生物質(zhì)鍋爐尾氣超低排放技術(shù)

喻兵

摘要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的觀念等都發(fā)生了巨大的變化，保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源已經(jīng)成為當(dāng)前人們的共識(shí)。這種意識(shí)已經(jīng)充分滲透于我國社會(huì)生活的方方面面。為了進(jìn)一步減少鍋爐使用過程中產(chǎn)生的污染，生物質(zhì)鍋爐得以出現(xiàn)。本文介紹了生物質(zhì)鍋爐的含義及其生產(chǎn)排污情況，分析了生物質(zhì)鍋爐尾氣超低排放技術(shù)的必要性，對(duì)生物質(zhì)鍋爐脫硝技術(shù)、脫硫技術(shù)及降塵措施進(jìn)行了深入探討。

Abstract： With the development of social economy， people's concepts have undergone tremendous changes. Protecting environment and conserving resources have become the consensus of the people. This awareness has been fully penetrated into all aspects of our social life. In order to further reduce the pollution generated during the use of the boiler， biomass boilers have emerged. This paper introduces the meaning of biomass boiler and its production and sewage discharge， analyzes the necessity of ultra-low emission technology of biomass boiler exhaust gas， and deeply discusses the denitration technology， desulfurization technology and dust reduction measures of biomass boiler.

關(guān)鍵詞：生物質(zhì)鍋爐;尾氣;超低排放技術(shù)

Key words： biomass boiler;tail gas;ultra-low emission technology

中圖分類號(hào)：TK229.92 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2019）10-0105-04

0 ?引言

我國已于2006年1月開始實(shí)施《中華人民共和國可再生能源法》，為生物質(zhì)能等可再生能源的廣泛應(yīng)用提供制度和法律保證。在不少省區(qū)，生物質(zhì)正在成為煤炭的有效補(bǔ)充和替代燃料，因?yàn)槿济哄仩t對(duì)環(huán)境的污染極大，因此生物質(zhì)鍋爐的應(yīng)用愈加廣泛，然而生物質(zhì)鍋爐也會(huì)有一部分廢氣產(chǎn)生，而產(chǎn)生的粉塵以及廢氣需要經(jīng)過處理才可達(dá)到廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)。并且而隨著燃煤鍋爐“超低排放”的不斷推進(jìn)，自身排放標(biāo)準(zhǔn)缺失的生物質(zhì)往往需要面臨同樣的“超低”考驗(yàn)，生物質(zhì)鍋爐尾氣超低排放技術(shù)研究刻不容緩，本文主要從生物質(zhì)鍋爐脫硝技術(shù)、脫硫技術(shù)及降塵措施三個(gè)方面展開研究。

1 ?生物質(zhì)鍋爐

生物質(zhì)鍋爐是鍋爐的一個(gè)種類，就是以生物質(zhì)能源做為燃料的鍋爐叫生物質(zhì)鍋爐，分為生物質(zhì)蒸汽鍋爐、生物質(zhì)熱水鍋爐、生物質(zhì)熱風(fēng)爐、生物質(zhì)導(dǎo)熱油爐、立式生物質(zhì)鍋爐、臥式生物質(zhì)鍋爐等。從簡單意義上來說，生物質(zhì)鍋爐具有普通鍋爐的功能，其實(shí)它是以生物質(zhì)能源為燃料而進(jìn)行工作的鍋爐。

1.1 常見生物質(zhì)燃料的工業(yè)分析成分

生物質(zhì)氣化是利用空氣中的氧氣或含氧物做氣化劑，在高溫條件下將生物質(zhì)燃料中的可燃部分轉(zhuǎn)化為可燃?xì)猓ㄖ饕菤錃狻⒁谎趸己图淄椋┑臒峄瘜W(xué)反應(yīng)。20世紀(jì)70年代，Ghaly首次提出了將氣化技術(shù)應(yīng)用于生物質(zhì)這種含能密度低的燃料。生物質(zhì)的揮發(fā)份含量一般在76～86%，生物質(zhì)受熱后在相對(duì)較低的溫度下就能使大量的揮發(fā)份物質(zhì)析出。幾種常見生物質(zhì)燃料的工業(yè)分析成分見表1。

1.2 常見生物質(zhì)鍋爐選型

隨著生物質(zhì)鍋爐在市場上的廣受認(rèn)可，其類型及相關(guān)型號(hào)也越來越豐富，包括快組裝生物質(zhì)鍋爐、生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐、生物質(zhì)角管鍋爐、生物質(zhì)發(fā)電（電站）鍋爐等，以快組裝生物質(zhì)鍋爐、生物質(zhì)發(fā)電（電站）鍋爐為例，全面分析了其相關(guān)參數(shù)，具體情況如表2、表3所示。

2 ?推廣使用生物質(zhì)鍋爐尾氣超低排放技術(shù)的必要性

2.1 國家政策要求

生物質(zhì)鍋爐大氣排放標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格執(zhí)行國家環(huán)保部門制定的《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》。我國現(xiàn)行生物質(zhì)鍋爐排放標(biāo)準(zhǔn)如表4所示。而生物質(zhì)鍋爐盡管相比煤炭鍋爐污染較小，但在其燃燒過程中還會(huì)產(chǎn)生顆粒粉塵、二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）、酸性氣體等，應(yīng)采取有效措施將其排放量控制在最低。

2.2 社會(huì)責(zé)任體現(xiàn)

生物質(zhì)能源作為一種清潔的可再生能源，已經(jīng)成為繼石油、天然氣、煤炭三大能源之后的第四大能源，越來越多的生物質(zhì)鍋爐取代了原有的燃煤鍋爐。然而生物質(zhì)鍋爐燃燒產(chǎn)生的污染物嚴(yán)重影響了生態(tài)環(huán)境和人民的身心健康。生物質(zhì)鍋爐燃燒產(chǎn)生污染物主要包含：顆粒粉塵、二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOX）、酸性氣體等。（圖2）

3 ?生物質(zhì)鍋爐尾氣超低排放技術(shù)分析

在充分了解生物質(zhì)燃料的成分以及相關(guān)的參數(shù)的基礎(chǔ)上，制定詳細(xì)的生物質(zhì)鍋爐尾氣超低排放處理方案，如此才能達(dá)到生物質(zhì)鍋爐尾氣處理達(dá)標(biāo)排放的效果。我國的生物質(zhì)鍋爐集中在電力、供熱、冶金、造紙、建材、化工等行業(yè)，主要分布在工業(yè)和人口集中的城鎮(zhèn)及周邊人口的密集地區(qū)，以滿足居民供電、采暖、工業(yè)用熱水和蒸汽的需求，因此生物質(zhì)鍋爐尾氣超低排放技術(shù)分析十分必要，下文針對(duì)生物質(zhì)鍋爐脫硝技術(shù)、脫硫技術(shù)及降塵措施三個(gè)方面展開了深入分析。

3.1 脫硝技術(shù)

3.1.1 常規(guī)脫硝技術(shù)對(duì)比（表5）

3.1.2 各脫硝技術(shù)具體分析

①SNCR流程。

優(yōu)勢：投資費(fèi)用低;

劣勢：脫硝效率較低;對(duì)電站鍋爐控制要求高;氨的逃逸率較大。

②SCR脫硝原理。（圖4）

需要說明的是由于目前的催化劑以釩鈦體系催化劑為主，而生物質(zhì)鍋爐高溫?zé)煔庵泻写罅康牟菽净?，其中富含堿性金屬。堿性金屬對(duì)對(duì)催化劑的毒腐作用明顯，難以保證長期高效運(yùn)行，因此，常規(guī)的SCR技術(shù)目前在生物質(zhì)鍋爐脫硝中無法應(yīng)用。

③低溫氧化脫硝。

低溫氧化脫硝的脫硝主要包括兩個(gè)步驟：1）一般采用臭氧作為強(qiáng)氧化劑，將難溶于水的NO氧化成可溶于水的NO2、N2O3、N2O5等高價(jià)態(tài)氮氧化物;2）在吸收塔內(nèi)采用堿金屬進(jìn)行吸收，最終將NOX轉(zhuǎn)化為硝酸鹽達(dá)到脫除的目的。

低溫氧化脫硝的效率主要由兩方面決定：一是氧化效率;二是吸收效率。目前，低溫氧化吸收脫硝利用濕法脫硫塔作為NOX的吸收塔已經(jīng)有很多成熟的應(yīng)用，效率較高，穩(wěn)定可靠，但投資較大，系統(tǒng)較復(fù)雜，運(yùn)行維護(hù)成本較大。

3.2 脫硫技術(shù)

3.2.1 干法脫硫技術(shù)

干法是指石灰粉經(jīng)過石灰消化器（LDH）消化后進(jìn)入反應(yīng)器，與煙氣中的SO2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成CaSO3和 CaSO4，煙氣中的SO2被脫除。干法的操作溫度控制在60-110℃。（圖5）

優(yōu)勢：設(shè)備簡單，占地面積小，投資和運(yùn)行費(fèi)用較低，操作方便，能耗低，生成物便于處置等。

劣勢：脫硫效率低，吸收劑利用率低，磨損、結(jié)垢現(xiàn)象比較嚴(yán)重，設(shè)備維護(hù)難度較大，設(shè)備運(yùn)行可靠性不高，壽命較短等。

3.2.2 半干法脫硫技術(shù)

半干法是指在有液相和氣相介入脫硫方法，脫硫劑一般為石灰，脫硫產(chǎn)物為硫酸鈣及亞硫酸鈣。半干法的操作溫度控制在60-80℃。（圖6）

優(yōu)勢：系統(tǒng)簡單，無廢水產(chǎn)生;運(yùn)行成本較低;

劣勢：脫硫效率較低，對(duì)于較高含硫量煙氣難以保證超低排放;負(fù)荷適應(yīng)性差，煙氣量及SO2濃度波動(dòng)較大時(shí)脫硫效率波動(dòng)很大，難以穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放;粉塵超低排放完全依賴布袋除塵器，除塵器對(duì)于粉塵超低排放的穩(wěn)定性較差;配合低溫氧化吸收的效率較低。

生物質(zhì)燃料中硫含量比較低，因此生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目大多采用干法或半干法脫硫技術(shù)。

3.2.3 濕法脫硫技術(shù)

濕法是利用石灰石、氧化鈣、氧化鎂、鈉堿等為脫硫劑，應(yīng)用吸收原理在氣、液、固三相中進(jìn)行脫硫的方法，脫硫產(chǎn)物和殘液混合在一起，為稀糊狀的流體。濕法脫硫的操作溫度在44-55℃。

優(yōu)勢：脫硫效率高，能夠穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放;系統(tǒng)穩(wěn)定，負(fù)荷適應(yīng)性好。

劣勢：產(chǎn)生廢水，需要進(jìn)一步處理;系統(tǒng)較干法復(fù)雜。

3.2.4 氣液耦合脫硫技術(shù)

在吸收塔煙氣入口上部設(shè)置氣液耦合器，可以在小液氣比的工況下實(shí)現(xiàn)高效脫硫除塵。（圖7）

氣液耦合脫硫技術(shù)——技術(shù)優(yōu)勢：一是均氣效果好，避免煙氣偏流及短路;二是提高傳質(zhì)能力，增加氣液碰撞頻率，提高氣液傳質(zhì)效率，提高吸收效率;三是降溫速度快。高溫?zé)煔饨?jīng)過雙氣旋氣液耦合器時(shí)，煙氣與漿液高強(qiáng)度混合碰撞使煙氣迅速降溫，為上層噴淋層漿液吸收二氧化硫提供最佳反應(yīng)溫度并擴(kuò)大了有效的吸收空間;四是提高煙氣停留時(shí)間。該技術(shù)使氣液強(qiáng)制傳導(dǎo)，使?jié){液與煙氣接觸時(shí)間增加50%，碰撞頻率提高兩倍，漿液液滴液與煙氣碰撞動(dòng)能提高近一倍。

氣液耦合脫硫技術(shù)——技術(shù)效果：一是有效降低了改造成本和運(yùn)行成本，在保證脫硫效率的前提下，加裝雙氣旋脫硫增效氣液耦合器可有效降低液氣比，減少噴淋層加裝量，可使改造投入降低，同時(shí)低運(yùn)行成本。在同等條件下，氣液耦合塔與空塔噴淋選取液氣比低約20%～40%，脫硫綜合廠用電率比空塔噴淋低20%;二是在吸收塔內(nèi)加裝雙氣旋脫硫增效氣液耦合器提高高脫硫效率同時(shí)，其除塵效率明顯提高，這是因?yàn)殡p氣旋脫硫增效氣液耦合器可使?jié){液液滴與煙氣充分混合碰撞，同時(shí)還不會(huì)產(chǎn)生液滴二次破碎霧化產(chǎn)生的氣液夾帶造成漿液二次污染問題。目前為止，采用該技術(shù)運(yùn)行的脫硫裝置，可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定脫硫效率99%以上，除塵效率超過80%;三是加裝雙氣旋脫硫增效氣液耦合器后，由于有效解決了煙氣偏流和煙氣降溫使得整個(gè)吸收系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定可靠，其運(yùn)行調(diào)整極為簡單。同時(shí)，氣液耦合塔檢修維護(hù)方便，裝置使用壽命長，系統(tǒng)檢修維護(hù)量低，運(yùn)行安全穩(wěn)定。

3.3 降塵措施

3.3.1 布袋除塵技術(shù)

布袋除塵器結(jié)構(gòu)由：布袋除塵器由殼體、凈氣室、閥箱、灰斗、過濾裝置、噴吹和壓縮空氣管路系統(tǒng)、樓梯平臺(tái)以及防雨棚等部分組成。

其工作原理是：當(dāng)鍋爐出口含塵煙氣從進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入收塵器后，氣流經(jīng)進(jìn)氣閥進(jìn)入收塵室，在隔柵板的作用下，由于慣性作用，氣流中的粗顆粒粉塵直接落入灰斗，起到預(yù)收塵的作用。然后氣流向上通過內(nèi)部裝有金屬骨架的濾袋，粉塵被捕集在濾袋的外表面，凈化后的氣體進(jìn)入袋室上部的凈氣室，經(jīng)提升閥匯集到出風(fēng)管排出。當(dāng)濾袋外部的粉塵聚集到一定厚度，脈沖閥動(dòng)作（由清灰程序控制儀控制），一股壓縮空氣流進(jìn)入噴吹管，并由一組噴孔噴出，高速氣流帶動(dòng)周圍空氣經(jīng)噴孔分別噴入各個(gè)濾袋內(nèi)，使捕集在濾袋外壁上的粉塵脫落，脫落的粉塵沉降到灰斗經(jīng)下料器進(jìn)入輸送設(shè)備。

布袋除塵技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：除塵效率高、粉塵處理簡單、運(yùn)用靈敏、布局簡單。

布袋除塵技術(shù)缺點(diǎn)：耐高溫性能差，煙氣含水適應(yīng)性差，檢修困難，濾袋（1-3年）需更換，運(yùn)維成本較高。

3.3.2 管束式除霧器技術(shù)

氣旋除塵除霧器是由4級(jí)氣旋串聯(lián)組合而成。

其工作原理是：經(jīng)過濕法脫硫的凈煙氣其含有大量的霧滴，霧滴是由濕法噴淋過程產(chǎn)生，霧滴構(gòu)成是漿液液滴、凝結(jié)水液滴和粉塵顆粒，當(dāng)含有大量霧滴的凈煙氣進(jìn)入氣旋除塵除霧器后，氣旋除塵除霧器筒內(nèi)加設(shè)的氣旋板使含霧滴的凈煙氣在氣旋筒內(nèi)旋轉(zhuǎn)起來，在氣旋器上方形成氣液兩相的劇烈旋轉(zhuǎn)及擾動(dòng)，從而使得凈煙氣中的細(xì)小霧滴、細(xì)微粉塵顆粒等微小顆粒物互相碰撞團(tuán)聚凝聚成大霧滴，同時(shí)，旋轉(zhuǎn)凈煙氣再在離心力的作用下，使得凈煙氣中的霧液滴向桶壁運(yùn)動(dòng)，最終與氣旋筒壁碰撞，被氣旋筒壁液膜捕獲吸收，實(shí)現(xiàn)高效除霧除塵。

氣旋除塵除霧器優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)阻力小，投資小，系統(tǒng)簡潔、運(yùn)維簡單。

氣旋除塵除霧器缺點(diǎn)：除塵效率較低，除霧器葉片積漿導(dǎo)致效率降低，用水量大，運(yùn)行維護(hù)量大。

4 ?結(jié)語

生物質(zhì)鍋爐的使用會(huì)給我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶來較大的好處，相關(guān)人員應(yīng)該從自己工作的實(shí)際情況出發(fā)，針對(duì)生物質(zhì)鍋爐脫硝技術(shù)、脫硫技術(shù)及降塵措施三個(gè)方面，加快技術(shù)研發(fā)和設(shè)備升級(jí)工作，制定合理的技術(shù)方案，保證生物質(zhì)鍋爐的排放滿足國家環(huán)保政策要求。

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