生物质锅炉NOx控制技术研究进展

doi:10.3969/j.issn.1673-5854.2022.06.008

摘要/Abstract

摘要：

我国生物质资源丰富，种类繁多，可直接作为燃料燃烧。随着生物质发电装机容量占比逐年增加，环境保护要求逐年提高，生物质电厂烟气排放控制更加严格。生物质锅炉初始氮氧化物排放波动大，烟气中飞灰碱金属含量高，湿度大，生物质锅炉脱硝技术面临重大挑战。本文在对比分析生物质燃料燃烧和烟气排放特点的基础上，分析了目前广泛应用的传统脱硝技术以及正在不断完善的新型脱硝技术的发展现状和各自优缺点。传统脱硝技术包括低氮燃烧技术、选择性催化还原技术和选择性非催化还原技术，新型脱硝技术包括等离子脱硝技术、臭氧氧化脱硝技术、生物质活性炭脱硫脱硝技术、ZYY干法脱硫脱硝技术、低温氧化吸收协同半干法脱硝技术、液态生物钙脱硝技术和固态高分子脱硝技术等。同时对生物质锅炉脱硝技术存在的技术问题、成本问题和运行周期等进行了讨论。

关键词: 生物质, 烟气, 氮氧化物, 选择性催化还原, 选择性非催化还原, 脱硝

Abstract:

China was rich in biomass resources with various types, which could be directly used for combustion. With the proportion of installed biomass power generation capacity increasing year by year, environmental protection requirements were enhancing, and the flue gas emissions control of biomass power plants was more strictly. The inital nitrogen oxide emissions of biomass boiler fluctuated greatly, the alkali metal content of fly ash in flue gas was high, and the humidity was high. The biomass boilers denitration technology was facing major challenges. Based on the comparative analysis of the characteristics of biomass fuel combustion and flue gas emissions, the development status, advantages, and disadvantages of the widely used traditional denitrification technology and the new developing denitrification technology were analyzed. Traditional denitrification technologies included low nitrogen combustion technology, selective catalytic reduction technology, and selective non-catalytic reduction technology. New denitrification technologies included plasma denitrification technology, ozone oxidation denitrification technology, biomass activated carbon desulfurization and denitrification technology, ZYY dry desulfurization and denitrification technology, low temperature oxidation absorption synergistic semi-dry denitrification technology, liquid biological calcium denitrification technology, and solid polymer denitrification technology. Moreover, the technical problems, cost problems, and operation period of biomass boilers technology were also discussed.

Key words: biomass, flue gas, NO_x, selective catalytic reduction, selective non-catalytic reduction, denitrification

中图分类号:

TQ35
TK6

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图/表 6

表1

表2

表3

图1

图2

图3

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技术名称 technology name	脱硝效率 denitration efficiency	技术原理 technical principle	技术特点 technical feature	文献 ref.
低氧燃烧	15%~20%	调整入炉风总量(氧浓度)，使过量空气系数尽可能接近1，即在接近理论空气量下进行燃烧	成本较低，操作简单，存在燃烧不充分，水冷壁结焦，锅炉效率降低，飞灰含碳量及能耗上升的可能性	[23-25]
空气分级燃烧	< 30%	调节空气与燃料混合比例，将燃料燃烧进程分为贫氧燃烧和富氧燃烧阶段	技术成熟，应用广泛，适用于锅炉改造，成本较低，参数选取复杂，易腐蚀结渣，燃烧效率低	[3, 26-27]
燃料分级燃烧	一般50%~70%，最高可达80%	将燃烧区域划分为3块，即弱还原性或氧化性气氛的主燃区，还原性气氛的再燃区以及燃尽区	可用于新建和改造锅炉，投资不高，氮氧化物排放可大幅降低，燃料量增多，飞灰含碳量增高	[3]
烟气再循环	< 20%	将燃烧后的烟气重新引入燃烧区，调节炉内温度	运行及改造相对简单，投资中等，设备复杂，影响燃烧稳定性和燃烧效率，需较大场地，应用不广泛	[3, 18, 28]
低NO_x燃烧器	30%~60%	主要有阶段燃烧器、浓淡型燃烧器、低NO_x预燃室燃烧器等6种类型，各燃烧器技术原理不同	应用广泛，可用于新建和改造锅炉，投资中等，可减少已形成的NO_x，燃烧器结构较为复杂，存在结渣、腐蚀等问题	[20, 29]

催化装置布置方式 arrangement form of catalyst	布置优势 arrangement advantage	布置劣势 arrangement disadvantages
高粉尘区SCR(布置在省煤器和空预器间)	经济性高，被广泛应用，烟气温度适宜(约300~400 ℃)	飞灰浓度高，碱金属含量高，黏度大，脱硝催化剂易堵塞、磨损、中毒并且使用寿命较短
低粉尘区SCR(布置在高温除尘器后)	烟气较为干净，可选用较小节距催化剂产品，催化剂用量相对较小，使用寿命较长	为满足催化剂活性的温度要求，需配置高温电除尘系统，整体投资和运行成本较高，目前应用较少
尾部SCR(布置在脱硫装置后)	烟气中SO_x含量及设计温度较低，系统运行可靠，催化剂使用寿命较长，可用高活性催化剂	热效率较低，系统复杂，投资和运行成本较高

技术类型 technical type	技术原理 technical principle	技术特性 technical feature	应用现状 application status	文献 ref.
电子束照射法(EBA)	高能量电子束照射NO_x，气体分子电离，活性离子与NO_x反应	无废水，副产品可回收利用，能量利用率低，设备复杂，维修费用高，工作电压高，需防护	工程应用	[3, 49-51]
脉冲电晕放电法(PPCP)	电极尖端放电原理	能量利用率高，氨逃逸少，无需防护，安全实用，目前大功率、长寿命、窄脉冲的电源仍在研发	工业试验	[3, 49-51]
介质阻挡放电法(DBD)	两电极间放入绝缘介质，调节电极电压，气体被击穿放电	常压下即可实现强电离放电，成本低，短时间内可持续、均匀、稳定进行微放电	理论研究及实验室研究，尚未工业化	[3, 49-51]

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