热电厂锅炉生物钙烟气脱硝技术实践与应用

热电厂锅炉生物钙烟气脱硝技术实践与应用

杜常基

新疆圣雄能源股份有限公司热电厂

摘要：近年来，随着社会建设的不断发展，我国电力行业大容量、高参数机组的不断应用与发展，热电厂锅炉补给水对来水处理手段的环保性和处理水质的精度要求越来越高。传统的化学水处理离子交换法难以满足供水要求，同时大量酸碱再生废液的排放，给环境带来严重且不可逆的污染。“超滤+反渗透+电去离子装置（EDI）”集成膜分离技术是一种全膜法绿色水处理技术，具有安全稳定连续化制水、良好的产水水质和经济效益等优势。通过对某电厂锅炉补给水工程项目分析研究，结果表明集成膜分离技术在电厂水处理中具有可靠性和实用性。

关键词：热电厂锅炉；生物钙烟气脱硝技术；实践；应用

引言

随着世界化石能源的日益枯竭，可再生能源在世界能源结构中所占的比例也越来越大，而生物质能是唯一可以直接作为燃料的可再生能源，亦是唯一可贮存、可稳定利用的可再生能源。根据国家发改委数据统计，我国生物质年资源总量为8.5亿t，可收集的资源量达7亿t。目前国内大规模、清洁高效的生物质资源主要利用方式为锅炉直接燃烧技术，该技术也是生物质多种利用方式中最成熟、最符合我国基本国情的利用途径。在能源日益短缺的情况下，随着国内环境保护的日益严峻，NOx作为雾霾、酸雨及光化学烟雾等环境污染的主要污染源，国家对其排放的标准也日趋严格，加之生物质锅炉大气污染物排放标准的日益完善，其脱硝技术也备受关注，且面临巨大挑战。

1生物钙脱硝技术简介

生物钙溶液由电石渣和生物热解油制备而成。生物质热解油与甲醇混合乳化后，与电石渣按比例搅拌混合反应，反应溶液加热到65℃以上蒸出甲醇后得到浓度较高的生物钙溶液，再用水将其稀释至粘度小于1000mPa·s，得到可以用于工业脱硫脱硝的液态生物钙。液态生物钙主要物理特性:凝固点－15～－18℃，沸点110～130℃，密度1060～1100kg/m3，运动粘度(20℃，3.8～8.6mm2/s)，属普通化学品，无毒难燃无爆炸危险，可使用吨桶、槽车或液袋运输。本课题所用液态生物钙由中国石油大学(华东)田原宇教授提供。生物钙脱硝技术(B－SNCＲ)采用液态生物钙脱硝剂，具有脱硝温度起活点低、脱硝效率高、脱硝深度大等优点，能够达到超低排放要求。脱硝原理为生物钙脱硝剂在锅炉内600～1000℃的温度区间喷入，在高温和活性离子的催化作用下快速裂解产生大量还原性高活性自由基团，与NOx发生氧化还原反应，将NOx还原成N2和H2O脱除。同时具有脱硫的作用，活性Ca原子和SO2与O2反应生成硫酸钙。

2工艺选择

2.1SCR脱硝工艺

SCR反应原理SCR脱硝技术的反应原理是在有氧状况与合适的温度范围内，通过催化剂使烟气中的NOx与NH3发生反应，生成N2与H2O，从而达到除去烟气中的NOx的目的，其基本反应方程式为：4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O6NO2+8NH3→7N2+12H2OSCR脱硝技术的基本工作流程是在锅炉适当位置喷入还原剂（NH3），还原剂与烟气均匀混合后通过一个由催化剂填充的脱氮反应器，反应器中的催化剂分上下多层（一般为2～4层）有序放置。在催化剂作用下，NOx和NH3发生还原反应，生成N2和H2O。SCR反应温度为300～400℃，催化剂一般选用以TiO2为基体的V2O5/WO3混合物。在一般情况下脱硝效率超过80%。

2.2B-SNCR脱硝工艺

B-SNCR脱硝工艺是一项新型的烟气脱硝技术，其脱硝原理为：生物质脱硝剂在烟气的温度区间为730～950℃时与烟气混合，在高温和钙离子的催化作用下快速分解，产生大量高活性自由还原基团，并与NOx发生还原反应，生成N2、CO2和H2O，不存在其他副反应，正常运行时，其脱硝效率最高可达85%。技术特点分析该工艺系统简单，投资低、脱硝效率高；没有液氨或氨水运输、储存等安全问题；脱硝温度范围宽（730～950℃）、效率高、整个过程最终产物只有N2、CO2、H2O，不会造成二次污染；专有脱硝剂呈弱碱性，没有腐蚀，性质稳定，本身具有一定热值，脱硝不损耗热量；采用分布管设多个多口喷射装置，从而达到大范围雾化覆盖，比传统喷枪喷射更加均匀，实现真正的无隙覆盖。通过以上对比可以看出，BSNCR脱硝工艺具有设备简单、运行维护方便、无重大危险源储运风险、更无氨逃逸造成的二次污染等优势，经济可行，可以满足当前及更严的环保标准要求，适合用于梅钢锅炉烟气改造工程。

3新型生物钙烟气脱硝技术

3.1等离子体脱硝技术

等离子体脱硝技术最早在20世纪70年代提出，并逐渐发展成为一种无二次污染的新型、高效脱硝技术。根据高能电子的来源可分为电子束照射法、脉冲电晕放电法和介质阻挡放电法等。电子束照射法（EBA）脱硝技术是利用高压电子加速器产生的高能量电子束直接照射NOx，从而将气体分子电离，产生的活性离子与NOx进行瞬时反应，达到脱除NOx的目的。该技术不产生废水，可以回收副产品硝酸铵肥料，脱硝效率可达80%~85%；但存在能量利用率低，设备及维修费用高、工作电压高，需采取防护措施，以防止对人体造成损害，设备复杂、能耗高等缺点。脉冲电晕放电法（PPCP）脱硝技术是利用电极尖端放电原理，在曲率半径很小的电极上通入电压，调节电压来电离电极周围的空气而发生局部放电的过程。该技术在瞬时放电而引发化学反应，具有较高的能量利用率，氨气逃逸量极少，且无需辐射屏蔽，安全性和实用性较高；但大功率、长寿命、窄脉冲的电源目前还处于试验室阶段，工业上暂未应用。介质阻挡放电法（DBD）脱硝技术是利用绝缘介质阻挡在两电极之间，当调节电极两端电压达到一定数值时，气体被击穿而发生放电。具有储能作用的绝缘介质可以短时间内持续、均匀、稳定的进行微放电，将能量直接作用于NOx，实现脱硝反应且抑制了火花放电产生，该技术可实现强电离放电，但目前尚未工业化。等离子体脱硝技术虽然能够很好脱除NOx，但目前仅仅停留在试验室阶段，距离工业化还有一段距离。

3.2高分子脱硝技术

高分子脱硝技术是由清华大学和北京金石德盛有限公司消化完善国外先进脱硝技术的同时，共同研发的适用于我国现有生物质锅炉现状的新型脱硝技术。该技术以计算流体力学和化学动力学模型为设计基础，结合生物质锅炉具体运行参数进行工程设计与运用，在生物质锅炉炉膛内喷入高分子活性物质，将NOx排放浓度控制在100mg／Nm3以下。高分子脱硝剂是一种具有高效还原活性的固体混合粉末（简写CnHmNs），该粉末是以功能高分子材料为复合载体，并添加少量稀土元素助剂复配而成。复合载体的介孔结构及稀土元素的特殊性质使其具有很强的加氢还原活性。

结语

我国生物质利用将长期处于生物质锅炉直燃阶段，生物质锅炉形式千差万别，生物质原料低灰熔点、高碱金属含量的独特性质，加之国内严峻的环保形势，使得生物质锅炉脱硝面临巨大挑战。常规生物质锅炉脱硝技术低氮燃烧因脱硝效率低需要与其他技术联合使用；SCR技术存在催化剂价格昂贵、使用寿命较短等缺点；SNCR技术在现有生物质锅炉炉膛温度（700℃～830℃）下脱硝效率只有15%~45%；等离子体技术处于试验阶段无工业化应用；臭氧氧化技术目前还没有解决臭氧的高制备成本问题；高分子技术固体粉末雾化效果较差；而液态生物钙技术具有高脱硝效率、无二次污染等优势，具有很好的应用前景。开发适用于我国生物质锅炉，且具有自主知识产权的高效、安全、环保的脱硝技术任重而道远。

参考文献

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[3]刘忠攀，王海苗，吴兆坤，等．工业燃煤链条排炉烟气净化的工业实验及分析[J]．煤炭加工与综合利用，2022(12):39－42．