生物質(zhì)電廠脫硝技術(shù)方案

文_常宇飛 晉能控股煤業(yè)集團(tuán)環(huán)境督查大隊

生物質(zhì)能源是一種清潔能源，因為其中S和N含量較低，因此化學(xué)燃燒反應(yīng)過程中產(chǎn)生的氮氧化物和二氧化硫及三氧化硫相對較少。同時其CO2排放量近似于零，生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)具有低硫、低硝、低碳等優(yōu)點。但是隨著我國環(huán)保要求的不斷提升，生物質(zhì)電廠也在面臨著更加嚴(yán)苛的污染物排放要求。

我國的生物質(zhì)電廠焚燒原料來源廣泛，燃燒熱值上下限差距較大，成分也更復(fù)雜。本文結(jié)合最新煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)、煙氣排放特性、工程實例對生物質(zhì)發(fā)電廠的脫硝工藝進(jìn)行探討、對比。

1 脫硝技術(shù)

1.1 SNCR法

SNCR是選擇性非催化還原法的英文縮寫，這種方法通常是將一些含氨的還原劑噴到爐內(nèi)較高溫度的位置。還原劑會熱解生成NH3，而同時會進(jìn)一步還原成氮氣和水，將含氮的有機(jī)污染物轉(zhuǎn)變?yōu)闊o污染的氮氣和水。

根據(jù)生物質(zhì)相關(guān)廠家提供的信息顯示，我國電廠鍋爐正常運行的時候，氮氧化物產(chǎn)生量小于200mg/m3。部分專家研究指出，在對焚燒爐生產(chǎn)工藝進(jìn)行調(diào)整以后，產(chǎn)生的氮氧化物甚至可以小于100mg/m3。SNCR的效率與眾多因素均有相關(guān)性影響，只有在各項相關(guān)因素均控制較好的情況下脫硝的效率才能得到保證，但是實際生產(chǎn)過程中各項相關(guān)因素很難控制，最終效果也能難實現(xiàn)，SNCR的實際脫硝效率一般在40%～60%。

1.2 SCR法

SCR法即選擇性催化還原法，該方法是在一定溫度區(qū)間內(nèi)催化氨還原NOx的過程，主要反應(yīng)為氨氣和一氧化氮及二氧化氮的反應(yīng)。

SCR反應(yīng)器有高塵和低塵兩種不同的布置方式，其中高塵布置是在省煤器與空預(yù)器之間，煙的溫度為300～400℃，優(yōu)點是催化劑活性較高，脫硝效率更高；缺點是煙氣中的粉煤灰等物質(zhì)會磨損甚至堵住催化劑，二氧化硫也會污染催化劑。低塵布置指布置在除塵器后的一種方式，這種布置方式的優(yōu)點是粉煤灰對其磨損的程度會較低，煙氣的溫度只需要控制在150～200℃即可，過程需用低溫催化劑，或者控制溫度在催化劑所需的合適溫度，這就意味著運行成本和能耗會較高。

SCR催化劑根據(jù)適用環(huán)境溫度的不同也分為中溫和低溫兩種，中溫運行溫度一般為300～400℃，催化劑一般為釩基SCR催化劑。而低溫催化劑目前尚且處于基礎(chǔ)研究階段，應(yīng)用較少。當(dāng)前部分研究顯示，鍋爐正常運行溫度為160～200℃，這種方法對NOx的去除率可以達(dá)到85%以上，比SNCR法的去除率高。但目前低溫催化劑仍然存在活性較低、抗硫化物性能較差等諸多問題。

SCR脫硝工藝在生物質(zhì)電廠的應(yīng)用中需要充分考慮各種煙氣的不同性能帶來的影響，針對性地采取措施進(jìn)行處理防治，其中，低溫和中溫SCR脫硝工藝的特點見表1。

表1 低溫和中溫SCR脫硝工藝應(yīng)用特點對比

1.3 臭氧氧化法

由于臭氧具有強(qiáng)氧化性，將其用于對NOx的氧化中，可將低價態(tài)NOx氧化為可溶的高價態(tài)，之后再噴淋一些吸收液即可。但是這種方法也有缺點，例如需要制備臭氧，這個過程能耗較高；同時臭氧氧化過程不會全部參與反應(yīng)，可能有部分未參與反應(yīng)的臭氧逃逸，會對環(huán)境造成危害；NOx經(jīng)臭氧氧化后，需要進(jìn)一步通過堿溶液或者別的溶液進(jìn)一步吸收，從而產(chǎn)生大量難以處理的吸收液廢水。

生物質(zhì)電廠正常情況下不會采用濕法工藝，況且濕法工藝存在著污水處理排放等難題，因此大多數(shù)生物質(zhì)電廠不太適合采用本工藝。

1.4 觸媒陶瓷纖維濾管催化脫硝法

觸媒陶瓷纖維濾管過濾器的基材是陶瓷纖維，采用一些先進(jìn)技術(shù)將釩鈦類的SCR催化劑涂到成型的陶瓷纖維濾管上，形成本方法所用的觸媒陶瓷纖維濾管。這種脫硝工藝流程如下：首先需要將脫硫劑噴入高溫爐內(nèi)對煙氣進(jìn)行脫硫，煙氣在350℃的環(huán)境溫度下通過本濾管除塵，同時煙氣中的氨和氮氧化物在催化劑催化作用下實現(xiàn)了效率較高的脫硝，在整個凈化過程結(jié)束之后，凈化后的煙氣在回收熱量后排放。這種較為新型的工藝在煙氣治理、生物質(zhì)發(fā)電等項目中已有應(yīng)用不少。但這種方法設(shè)備造價和維護(hù)成本相對前幾種方法都較高。

2 觸媒陶瓷纖維管催化脫硝技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)的區(qū)別

以實際生產(chǎn)中的實例來論證，某生物質(zhì)電廠配備1臺130t/h的高溫超高壓循環(huán)流化床鍋爐，采用爐內(nèi)噴鈣、NID脫硫、布袋除塵、低溫GGH、低溫SCR工藝，煙氣經(jīng)脫硫除塵和低溫環(huán)境除硝之后可達(dá)到現(xiàn)行的相關(guān)國家或者行業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)。另一家生物質(zhì)電廠配有1臺130t/h高溫高壓聯(lián)合爐排鍋爐，這個電廠采用觸媒陶瓷纖維管催化脫硝技術(shù)處理煙氣中的硫和氮氧化物，并除去灰塵后滿足相關(guān)現(xiàn)行排放標(biāo)準(zhǔn)。觸媒陶瓷纖維管催化脫硝技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)相比具有眾多的優(yōu)點，但是目前未得到大規(guī)模應(yīng)用的原因之一是其運行成本較高。觸媒陶瓷纖維濾管設(shè)備本身造價較高，而相應(yīng)的脫硝劑等耗材價格也較高，折舊維護(hù)運行等各方面成本均需要進(jìn)一步降低才能廣泛應(yīng)用于市場。目前實際應(yīng)用中已有一些價格較為低廉的脫硫劑，可以使用經(jīng)濟(jì)可行的脫硫、脫硝劑來降低運行成本。

3 結(jié)語

本文結(jié)合生物質(zhì)電廠鍋爐排放的大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，尤其是NOx的排放限值以及生物質(zhì)電廠排放煙氣的特性，對當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛的各類電廠鍋爐脫硝工藝進(jìn)行了探討。

①生物質(zhì)電廠若采用SNCR工藝和低氮燃燒技術(shù)，煙氣中氮氧化物能達(dá)到現(xiàn)行排放要求，但是基本無法滿足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)中對超低排放的上限要求。

②O3氧化法適用于濕法工藝，但是自身制備成本較高，且產(chǎn)生大量污水。

③對于超低排放標(biāo)準(zhǔn)的項目，低溫SCR催化和觸媒陶瓷纖維管催化脫硝兩種技術(shù)更為合適，觸媒陶瓷纖維管方法雖然具有許多優(yōu)點，但是其運行成本較高是目前這種方法推廣率較低的主要原因，需要降低脫硫劑成本等方面的經(jīng)濟(jì)制約以降低運行費用。