生物质锅炉尾气超低排放技术

生物质锅炉尾气超低排放技术 摘要随着社会经济的发展，人们的观念等都发生了巨大的变化，保护环境、节约资源已经成为当前人们的共识。这种意识已经充分渗透于我国社会生活的方方面面。为了进一步减少锅炉使用过程中产生的污染，生物质锅炉得以出现。本文介绍了生物质锅炉的含义及其生产排污情况，分析了生物质锅炉尾气超低排放技术的必要性，对生物质锅炉脱硝技术、脱硫技术及降尘措施进行了深入探讨。 引言 我国已于2006年1月开始实施中华人民共和国可再生能源法，为生物质能等可再生能源的广泛应用提供制度和法律保证。在不少省区，生物质正在成为煤炭的有效补充和替代燃料，因为燃煤锅炉对环境的污染极大，因此生物质锅炉的应用愈加广泛，然而生物质锅炉也会有一部分废气产生，而产生的粉尘以及废气需要经过处理才可达到废气排放标准。并且而随着燃煤锅炉“超低排放”的不断推进，自身排放标准缺失的生物质往往需要面临同样的“超低”考验，生物质锅炉尾气超低排放技术研究刻不容缓，本文主要从生物质锅炉脱硝技术、脱硫技术及降尘措施三个方面展开研究。 1生物质锅炉 生物质锅炉是锅炉的一个种类，就是以生物质能源做为燃料的锅炉叫生物质锅炉，分为生物质蒸汽锅炉、生物质热水锅炉、生物质热风炉、生物质导热油炉、立式生物质锅炉、卧式生物质锅炉等。从简单意义上来说，生物质锅炉具有普通锅炉的功能，其实它是以生物质能源为燃料而进行工作的锅炉。 1.1常见生物质燃料的工业分析成分 生物质气化是利用空气中的氧气或含氧物做气化剂，在高温条件下将生物质燃料中的可燃部分转化为可燃气（主要是氢气、一氧化碳和甲烷）的热化学反应。20世纪70年代，Ghaly首次提出了将气化技术应用于生物质这种含能密度低的燃料。生物质的挥发份含量一般在76～86，生物质受热后在相对较低的温度下就能使大量的挥发份物质析出。几种常见生物质燃料的工业分析成分见表1。 1.2常见生物质锅炉选型 随着生物质锅炉在市场上的广受认可，其类型及相关型号也越来越丰富，包括快组装生物质锅炉、生物质循环流化床锅炉、生物质角管锅炉、生物质发电（电站）锅炉等，以快组装生物质锅炉、生物质发电（电站）锅炉为例，全面分析了其相关参数，具体情况如表2、表3所示。 2推广使用生物质锅炉尾气超低排放技术的必要性 2.1国家政策要求 生物质锅炉大气排放标准严格执行国家环保部门制定的锅炉大气污染物排放标准。我国现行生物质锅炉排放标准如表4所示。而生物质锅炉尽管相比煤炭锅炉污染较小，但在其燃烧过程中还会产生颗粒粉尘、二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）、酸性气体等，应采取有效措施将其排放量控制在最低。 2.2社会责任体现 生物质能源作为一种清洁的可再生能源，已经成为继石油、天然气、煤炭三大能源之后的第四大能源，越来越多的生物质锅炉取代了原有的燃煤锅炉。然而生物质锅炉燃烧产生的污染物严重影响了生态环境和人民的身心健康。生物质锅炉燃烧产生污染物主要包含颗粒粉尘、二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）、酸性气体等。（图2） 3生物质锅炉尾气超低排放技术分析 在充分了解生物质燃料的成分以及相关的参数的基础上，制定详细的生物质锅炉尾气超低排放处理方案，如此才能达到生物质锅炉尾气处理达标排放的效果。我国的生物质锅炉集中在电力、供热、冶金、造纸、建材、化工等行业，主要分布在工业和人口集中的城镇及周边人口的密集地区，以满足居民供电、采暖、工业用热水和蒸汽的需求，因此生物质锅炉尾气超低排放技术分析十分必要，下文针对生物质锅炉脱硝技术、脱硫技术及降尘措施三个方面展开了深入分析。 3.1脱硝技术 3.1.1常规脱硝技术对比（表5） 3.1.2各脱硝技术具体分析 ①SNCR流程。 优势投资费用低； 劣势脱硝效率较低；对电站锅炉控制要求高；氨的逃逸率较大。 ②SCR脱硝原理。（图4） 需要说明的是由于目前的催化剂以钒钛体系催化剂为主，而生物质锅炉高温烟气中含有大量的草木灰，其中富含碱性金属。碱性金属对对催化剂的毒腐作用明显，难以保证长期高效运行，因此，常规的SCR技术目前在生物质锅炉脱硝中无法应用。 ③低温氧化脱硝。 低温氧化脱硝的脱硝主要包括两个步骤1）一般采用臭氧作为强氧化剂，将难溶于水的NO氧化成可溶于水的NO2、N2O3、N2O5等高价态氮氧化物；2）在吸收塔内采用碱金属进行吸收，最终将NOx转化为硝酸盐达到脱除的目的。 低温氧化脱硝的效率主要由两方面决定一是氧化效率；二是吸收效率。目前，低温氧化吸收脱硝利用湿法脱硫塔作为NOx的吸收塔已经有很多成熟的应用，效率较高，稳定可靠，但投资较大，系统较复杂，运行维护成本较大。 3.2脱硫技术 3.2.1干法脱硫技术 干法是指石灰粉经过石灰消化器（LDH）消化后进入反应器，与烟气中的SO2发生化学反应，生成CaSO3和CaSO4，烟气中的SO2被脱除。干法的操作温度控制在60－110℃。（图5） 优势设备简单，占地面积小，投资和运行费用较低，操作方便，能耗低，生成物便于处置等。劣势脱硫效率低，吸收剂利用率低，磨损、结垢现象比较严重，设备维护难度较大，设备运行可靠性不高，寿命较短等。 3.2.2半干法脱硫技术 半干法是指在有液相和气相介入脱硫方法，脱硫剂一般为石灰，脱硫产物为硫酸钙及亚硫酸钙。半干法的操作温度控制在60－80℃。（图6） 优势系统简单，无废水产生；运行成本较低；劣势脱硫效率较低，对于较高含硫量烟气难以保证超低排放；负荷适应性差，烟气量及SO2浓度波动较大时脱硫效率波动很大，难以稳定达标排放；粉尘超低排放完全依赖布袋除尘器，除尘器对于粉尘超低排放的稳定性较差；配合低温氧化吸收的效率较低。 生物质燃料中硫含量比较低，因此生物质发电项目大多采用干法或半干法脱硫技术。 3.2.3湿法脱硫技术 湿法是利用石灰石、氧化钙、氧化镁、钠碱等为脱硫剂，应用吸收原理在气、液、固三相中进行脱硫的方法，脱硫产物和残液混合在一起，为稀糊状的流体。湿法脱硫的操作温度在44－55℃。 优势脱硫效率高，能够稳定达标排放；系统稳定，负荷适应性好。 劣势产生废水，需要进一步处理；系统较干法复杂。 3.2.4气液耦合脱硫技术 在吸收塔烟气入口上部设置气液耦合器，可以在小液气比的工况下实现高效脱硫除尘。（图7） 气液耦合脱硫技术技术优势一是均气效果好，避免烟气偏流及短路；二是提高传质能力，增加气液碰撞频率，提高气液传质效率，提高吸收效率；三是降温速度快。高温烟气经过双气旋气液耦合器时，烟气与浆液高强度混合碰撞使烟气迅速降温，为上层喷淋层浆液吸收二氧化硫提供最佳反应温度并扩大了有效的吸收空间；四是提高烟气停留时间。该技术使气液强制传导，使浆液与烟气接触时间增加50，碰撞频率提高两倍，浆液液滴液与烟气碰撞动能提高近一倍。 气液耦合脱硫技术技术效果一是有效降低了改造成本和运行成本，在保证脱硫效率的前提下，加装