生物质锅炉脱硝

生物质锅炉主要包括生物质蒸汽锅炉和生物质供热锅炉，布局灵活，适用范围广，适合城镇民用清洁供暖以及替代中小型工业燃煤燃气燃油锅炉。随着社会对环保越来越重视，锅炉烟气超低排放已经在全国范围内推广实行并取得良好的社会效益。生物质锅炉烟气中的氮氧化物排放同样不可忽视。

一、生物质锅炉需要脱销吗？
经对生物质锅炉烟气调研、测试、分析，总结出生物质锅炉烟气有如下特点:
①炉膛温度差别大：生物质锅炉主要有链条炉和循环流化床炉，每种炉型又分为中温中压炉、次高温次高压炉、高温高压炉，炉膛温度分别为 700 ~ 760°C、880 ~ 950°C、850 ~ 1100°C ;
②生物质锅炉烟气含水量高：生物质中氢元素含量较高，烟气中含水量也高，可达到15%～30%左右；而燃煤锅炉烟气含水量不会超过10% ;
③生物质烟尘碱金属含量高，可达8%以上;
④二氧化硫、氮氧化物浓度低、波动大，燃烧纯生物质时二氧化硫、氮氧化物质量浓度在100 ~250mg/m3 波动，如燃料中掺杂模板、木材、树皮 ，烟气中二氧化硫、氮氧化物质量浓度在 250〜 600mg/m3 波动，瞬时也可达1g/m3以上。

二、生物质锅炉适用的脱硝技术方案
生物质的锅炉由于燃料种类多、热值低、给料均匀性差，造成燃烧区内的温度变化剧烈，锅炉出口初始氮氧化物排放浓度波动大。生物质锅炉脱硝首先要稳定炉膛出口NOx的浓度。生物质锅炉可采用的烟气脱硝方式包括：低氮燃烧脱硝技术、SNCR脱硝技术，SCR脱硝技术，臭氧氧化脱硝技术等。

①生物质锅炉脱销 — 低氮燃烧技术
低氮燃烧技术属于控制燃烧技术，通过调节燃烧空气中的氧含量，降低氮氧化物的产生，要求锅炉有一个稳定燃烧过程，否则会出现改造效果不明显或燃烧不稳定问题。生物质锅炉的低氮燃烧技术常用的是烟气再循环技术。烟气再循环技术有两种流程：
(1)引风机后的烟气直接引到一次风机入口。该方案一次风机无需改动 ，再循环烟气也不需要抽风机，省电节能，改造简单 ，氮氧化物浓度可下降20%-40% 。
(2)引风机后的烟气直接引到炉膛一次风室和二次风室。该方案一次风机需降负荷运行，再循环烟气也需要配备高温抽风机，风压与一次风机相当。该方案增加了运 行电耗，改造相对复杂，氮氧化物质量分数可下降 25% - 50% 。
烟气再循环技术还会出现烟气中二氧化硫污染物浓度升高、含水量升高现象，但减少了烟气排放总量。

②生物质锅炉脱销 —SNCR技术
SNCR（Selective Non-Catalytic Reduction）即选择性非催化还原法脱硝技术，是在不使用催化剂的情况下，将还原剂直接喷入到800~1100℃高温烟气中，在高温条件下，还原剂先分解为 NH3及其他副产物，之后，烟气中的NOx与分解产生的NH3进一步发生氧化还原反应，将烟气中的 NOx还原为N2和 H2O，主要反应为：8NH3+ 6NO +3O2→7N2+ 12H2O
SNCR技术是烟气脱硝的主流技术之一，脱硝成本较低，工艺较简单，但其生物质锅炉脱硝效率一般为20~50%左右，很难达到更高的脱硝效率。另生物质锅炉烟气中S03含量时常偏高，在280 °C 以下的低温区设备，存在硫酸盐堵塞、腐蚀等问题。

③生物质锅炉脱销 —SCR技术
SCR( Selective Catalytic Reduction)即选择性催化还原技术，是将还原剂送入烟道使之与烟气混合，在催化剂的作用下，在300~420℃的温度状态下将NOx还原为 N2和 H2O，从而实现 NOx的减排。
在SCR反应器内，NOx通过以下反应被还原：
4NO + 4NH3 + O2 → 4N2+ 6H2O （主反应）
6NO2+ 8NH3→ 7N2+ 12H2O （主反应）
6NO + 4NH3 → 5N2+ 6H2O （副反应）
2NO2+ 4NH3+ O2→ 3N2+ 6H2O （副反应）
SCR生物质锅炉脱硝技术，是高效的烟气脱硝效率固定源NOx治理技术，脱硝率可以达到90%以上。但由于生物质燃料本身含有K、Na、Ca等碱性物质，燃烧后形成飞灰进入SCR系统，吸附在催化剂表面或堵塞催化剂孔道，并且与催化剂表面活性成分发生反应，造成催化剂中毒失活，对催化剂的使用寿命产生影响。为保证催化剂的安全运行，同时大化限度减小新增催化剂的烟气阻力，催化剂需选用抗碱金属板式催化剂。

④生物质锅炉脱销 —臭氧O3氧化技术。
生物质锅炉烟气中的 NOx近 95% 是以 NO 形式存在，其余是以NO2、N2O5等形式存在。臭氧脱硝的原理是利用臭氧的强氧化性，将烟气中不可溶的NO氧化为可溶NO2，然后在洗涤塔内通过冷却、喷淋最终将氮氧化物吸收，达到生物质锅炉脱硝的目的。
生物质锅炉臭氧脱硝技术优点：烟气温度适应性好；不使用氨等还原剂，无氨逃逸；同时实现对汞、VOCs以及二噁英的有效脱除；可以与湿法脱硫配合构成脱硫脱硝一体化工艺；设备布置灵活，无需对锅炉等原设备改造。
虽然臭氧脱硝技术具备一定优势，但也存在脱硝效率低，运行费用较高，废水二次污染，硝酸盐溶液处理费用高等问题；而且臭氧脱硝必须配合湿法脱硫构成脱硫脱硝一体化，才能相对降低脱硝的投资成本，存在一定的局限性。

总结：针对20万标方烟气，排烟120~140℃的生物质锅炉，NOx、SO2的原始排放浓度均为400 mg/Nm3，排放浓度分别为50、35 mg/Nm3。生物质锅炉脱硝推荐采用SNCR+SCR联合脱硝技术，把SNCR工艺的还原剂喷入炉膛技术同SCR工艺利用逃逸氨进行催化反应的技术结合起来，进一步脱除NOx；它是把SNCR工艺的低费用的特点同SCR工艺的高效率进行有效结合。SNCR将烟气中NOx浓度降至200 mg/Nm3，再通过SCR将NOx降至50mg/Nm3。

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