含有的酸性物质会加速省煤器及下游设备的腐蚀[1]。（5）粉尘浓度高，含有沙石等磨蚀性强的颗粒及未燃尽的火星。

1.2 常规除尘脱硫脱硝工艺

锅炉烟气的常规除尘脱硫脱硝工艺路线是先脱硝，再除尘脱硫。脱硝技术有选择性非催化还原（SNCR）和选择性催化还原（SCR）。SNCR 的脱硝效率低，多用作低氮燃烧技术的补充处理手段。SCR 的脱硝效率相对较高，是目前已成熟应用的烟气脱硝技术。除尘技术有电除尘、布袋除尘等。脱硫技术多采用半干法脱硫技术。常规除尘、脱硫、脱硝工艺在生物质锅炉应用上存在较大问题，由于生物质锅炉烟气飞灰量大、含有碱金属，会造成SCR 脱硝催化剂堵塞及中毒，催化剂更换频繁，布袋易糊袋、易烧损，而电除尘器效率不够。

1.3 高温干法脱硫与复合滤筒尘硝协同脱除技术

高温干法脱硫与复合滤筒尘硝协同脱除技术是一种先进的脱硫、除尘、脱硝一体化工艺，该技术以高温无机纤维复合滤筒为核心处理元件，先对烟气进行高温干法脱硫，再通过复合滤筒同时完成粉尘过滤和NOx脱除。该技术具有以下优势：

（1）除尘效率高，滤筒表面覆膜孔径极小，可处理亚微米级的颗粒，将含尘气体净化到10mg/m3甚至更低。

（2）附属工艺流程简短，设备集成，布置紧凑，占地面积小，维护工作量少。

（3）烟气先经滤筒表面过滤粉尘，再经滤筒壁内催化剂作用脱硝，滤筒表面形成的尘饼可保护催化剂免受砷、硒、钾、钠等元素毒化，解决了催化剂的磨损和堵塞，避免了重金属对催化剂的毒化作用，延长了催化剂的使用寿命。

（4）收集含有爆炸危险或带有火花的含尘气体时安全性较高。

（5）对粉尘的比电阻没有要求，适应温度范围广（280℃—420℃）。

（6）耐腐蚀，几乎对所有的化学品都有惰性[2]。

（7）滤筒表面覆膜的孔径光滑，粉尘不易黏附其表面，清灰更容易，并且随着过滤风速的增加，系统阻力增加不明显。

（8）高温烟气净化后再进行热量回收，可提高锅炉换热效率。

基于上述技术优势，该生物质发电项目采用高温干法脱硫与复合滤筒尘硝协同脱除的技术路线进行设计建设。

2 技术方案

2.1 工艺路线

针对该生物质发电项目锅炉烟气的特点，烟气治理工艺路线设计为：锅炉省煤器③→高温干法脱硫塔→高效低阻沉降室→复合滤筒尘硝协同脱除装备→锅炉省煤器②→锅炉省煤器①→烟冷气→空气预热器→风机→烟囱。工艺布置见下图。

工艺布置示意图

烟气从锅炉省煤器③出口引出，300℃—350℃的高温烟气经过干法脱硫塔脱硫后，进入高效低阻沉降室预收尘，再进入高温复合滤筒尘硝协同脱除装备。原烟气粉尘、脱硫灰和重金属等污染物经过滤筒表面过滤脱除；无尘高温烟气进入无机纤维复合滤筒壁内的催化区脱除NOx。经过净化后的烟气返回下级省煤器②进口，再经由锅炉省煤器①、烟冷器、锅炉尾部换热器和空气预热器回收剩余热量后，温度降至110℃—130℃，最终经引风机进入烟囱排入大气。

2.2 技术方案

脱硫采用高温干法脱硫塔，脱硫剂采用300 目消石灰。在脱硫塔后端，设置高效低阻沉降室用于对进入尘硝反应器的烟气进行预除尘和阻火。尘硝反应器共12 个仓室，每个仓室独立保温，进出口烟道上均设置阀门，在线监测每个分室的运行数据，当发现有滤管破损时，可将该分室离线，更换该分室的滤筒，而不是影响整套系统的继续运行。

仓室内部采用花板耐热抗扭结构和滤筒精准限位组件，应用多维高均匀性气流均布技术，保证协同脱除装备的出口污染物排放浓度符合要求，延长滤筒的使用寿命，提高设备的可靠性。

输灰系统采用“星型卸灰阀+水冷刮板机+罗茨风机”稀相气力输送。

脱硝剂采用20%氨水，利用气液双相雾化喷枪喷入烟道内。

2.2.1 高温脱硫和脱硝技术

2.2.1.1 高温干法脱硫技术

实验研究表明，消石灰作为脱硫剂，在250℃—400℃时，温度越高其脱硫效率也越高，温度为350℃左右时其脱硫效率最高。同时，在此温度段的脱硝效率也较高。因此，250℃—400℃是脱硫与脱硝的最佳温度区间，即匹配点。在脱硫过程中，NOx在脱硫反应中起到类似催化剂的作用，提高了脱硫剂的表面活性。基于以上研究结论，本项目采用高温干法脱硫塔脱硫工艺，脱硫剂采用300 目以上粒径的消石灰。

2.2.1.2 脱硝技术

催化剂由特殊分散工艺得到的纳米级分散液与多种高活性组分溶液混合而成，通过往复式旋转滴涂装置均匀植入滤筒内。采用此种工艺将催化剂与无机纤维滤筒复合，催化剂比表面积大，与烟气中NOx接触充分，大大减少了催化剂使用量，提高了脱硝效率。此外，催化剂活性温度窗口也增加了200℃—400℃，使复合滤筒尘硝协同脱除装备具有更好的适应性。

2.2.2 高效低阻沉降室

由于烟气粉尘浓度大，对尘硝滤筒有较大影响，因此，在脱硫与尘硝反应器之间设计了高效低阻沉降室。以计算流体力学（CFD）模拟实验为基础，沉降室内设有X 型孔阻火板和多层迷宫型均布板，一方面能够高效拦截和熄灭未完全燃烧的生物质颗粒，保证滤筒使用寿命，防止二次燃烧带来的其他危害；另一方面能高效沉降大颗粒粉尘，减少滤筒的工作负荷和对滤筒的冲刷影响。

3 性能测试结果

该生物质发电项目于2020 年12 月投运，并于2021 年3 月由第三方检测机构对高温干法脱硫与复合滤筒尘硝协同脱除装备进行了性能测试，检测了130t/h 生物质锅炉排气筒出口的污染物浓度，检测结果见下表。结果显示，颗粒物出口浓度为1.03—1.62mg/Nm3、SO2浓度为11—14mg/Nm3、NOx出口浓度为31—36mg/Nm3，实现了超低排放。

有组织废气测试结果

4 结语

本次生物质发电项目使用的高温干法脱硫与复合滤筒尘硝协同脱除装备将多项先进技术有机结合起来，有效解决了传统技术存在的受粉尘比电阻影响大、运行费用高、对微细颗粒脱除率低、易糊袋破袋、催化剂易堵塞中毒等问题，并且出口排放浓度优于“53550”超低排放指标。该技术路线在本项目的成功应用，证明了其先进性，同时也意味着该技术在生物质锅炉烟气治理领域具有广阔的应用前景。