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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》,為生物質能等可再生能源的廣泛應用提供制度和法律保證。在不少省區,生物質正在成為煤炭的有效補充和替代燃料,因為燃煤鍋爐對環境的污染極大,因此生物質鍋爐的應用愈加廣泛,然而生物質鍋爐也會有一部分廢氣產生,而產生的粉塵以及廢氣需要經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往往需要面臨同樣的“超低”考驗,生物質鍋爐尾氣超低排放技術研究刻不容緩,本文主要從生物質鍋爐脫硝技術、脫硫技術及降塵措施三個方面展開研究。
1 生物質鍋爐
生物質鍋爐是鍋爐的一個種類,就是以生物質能源做為燃料的鍋爐叫生物質鍋爐,分為生物質蒸汽鍋爐、生物質熱水鍋爐、生物質熱風爐、生物質導熱油爐、立式生物質鍋爐、臥式生物質鍋爐等。從簡單意義上來說,生物質鍋爐具有普通鍋爐的功能,其實它是以生物質能源為燃料而進行工作的鍋爐。
1.1 常見生物質燃料的工業分析成分
生物質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燃料中的可燃部分轉化為可燃氣(主要是氫氣、一氧化碳和甲烷)的熱化學反應。20世紀70 年代,Ghaly 首次提出了將氣化技術應用于生物質這種含能密度低的燃料。生物質的揮發份含量一般在76~86%,生物質受熱后在相對較低的溫度下就能使大量的揮發份物質析出。幾種常見生物質燃料的工業分析1。
1.2 常見生物質鍋爐選型
隨著生物質鍋爐在市場上的廣受認可,其類型及相關型號也越來越豐富,包括快組裝生物質鍋爐、生物質循環流化床鍋爐、生物質角管鍋爐、生物質發電(電站)鍋爐等,以快組裝生物質鍋爐、生物質發電(電站)鍋爐為例,全面分析了其相關參數,具體情況如表2、表3 所示。
2 推廣使用生物質鍋爐尾氣超低排放技術的必要性
2.1 國家政策要求
生物質鍋爐大氣排放標準嚴格執行國家環保部門制定的《鍋爐大氣污染物排放標準》。我國現行生物質鍋爐排放標準如表4 所示。而生物質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生顆粒粉塵、二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)、酸性氣體等,應采取有效措施將其排放量控制在最低。
2.2 社會責任體現
生物質能源作為一種清潔的可再生能源,已經成為繼石油、天然氣、煤炭三大能源之后的第四大能源,越來越多的生物質鍋爐取代了原有的燃煤鍋爐。然而生物質鍋爐燃燒產生的污染物嚴重影響了生態環境和人民的身心健康。生物質鍋爐燃燒產生污染物主要包含:顆粒粉塵、二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOX)、酸性氣體等。(圖2)
3 生物質鍋爐尾氣超低排放技術分析
在充分了解生物質燃料的成分以及相關的參數的基礎上,制定詳細的生物質鍋爐尾氣超低排放處理方案,如此才能達到生物質鍋爐尾氣處理達標排放的效果。我國的生物質鍋爐集中在電力、供熱、冶金、造紙、建材、化工等行業,主要分布在工業和人口集中的城鎮及周邊人口的密集地區,以滿足居民供電、采暖、工業用熱水和蒸汽的需求,因此生物質鍋爐尾氣超低排放技術分析十分必要,下文針對生物質鍋爐脫硝技術、脫硫技術及降塵措施三個方面展開了深入分析。
3.1 脫硝技術
3.1.1 常規脫硝技術對比
3.1.2 各脫硝技術具體分析
①SNCR 流程。
優勢: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。
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,常規的SCR 技術目前在生物質鍋爐脫硝中無法應用。
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 等高價態氮氧化物;2) 在吸收塔內采用堿金屬進行吸收,最終將NOX 轉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 的吸收塔已經有很多成熟的應用,效率較高,穩定可靠,但投資較大,系統較復雜,運行維護成本較大。