蔗渣鍋爐煙氣雙達(dá)標(biāo)治理的實(shí)踐

寧方堯，梁 勇，謝紹銳，周日金，黃文略，楊才譽(yù)，羅志祥

（1.廣西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530001；2.廣西合浦湘桂糖業(yè)有限公司，廣西 北海 536129；3.廣西來(lái)賓湘桂糖業(yè)有限責(zé)任公司，廣西 來(lái)賓 546100）

1 前言

目前糖廠污水經(jīng)過(guò)好氧處理已經(jīng)實(shí)現(xiàn)循環(huán)回用后再達(dá)標(biāo)排放，糖廠的環(huán)保焦點(diǎn)已經(jīng)從水轉(zhuǎn)移到了鍋爐煙氣達(dá)標(biāo)排放的問(wèn)題上。由于當(dāng)前蔗渣鍋爐的運(yùn)行仍停留在傳統(tǒng)的燃燒理論指導(dǎo)下運(yùn)行，依然延用傳統(tǒng)的大風(fēng)量燃燒操作，除塵設(shè)施均是以水膜除塵為主，少量鍋爐使用了布袋除塵和靜電除塵，沒(méi)有配置脫氮系統(tǒng)。對(duì)于擬實(shí)行的新的煙塵氮氧化物排放標(biāo)準(zhǔn)，《火力發(fā)電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2011），煙塵濃度小于30mg/m3，氮氧化物小于100mg/m3，絕大部分糖廠都不能達(dá)到排放的要求，因此如何使蔗渣鍋爐煙氣實(shí)現(xiàn)環(huán)保雙達(dá)標(biāo)排放，成為各糖廠面臨的一個(gè)重大環(huán)保問(wèn)題。

2 蔗渣燃料

2.1 特性

蔗渣作為生物質(zhì)燃料，本身的氮元素含量較低，蔗渣燃燒時(shí)產(chǎn)生的氮氧化物主要來(lái)源和礦物燃料燃燒時(shí)排放氮氧化物來(lái)源有所不同。蔗渣燃燒時(shí)產(chǎn)生的氮氧化物主要來(lái)源于蔗渣本身的氮元素，蔗渣燃料中大約70%以上的氮元素在燃燒過(guò)程中最后會(huì)轉(zhuǎn)化為氮氧化物。盡管蔗渣燃料里的氮元素較低，但蔗渣燃燒的排放所造成的環(huán)境污染亦不容忽視。

在2015年召開的糖廠節(jié)能減排技術(shù)研討會(huì)上，提出了煙氣前置的治理理念。在先天低氮基礎(chǔ)上，探討了蔗渣低氮燃燒的技術(shù)路線、低氮燃燒管理、煙氣回收再利用，煙氣環(huán)保雙達(dá)標(biāo)排放的可行性；指明了今后蔗渣鍋爐節(jié)能減排改造的發(fā)展方向，為實(shí)現(xiàn)蔗渣鍋爐煙氣環(huán)保雙達(dá)標(biāo)排放具有現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義。

2.2 蔗渣燃燒氮氧化物生成機(jī)理

蔗渣燃燒產(chǎn)生的氮氧化物主要是由蔗渣中的氮元素在高溫中氧化生成的。其中有可能有少量的氮氧化物是由空氣中的氮元素形成，但是這部分的生成量極少。氮氧化物的生成過(guò)程主要分為燃料型氮氧化物、熱力型氮氧化物和快速型氮氧化物。蔗渣燃燒產(chǎn)生的氮氧化物主要是來(lái)源于燃料型氮氧化物，燃料型氮氧化物是指燃料中所含的氮物質(zhì)在高溫燃燒過(guò)程中首先進(jìn)行分解，再與氧形成氮氧化物。影響蔗渣鍋爐燃料型氮氧化物的因素主要有溫度、過(guò)量空氣系數(shù)、蔗渣氮元素含量等。

另外蔗渣燃燒產(chǎn)生的氮氧化物少量來(lái)源于快速型和熱力型氮氧化物，熱力型氮氧化物是指燃燒所需空氣中的氮?dú)猓诟邷丨h(huán)境下被氧化而成的氮氧化物。此類氮氧化物在小于1000℃時(shí)的燃燒環(huán)境時(shí)生成量很少，當(dāng)燃燒環(huán)境大于1500℃時(shí)，其反應(yīng)速率就隨著溫度增加而相應(yīng)增大，每增加100℃，反應(yīng)速率即增大6～7倍。蔗渣鍋爐的爐膛溫度一般在1000℃以下，因此蔗渣鍋爐的熱力型氮氧化物生成量較少，這也就是說(shuō)蔗渣鍋爐的燃燒條件本身就具有先天的蔗渣低氮燃燒條件。

2.3 蔗渣燃燒氮氧化物的控制技術(shù)

蔗渣燃燒氮氧化物的控制技術(shù)主要分為燃燒后煙氣脫硝技術(shù)和低氮燃燒技術(shù)，僅介紹蔗渣的低氮燃燒技術(shù)，低氮燃燒技術(shù)主要包括燃料直接再燃、煙氣回用、低氧燃燒、燃料分級(jí)燃燒、空氣分級(jí)燃燒等高級(jí)燃燒技術(shù)?；谡嵩奶匦院吞菑S的實(shí)際情況，主要在煙氣回用、低氧燃燒這二方面進(jìn)行低氮燃燒實(shí)踐。

煙氣回用技術(shù)是將一部分低溫的煙氣（一次風(fēng)或二次風(fēng)）直接或與空氣混合后送入爐內(nèi)，煙氣會(huì)降低爐內(nèi)的溫度、氧氣的濃度及燃料燃燒速度，從而減少熱力型氮氧化物的產(chǎn)生。經(jīng)過(guò)蔗渣鍋爐實(shí)踐運(yùn)行表明，煙氣回用循環(huán)率在15%～20%時(shí)，鍋爐的氮氧化物排放濃度可以降低約25%，但不宜采用更高的煙氣回用循環(huán)率。煙氣回用過(guò)多將使得蔗渣燃燒不穩(wěn)定，而且氧氣量不足將導(dǎo)致蔗渣不能完全燃燒，導(dǎo)致熱損失的增加。

低氧燃燒技術(shù)是將燃料控制在較低的過(guò)量空氣系數(shù)下進(jìn)行燃燒的燃燒技術(shù)。過(guò)量空氣系數(shù)的不同，抑制氮氧化物生成的程度也不同，因此采用不同的過(guò)量空氣系數(shù)低氧燃燒技術(shù)，對(duì)降低氮氧化物影響程度也不同。

一般來(lái)說(shuō)，蔗渣燃料等生物質(zhì)燃料都要求在接近理論空氣量即低含氧量的燃燒條件下進(jìn)行燃燒，這樣既保證燃燒充分，又可以通過(guò)控制減少煙氣中過(guò)量氧的量來(lái)抑制氮氧化物的生成，此為降低氮氧化物既簡(jiǎn)單又有效的方法，采用低氧燃燒技術(shù)可降低15%～20%的氮氧化物排放量。但是如果蔗渣爐內(nèi)氧氣濃度低于3%以下，氧氣濃度不足會(huì)造成氮氧化物濃度急劇增加，同時(shí)造成蔗渣不完全燃燒率提高，熱損失增加，鍋爐的飛灰含碳量也相應(yīng)提高，鍋爐燃燒效率相應(yīng)下降。本項(xiàng)目經(jīng)過(guò)實(shí)踐試驗(yàn)后，確定控制爐膛出口氧濃度最佳為3%～6%，煙氣測(cè)點(diǎn)氧濃度小于8%。

3 項(xiàng)目的實(shí)施

3.1 實(shí)施內(nèi)容

本實(shí)踐實(shí)施內(nèi)容包括蔗渣壓榨強(qiáng)化處理、蔗渣二次粉碎、蔗渣干燥、蔗渣鍋爐低氮燃燒和水膜除塵器強(qiáng)化，通過(guò)這些措施實(shí)現(xiàn)了蔗渣鍋爐煙氣排放雙達(dá)標(biāo)。

主要的內(nèi)容包括如下。

第一，強(qiáng)化蔗渣壓榨，進(jìn)一步提高壓榨抽出率和降低蔗渣水分。

第二，蔗渣二次粉碎，將蔗渣粉碎到3～5毫米，降低入爐蔗渣的顆粒度，減少飛灰含碳量，提高燃料燃盡率和噸渣產(chǎn)汽量，提高鍋爐運(yùn)行熱效率。

第三，蔗渣干燥，采用細(xì)縮管干燥系統(tǒng)將蔗渣水分下降5%左右，降低入爐蔗渣水分，提高蔗渣熱值。

第四，蔗渣鍋爐低氮燃燒，主要實(shí)施低過(guò)量空氣燃燒、煙氣再循環(huán)技術(shù)。

第五，強(qiáng)化水膜除塵器，提高水膜除塵器的除塵效率。

3.2 實(shí)施效果

在85t/h蔗渣鍋爐進(jìn)行煙氣雙達(dá)標(biāo)處理生產(chǎn)性示范，經(jīng)過(guò)幾年的實(shí)踐摸索，經(jīng)第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)數(shù)據(jù)，如表1所示。

表1 蔗渣鍋爐煙氣檢測(cè)數(shù)據(jù)

相比于實(shí)施前蔗渣鍋爐煙氣排放指標(biāo)：煙塵濃度約200mg/m3，氮氧化物約500mg/m3，本實(shí)踐具有很好的治理效果。

4 結(jié)論

基于蔗渣具有先天低氮的特性，通過(guò)蔗渣壓榨水分控制、蔗渣二次粉碎、蔗渣干燥等預(yù)處理，采用蔗渣鍋爐低氮燃燒和強(qiáng)化水膜除塵器等技術(shù)集成，在85t/h蔗渣鍋爐進(jìn)行生產(chǎn)性示范，實(shí)踐表明可以達(dá)到蔗渣鍋爐煙氣排放雙達(dá)標(biāo)的治理目的。