生物質(zhì)鍋爐尾氣超低排放技術(shù)

生物質(zhì)鍋爐尾氣超低排放技術(shù)摘要：隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們的觀念等都發(fā)生了巨大的變化，保護環(huán)境、節(jié)約資源已經(jīng)成為當前人們的共識。這種意識已經(jīng)充分滲透于我國社會生活的方方面面。為了進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，對生物質(zhì)鍋爐脫硝技術(shù)、脫硫技術(shù)及降塵措施進行了深入探討。引言我國已于2006年1月開始實施《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充和替代燃料，因為燃煤鍋爐對環(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)過處理才可達到廢氣排放標準。并且而隨著燃煤鍋爐“超低排放”的不斷推進，自身排放標準缺失的生物質(zhì)往往需要面臨同樣的“超低”考驗，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)熱風爐、生物質(zhì)導熱油爐、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，其實它是以生物質(zhì)能源為燃料而進行工作的鍋爐。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)化為可燃氣（主要是氫氣、一氧化碳和甲烷）的熱化學反應(yīng)。20世紀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可，其類型及相關(guān)型號也越來越豐富，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)鍋爐大氣排放標準嚴格執(zhí)行國家環(huán)保部門制定的《鍋爐大氣污染物排放標準》。我國現(xiàn)行生物質(zhì)鍋爐排放標準如表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社會責任體現(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，制定詳細的生物質(zhì)鍋爐尾氣超低排放處理方案，如此才能達到生物質(zhì)鍋爐尾氣處理達標排放的效果。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，下文針對生物質(zhì)鍋爐脫硝技術(shù)、脫硫技術(shù)及降塵措施三個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：投資費用低；劣勢：脫硝效率較低；對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)鍋爐高溫煙氣中含有大量的草木灰，其中富含堿性金屬。堿性金屬對對催化劑的毒腐作用明顯，難以保證長期高效運行，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步驟：1）一般采用臭氧作為強氧化劑，將難溶于水的NO氧化成可溶于水的NO2、N2O3、N2O5等高價態(tài)氮氧化物；2）在吸收塔內(nèi)采用堿金屬進行吸收，最終將NOx轉(zhuǎn)化為硝酸鹽達到脫除的目的。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，運行維護成本較大。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）消化后進入反應(yīng)器，與煙氣中的SO2發(fā)生化學反應(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，投資和運行費用較低，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)象比較嚴重，設(shè)備維護難度較大，設(shè)備運行可靠性不高，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；運行成本較低；劣勢：脫硫效率較低，對于較高含硫量煙氣難以保證超低排放；負荷適應(yīng)性差，煙氣量及SO2濃度波動較大時脫硫效率波動很大，難以穩(wěn)定達標排放；粉塵超低排放完全依賴布袋除塵器，除塵器對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)定達標排放；系統(tǒng)穩(wěn)定，負荷適應(yīng)性好。劣勢：產(chǎn)生廢水，需要進一步處理；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。高溫煙氣經(jīng)過雙氣旋氣液耦合器時，煙氣與漿液高強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)溫度并擴大了有效的吸收空間；四是提高煙氣停留時間。該技術(shù)使氣液強制傳導，使?jié){液與煙氣接觸時間增加50%，碰撞頻率提高兩倍，漿液液滴液與煙氣碰撞動能提高近一倍。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，同時低運行成本。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，其除塵效率明顯提高，這是因為雙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，同時還不會產(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)運行的脫硫裝置，可實現(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吸收系統(tǒng)運行更加穩(wěn)定可靠，其運行調(diào)整極為簡單。同時，氣液耦合塔檢修維護方便，裝置使用壽命長，系統(tǒng)檢修維護量低，運行安全穩(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)、樓梯平臺以及防雨棚等部分組成。其工作原理是：當鍋爐出口含塵煙氣從進風口進入收塵器后，氣流經(jīng)進氣閥進入收塵室，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，凈化后的氣體進入袋室上部的凈氣室，經(jīng)提升閥匯集到出風管排出。當濾袋外部的粉塵聚集到一定厚度，脈沖閥動作（由清灰程序控制儀控制），一股壓縮空氣流進入噴吹管，并由一組噴孔噴出，高速氣流帶動周圍空氣經(jīng)噴孔分別噴入各個濾袋內(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)下料器進入輸送設(shè)備。布袋除塵技術(shù)優(yōu)點：除塵效率高、粉塵處理簡單、運用靈敏、布局簡單。布袋除塵技術(shù)缺點：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，當含有大量霧滴的凈煙氣進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，從而使得凈煙氣中的細小霧滴、細微粉塵顆粒等微小顆粒物互相碰撞團聚凝聚成大霧滴，同時，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動，最終與氣旋筒壁碰撞，被氣旋筒壁液膜捕獲吸收，實現(xiàn)高