降低生物質(zhì)直燃鍋爐NOx排放主要有兩種技術(shù)路線,低氮燃燒技術(shù)(控制燃燒過程中NOx的生成)和煙氣脫硝技術(shù)(對生成的NOx進(jìn)行處理)。
(一)低氮燃燒技術(shù)
低氮燃燒技術(shù)主要工藝途徑有空氣分級燃燒、燃料分級燃燒、煙氣再循環(huán)、低過??諝馊紵约安捎玫蚇Ox燃燒器等。采用低氮燃燒技術(shù),脫硝效率受爐膛燃燒工況影響大,僅能達(dá)到10%至30%,且會在一定程度上降低燃燒效率。
(二)煙氣脫硝技術(shù)
目前主流的煙氣脫硝技術(shù)有選擇性催化還原脫硝(SCR)、選擇性非催化還原脫硝(SNCR)以及在二者基礎(chǔ)上發(fā)展起來的SNCR-SCR聯(lián)合煙氣脫硝技術(shù)。
1.選擇性催化還原技術(shù)SCR
SCR技術(shù)采用液氨、氨水或尿素作為還原劑,在催化劑的作用下,將煙氣中的氮氧化物還原為氮?dú)夂退?,催化劑決定了該反應(yīng)溫度區(qū)間為300~420℃。受溫度區(qū)間的限制,脫硝反應(yīng)器有兩種布置形式。一是布置于生物質(zhì)直燃鍋爐省煤器與空氣預(yù)熱器之間,該工藝占地面積大,對氣氨的均勻分布及煙氣的分布要求高。另一種布置形式為低溫低塵布置,將SCR反應(yīng)器布置在除塵器之后,對煙氣再加熱后進(jìn)行脫硝,因煙氣較為干凈,催化劑選型不受影響,但煙氣再加熱費(fèi)用昂貴。在生物質(zhì)直燃鍋爐上使用SCR脫硝效率能達(dá)到70%~90%,但投資高,催化劑昂貴。由于生物質(zhì)燃料熱值低、堿金屬含量高,易出現(xiàn)存在催化劑中毒和反應(yīng)器堵塞、磨損等問題,目前國內(nèi)外SCR催化劑脫硝連續(xù)運(yùn)行時間長為三個月[3]。
2.選擇性非催化還原技術(shù)SNCR
SNCR技術(shù)以爐膛作為反應(yīng)器,使用氨水或尿素作為脫硝劑,不需要催化劑,在850~1100℃的溫度區(qū)間內(nèi)完成脫硝反應(yīng)。具有工藝系統(tǒng)簡單,煙風(fēng)阻力小,占地面積小,投資少的優(yōu)點(diǎn)。SNCR適合爐膛出口煙溫為800~1100℃的鍋爐,而生物質(zhì)灰分中堿金屬含量較高,灰熔點(diǎn)較低,為防止高溫腐蝕和結(jié)焦,大部分生物質(zhì)鍋爐的爐膛溫度控制在750~880℃,且爐膛內(nèi)燃燒區(qū)溫度變化劇烈,尋找合適的SNCR反應(yīng)窗困難。另一方面,受鍋爐爐膛空間限制,難以保證停留時間,存在氨分布不均和氨逃逸問題。實(shí)際運(yùn)行中,在生物質(zhì)鍋爐上使用SNCR脫硝效率約為15%~50%。
3.聯(lián)合SNCR/SCR脫硝技術(shù)
聯(lián)合SNCR-SCR脫硝技術(shù)是結(jié)合了SNCR技術(shù)投資省、SCR技術(shù)的特點(diǎn)而發(fā)展起來的一種新型工藝。聯(lián)合SNCR-SCR工藝主要的改進(jìn)就是省去了SCR設(shè)置在煙道里的復(fù)雜氨噴射系統(tǒng)。SNCR-SCR聯(lián)合煙氣脫硝具有、脫硝效率高(80%以上)、催化劑用量小、反應(yīng)塔體積小,空間適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),但仍存在投資高、催化劑壽命有限、氨的逃逸量高等問題。
開發(fā)率、低投資、無污染的脫硝技術(shù)是發(fā)展生物質(zhì)直燃鍋爐脫硝的重要方向。固態(tài)高分子脫硝(PCR)是近幾年剛剛興起的一種新型煙氣脫硝工藝,因其脫硝效率高、投資及運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為是一種前景廣闊的脫硝技術(shù),已在實(shí)際工業(yè)中得到應(yīng)用,適合我國國情。
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