浅淡生物质电厂烟气脱硫脱硝技术与工程应用

赵姗姗 徐臻

摘要：为电厂生物质锅炉脱硝脱硫问题，本文在介绍生物质锅炉及其烟气主要特点的基础上，对其脱硝脱硫技术与应用进行深入分析，提出不同技术方法的优势特点，以期为相关人员提供参考。

关键词：生物质锅炉；脱硫；脱硝

生物质作为继煤炭、石油和天然气之后的第四大能源，之间在电厂中得到广泛应用。生物质锅炉和传统燃煤锅炉存在很大不同，而且烟气也存在一定差异，这就给生物质锅炉的脱硝脱硫提出了更高要求，有必要对脱硝脱硫技术及其应用进行分析。

1生物质电厂锅炉烟气主要特点

采用生物质燃料的电厂，其锅炉烟气主要具有以下几方面特点：

（1）炉膛温度有很大差别，不同炉型的炉膛温度有所不同，比如中温中压炉的炉膛温度在700℃-760℃范围内，次高温次高压炉的炉膛温度在880℃-950℃范围内，高温高压炉的炉膛温度在850℃-1100℃范围内。

（2）生物质燃料的氢元素含量通常很高，这会使锅炉烟气中含有更多的水，一般可达15%-30%，但普通燃煤锅炉都在10%以内^[1]。

（3）烟尘中碱金属的质量分数相对较高，通常可以达到8%以上。

（4）氮和硫的氧化物浓度不大，但有明显的波动，采用纯生物质进行燃烧时，氧化物浓度会在100-250mg/m³范围内发生波动，而如果燃料中除生物质以外还掺杂了其它物质，如树皮与木材等，则氧化物的浓度将在250-600mg/m³范围内发生波动，某些情况下的瞬时浓度甚至可以达到1000mg/m³及以上。

2脱硫脱硝技术与应用

2.1脱硝

2.1.1低氮燃烧

该技术的原理为控制燃烧，通过对空气中氧元素含量进行的调节起到减少氮氧化物的作用，采用该技术时，需要使锅炉燃烧处在稳定状态，否则会对改造效果造成影响，或导致燃烧不稳定。对电厂的生物质锅炉而言，以烟气再循环比较常用。对于烟气再循环，它主要有以下两种流程：第一种为烟气直接到达一次风机的入口处，采用该方案无需对一次风机进行改动，同时也无需使用抽风机，能节省大量的电能，使氮氧化物浓度降低20%-40%；第二种为烟气直接到达一、二次风室。采用该方案时，需降低一次风机的负荷，并配置高温抽风机，其风压应和一次风机相匹配。可见，该方法不仅会增加能耗，而且改造复杂，但能更好的降低氮氧化物浓度，一般能降低25%-50%^[2]。

2.1.2SNCR

该技术的原理为选择性非催化还原，在出口处烟气温度在800℃-1100℃范围内的锅炉中较为适用，如果温度较低，则会影响脱硝效率，而且氨气和烟气之间的混合效果也会影响到脱硝效率，当混合不充分时，要想达到最佳脱硝效率，不得不增加实际的运行费用，并且尾气中可能含有氨气，导致烟气污染物超标。此外，对于生物质锅炉，其烟气中可能含有大量的三氧化硫，这对温度在280℃以下的低温区设备而言，可能造成腐蚀与堵塞。该技术的脱硝效率当然还会受到烟气中氮氧化物原始浓度的影响，但一般情况下采用该技术都能降低20%-50%的浓度^[3]。

2.1.3臭氧氧化

若能采用氧化剂对氮氧化物进行氧化，则能使氮氧化物转化成无害的硝酸及硝酸盐，目前比较常用的可氧化氮氧化物的氧化剂包括羟基自由基、臭氧、双氧水等。其中，臭氧因反应速率快，氧化率高，而且反应稳定，所以在工业领域应用较多。采用臭氧的氧化作用进行脱硝时，建议将温度控制在50℃-180℃范围内，由于对二氧化硫的浓度没有任何要求，所以可以将其安装在低温段，将氮氧化物氧化生成硝酸及硝酸盐后，利用碱性物质进行吸收。

2.2脱硫

根据以往的经验，生物质锅炉产生的烟气，二氧化硫浓度并不高，可采用以下几种方法脱除：炉内喷钙、炉外循环流化床喷钙、炉外湿法。由于这些方法都能达到排放要求，所以成本控制就成为关键因素。因湿法脱硫的很多方法都具有运行成本低的优势，尤其是氨法还能制备硫酸铵化肥，所以得到了较多的应用^[4]。

2.3脱硫脱硝一体化

（1）湿式脱硫脱硝。该方法采用臭氧脱硝，采用湿法脱硫（以氨水为吸收剂），通过对污染物的吸收和氧化生成铵盐，可作为农业肥料使用，工艺流程如图1所示。

图1 湿式脱硫脱硝

（2）半干法脱硫脱硝。该方法采用臭氧脱硝，采用干法脱硫（外循环流化床喷钙），通过对污染物的吸收和氧化生成钙盐，由布袋除尘器收集，工艺流程如图2所示。

图2 半干法脱硫脱硝

2.4方案综合对比

2.4.1脱硝

（1）低氮燃烧：脱销效率在20%-50%范围内，低效率条件下的运行费用低，无副产物与附加值，一次性投资低。

（2）SNCR：脱销效率在20%-60%范围内，低效率条件下的运行费用中等，无副产物与附加值，一次性投资中等。

（3）臭氧氧化：脱销效率超过90%，低、高效率条件下的运行费用均高，以硝酸盐为主要副产物，一次性投资高。

2.4.2脱硫

（1）炉内喷钙：脱硫效率在75%以内，低效率条件下的运行费用低，但高效率条件下的运行费用高，以亚盐废液为主要副产物，一次性投资低。

（2）炉外喷钙：脱硫效率在85%以内，低效率条件下的运行费用低，高效率条件下的运行费用中等，以亚盐废液为主要副产物，一次性投资低。

（3）双碱法：脱硫效率可达99%以上，低、高效率条件下的运行费用均为中等，以石膏为主要副产物，一次性投资高^[5]。

（4）氨法：脱硫效率可达99%以上，低、高效率条件下的运行费用均为中等，以硫酸铵化肥为主要副产物，有良好附加值，一次性投资高。

（5）镁法：脱硫效率可达99%以上，低、高效率条件下的运行费用均为中等，以硫酸镁粗盐为主要副产物，一次性投资高，

通过以上综合对比可知，低氮燃烧脱硝、SNCR脱硝与炉内和炉外喷钙脱硫在烟气排放要求相对较低的情况下可以使用，而臭氧氧化脱硝、双碱法脱硫、氨法脱硫及镁法脱硫几乎可以在任何情况中使用，但想要较高的脱除率就意味着更高的一次性投资和运行费用，在实际情况中还需要通过综合考量来选择最适合的方法，找到脱除率和经济性的平衡点。

3结论

（1）相较于传统的燃煤锅炉，采用生物质燃料的锅炉，具有炉膛温度存在较大差异、烟气中水的含量较高、烟尘中碱金属的含量较高、氮和硫的氧化物设计浓度不高但有一定波动等特点，这些都会给脱硝脱硫具体方法的选择带来影响。

（2）在烟气中污染物实际排放浓度要求相对较低的地区，低氮燃烧脱硝、SNCR脱硝与炉内和炉外喷钙脱硫较为适用；而在对污染物实际排放浓度有较高要求的地区中，脱硝以多种脱硝方法相组合的形式为宜，脱硫则以湿法脱硫为宜。

（3）在条件允许的情况下，建议采用湿式脱硫脱硝或半干法脱硫脱硝等一体化技术。

参考文献：

[1]殷国庆,谷志国.低碳经济环境下的燃煤电厂脱硫脱硝除尘技术[J].现代工业经济和信息化,2017,7(07):37-38.

[2]苗博,吴东垠,牛国栋.某燃煤电厂烟气协同净化技术集成和运行效果分析[J].沈阳工程学院学报(自然科学版),2017,13(01):20-25.

[3]吴磊,蒋莉.电厂烟气脱硫脱硝监测工作及其氨逃逸量检测研究[J].现代工业经济和信息化,2016,6(23):30-31.

[4]孙冠中,董艳艳,黄奎,李薇.脱硫脱硝一体化工艺和AHP在工艺综合评价中的应用[J].科技通报,2016,32(05):197-201+206.

[5]陈伟华,任先文,王保健,杨睿戆,涂国锋,李小金,任志凌,徐建,赵君科.脉冲放电等离子体烟气脱硫脱硝工业试验研究[J].环境污染治理技术与设备,2006(09):21-26.

作者简介：赵姗姗，1989年4月28日出生，男，汉族，籍贯：山东滕州，学历：大学本科，职称：助理工程师，研究方向：生物质电厂；第二作者简介：徐臻，1987年2月20日出生，女，汉族，籍贯：山东成武，学历：大学本科，职称：助理工程师，研究方向：人力资源管理。