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        生物質鍋爐尾氣超低排放技術
        來源: 價值工程 加入收藏
        特別推薦:《工業鍋爐》征訂 2020/1/3 16:08:58
         
         

        摘要:隨著社會經濟的發展,人們的觀念等都發生了巨大的變化,保護環境、節約資源已經成為當前人們的共識。這種意識已經充分滲透于我國社會生活的方方面面。為了進一步減少鍋爐使用過程中產生的污染,生物質鍋爐得以出現。本文介紹了生物質鍋爐的含義及其生產排污情況,分析了生物質鍋爐尾氣超低排放技術的必要性,對生物質鍋爐脫硝技術、脫硫技術及降塵措施進行了深入探討。

        0 引言

        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成分見表1。

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        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。

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        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。

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        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)

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        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(表5)

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        3.1.2 各脫硝技術具體分析

        ①SNCR 流程。

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        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。(圖4)

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        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。

        3.2 脫硫技術

        3.2.1 干法脫硫技術

        干法是指石灰粉經過石灰消化器(LDH)消化后進入反應器,與煙氣中的SO2 發生化學反應,生成CaSO3 和CaSO4,煙氣中的SO2 被脫除。干法的操作溫度控制在60-110℃。(圖5)

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        優勢:設備簡單,占地面積小,投資和運行費用較低,操作方便,能耗低,生成物便于處置等。

        劣勢:脫硫效率低,吸收劑利用率低,磨損、結垢現象比較嚴重,設備維護難度較大,設備運行可靠性不高,壽命較短等。

        3.2.2 半干法脫硫技術

        半干法是指在有液相和氣相介入脫硫方法,脫硫劑一般為石灰,脫硫產物為硫酸鈣及亞硫酸鈣。半干法的操作溫度控制在60-80℃。(圖6)

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        優勢:系統簡單,無廢水產生;運行成本較低;

        劣勢:脫硫效率較低,對于較高含硫量煙氣難以保證超低排放;負荷適應性差,煙氣量及SO2 濃度波動較大時脫硫效率波動很大,難以穩定達標排放;粉塵超低排放完全依賴布袋除塵器,除塵器對于粉塵超低排放的穩定性較差;配合低溫氧化吸收的效率較低。

        生物質燃料中硫含量比較低,因此生物質發電項目大多采用干法或半干法脫硫技術。

        3.2.3 濕法脫硫技術

        濕法是利用石灰石、氧化鈣、氧化鎂、鈉堿等為脫硫劑,應用吸收原理在氣、液、固三相中進行脫硫的方法,脫硫產物和殘液混合在一起,為稀糊狀的流體。濕法脫硫的操作溫度在44-55℃。

        優勢:脫硫效率高,能夠穩定達標排

        放;系統穩定,負荷適應性好。

        劣勢:產生廢水,需要進一步處理;系統較干法復雜。

        3.2.4 氣液耦合脫硫技術

        在吸收塔煙氣入口上部設置氣液耦合器,可以在小液氣比的工況下實現高效脫硫除塵。(圖7)

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        氣液耦合脫硫技術———技術優勢:一是均氣效果好,避免煙氣偏流及短路;二是提高傳質能力,增加氣液碰撞頻率,提高氣液傳質效率,提高吸收效率;三是降溫速度快。高溫煙氣經過雙氣旋氣液耦合器時,煙氣與漿液高強度混合碰撞使煙氣迅速降溫,為上層噴淋層漿液吸收二氧化硫提供最佳反應溫度并擴大了有效的吸收空間;四是提高煙氣停留時間。該技術使氣液強制傳導,使漿液與煙氣接觸時間增加50%,碰撞頻率提高兩倍,漿液液滴液與煙氣碰撞動能提高近一倍。

        氣液耦合脫硫技術———技術效果:一是有效降低了改造成本和運行成本,在保證脫硫效率的前提下,加裝雙氣旋脫硫增效氣液耦合器可有效降低液氣比,減少噴淋層加裝量,可使改造投入降低,同時低運行成本。在同等條件下,氣液耦合塔與空塔噴淋選取液氣比低約20%~40%,脫硫綜合廠用電率比空塔噴淋低20%;二是在吸收塔內加裝雙氣旋脫硫增效氣液耦合器提高高脫硫效率同時,其除塵效率明顯提高,這是因為雙氣旋脫硫增效氣液耦合器可使漿液液滴與煙氣充分混合碰撞,同時還不會產生液滴二次破碎霧化產生的氣液夾帶造成漿液二次污染問題。目前為止,采用該技術運行的脫硫裝置,可實現穩定脫硫效率99%以上,除塵效率超過80%;三是加裝雙氣旋脫硫增效氣液耦合器后,由于有效解決了煙氣偏流和煙氣降溫使得整個吸收系統運行更加穩定可靠,其運行調整極為簡單。同時,氣液耦合塔檢修維護方便,裝置使用壽命長,系統檢修維護量低,運行安全穩定。

        3.3 降塵措施

        3.3.1 布袋除塵技術

        布袋除塵器結構由:布袋除塵器由殼體、凈氣室、閥箱、灰斗、過濾裝置、噴吹和壓縮空氣管路系統、樓梯平臺以及防雨棚等部分組成。

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        其工作原理是:當鍋爐出口含塵煙氣從進風口進入收塵器后,氣流經進氣閥進入收塵室,在隔柵板的作用下,由于慣性作用,氣流中的粗顆粒粉塵直接落入灰斗,起到預收塵的作用。然后氣流向上通過內部裝有金屬骨架的濾袋,粉塵被捕集在濾袋的外表面,凈化后的氣體進入袋室上部的凈氣室,經提升閥匯集到出風管排出。當濾袋外部的粉塵聚集到一定厚度,脈沖閥動作(由清灰程序控制儀控制),一股壓縮空氣流進入噴吹管,并由一組噴孔噴出,高速氣流帶動周圍空氣經噴孔分別噴入各個濾袋內,使捕集在濾袋外壁上的粉塵脫落,脫落的粉塵沉降到灰斗經下料器進入輸送設備。

        布袋除塵技術優點:除塵效率高、粉塵處理簡單、運用靈敏、布局簡單。

        布袋除塵技術缺點:耐高溫性能差,煙氣含水適應性差,檢修困難,濾袋(1-3 年)需更換,運維成本較高。

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        3.3.2 管束式除霧器技術

        氣旋除塵除霧器是由4 級氣旋串聯組合而成。

        其工作原理是:經過濕法脫硫的凈煙氣其含有大量的霧滴,霧滴是由濕法噴淋過程產生,霧滴構成是漿液液滴、凝結水液滴和粉塵顆粒,當含有大量霧滴的凈煙氣進入氣旋除塵除霧器后,氣旋除塵除霧器筒內加設的氣旋板使含霧滴的凈煙氣在氣旋筒內旋轉起來,在氣旋器上方形成氣液兩相的劇烈旋轉及擾動,從而使得凈煙氣中的細小霧滴、細微粉塵顆粒等微小顆粒物互相碰撞團聚凝聚成大霧滴,同時,旋轉凈煙氣再在離心力的作用下,使得凈煙氣中的霧液滴向桶壁運動,最終與氣旋筒壁碰撞,被氣旋筒壁液膜捕獲吸收,實現高效除霧除塵。

        氣旋除塵除霧器優點:系統阻力小,投資小,系統簡潔、運維簡單。

        氣旋除塵除霧器缺點:除塵效率較低,除霧器葉片積漿導致效率降低,用水量大,運行維護量大。

        4 結語

        生物質鍋爐的使用會給我國社會經濟的發展帶來較大的好處,相關人員應該從自己工作的實際情況出發,針對生物質鍋爐脫硝技術、脫硫技術及降塵措施三個方面,加快技術研發和設備升級工作,制定合理的技術方案,保證生物質鍋爐的排放滿足國家環保政策要求。

         
         
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