王小飛，馮麗軍

（江蘇億金環(huán)保科技有限公司江蘇江陰214414）

　　[摘要]隨著全國鍋爐煙氣超低排放推廣實(shí)行，生物質(zhì)鍋爐煙氣超低排放已迫在眉睫。由于生物質(zhì)鍋爐燃料特性，脫硝超低排放指標(biāo)一直是困擾生物質(zhì)鍋爐環(huán)保瓶頸。本文筆者將分析生物質(zhì)鍋爐煙氣成分，總結(jié)出煙氣特性，選擇合適的脫硝技術(shù)，使鍋爐煙氣達(dá)到煙氣超低排放指標(biāo)要求。

　　引言

　　隨著社會對環(huán)保越來越重視，鍋爐煙氣超低排放已經(jīng)在全國范圍內(nèi)推廣實(shí)行并取得良好的社會效益。生物質(zhì)鍋爐煙氣中的氮氧化物排放不可忽視。針對生物質(zhì)鍋爐煙氣成分特性，并對生物質(zhì)鍋爐脫硝選擇合適的脫硝技術(shù)，能夠?qū)O_x排放水平穩(wěn)定控制在50mg/m³以下，氨逃逸濃度低于2.3mg/m³，滿足超低排放要求。

　　1生物質(zhì)鍋爐現(xiàn)狀及超低排放背景

　　生物質(zhì)能供熱主要包括生物質(zhì)熱電聯(lián)產(chǎn)和生物質(zhì)鍋爐供熱，布局靈活，適用范圍廣，適合城鎮(zhèn)民用清潔供暖以及替代中小型工業(yè)燃煤燃?xì)馊加湾仩t。

　　生物質(zhì)鍋爐是以生物質(zhì)能源作為燃料的新型鍋爐，其鍋爐排放煙氣中的二氧化硫、氮氧化物含量較低，且不產(chǎn)生廢渣。因此與燃煤鍋爐相比，更加節(jié)能環(huán)保。但隨著國家對鍋爐煙氣環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的提高，加上鍋爐煙氣超低排放的推廣實(shí)行。現(xiàn)行的生物質(zhì)鍋爐煙氣的排放標(biāo)準(zhǔn)按鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB13271-2014)執(zhí)行。但這一要求與最新火電廠超低排放相比，還有一定差距。隨著民眾、企業(yè)與社會環(huán)保意識的提高，將來會按超低排放要求執(zhí)行。生物質(zhì)鍋爐脫硝技術(shù)進(jìn)行分析研究。

　　2生物質(zhì)鍋爐煙氣特性

　　經(jīng)對生物質(zhì)鍋爐煙氣調(diào)研、測試、分析,生物質(zhì)鍋爐煙氣有如下特點(diǎn)：①爐膛溫度差別大,生物質(zhì)鍋爐主要有爐排爐和循環(huán)流化床爐,每種爐型又分為中溫中壓爐、次高溫次高壓爐、高溫高壓爐；②生物質(zhì)中氫元素含量較高,煙氣中含水量也高,<p(H20)可達(dá)到15%～30%；③煙塵含堿金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，可達(dá)8%以上；④二氧化硫、氮氧化物濃度低、波動大，燃燒純生物質(zhì)時(shí)二氧化硫、氮氧化物質(zhì)量濃度在120～250mg/Nm³波動。相對爐排爐，SNCR技術(shù)脫硝效率僅為10%～25%，且脫硝效率不穩(wěn)定，不能達(dá)到超低排放50mg/Nm³以下；循環(huán)流化床，SNCR技術(shù)脫硝效率為40%～60%，且脫硝效率較高但依舊不穩(wěn)定，不能穩(wěn)定達(dá)到超低排放50mg/Nm³以下。由于煙塵含堿金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高及粉塵在高溫下有火星，對SCR催化劑具有危害性。

　　3煙氣超低排放－脫硝技術(shù)（中低溫SCR脫硝技術(shù)）

　　3.1中低溫SCR及消白一體化系統(tǒng)工藝描述煙氣脫硝技術(shù)，采用先脫硫后脫硝的工藝路線，即：濕法脫硫+高效除霧器+冷凝+中低溫SCR工藝。本次煙氣脫硝采用的中低溫SCR脫硝及消白一體化工藝，已廣泛應(yīng)用于垃圾焚燒鍋爐煙氣脫硝和鋼鐵燒結(jié)煙氣脫硝，工藝技術(shù)先進(jìn)，運(yùn)行效果高效且穩(wěn)定。脫硝運(yùn)行溫度均為200℃~230℃，SO₂濃度不高于35mg/Nm³，SO₃濃度不高于50mg/Nm³，粉塵含量不高于10mg/Nm³。

　　為保證SCR催化劑的化學(xué)壽命≥20000小時(shí)，脫硝系統(tǒng)設(shè)計(jì)催化劑運(yùn)行溫度為230℃。經(jīng)脫硫除塵后的原煙氣先經(jīng)過MGH（冷凝系統(tǒng)）將脫硫后煙氣降2℃~5℃，再經(jīng)過SCR-GGH（回轉(zhuǎn)式煙氣換熱器）一級換熱升溫至185℃~190℃，再經(jīng)過SGH蒸汽加熱器二級加熱升溫后到達(dá)設(shè)計(jì)的催化劑運(yùn)行溫度230℃。SCR及消白一體化系統(tǒng)主要包括氨儲存供應(yīng)系統(tǒng)、冷凝系統(tǒng)、煙氣系統(tǒng)、SCR反應(yīng)器本體、催化劑系統(tǒng)、吹灰系統(tǒng)、SGH蒸汽補(bǔ)熱系統(tǒng)、SCR-GGH系統(tǒng)、脫硝增壓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、在線檢測系統(tǒng)、電氣及控制等。SCR脫硝項(xiàng)目的工藝流程圖如下所示：

　　3.2煙氣系統(tǒng)

　　煙氣系統(tǒng)是指脫硫出口至煙囪的所有脫硝系統(tǒng)的連接煙道及旁路煙道?？紤]到低溫濕煙氣容易造成催化劑的坍塌，影響催化劑的物理壽命，設(shè)置脫硝反應(yīng)器旁路煙道，加裝開關(guān)型擋板門，同時(shí)在脫硝反應(yīng)器進(jìn)口煙道設(shè)計(jì)開關(guān)型擋板門，保證脫硝系統(tǒng)啟動前期，當(dāng)煙溫達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的200℃~230℃時(shí)，低溫濕煙氣通過SCR反應(yīng)器旁路導(dǎo)入煙囪直接排入大氣，實(shí)現(xiàn)對SCR催化劑的保護(hù)。

　　煙氣流程為：脫硫除塵冷凝后的煙氣經(jīng)過GGH升溫后，再經(jīng)過SGH補(bǔ)熱系統(tǒng)加熱，煙氣溫度升至230℃后，煙氣垂直向上通過煙道，經(jīng)過噴氨格柵和氨氣充分混合再經(jīng)導(dǎo)流板均勻分布后流入SCR反應(yīng)器頂部，成垂直向下流入第1層催化劑。煙氣通過SCR催化劑完成脫硝后，經(jīng)GGH降溫后，由增壓風(fēng)機(jī)送入煙囪達(dá)標(biāo)排放。

　　煙道均采用普通鋼制矩形或圓形煙道。由于脫硫塔出口煙氣溫度較低、煙氣含濕量較大，脫硫塔出口至SCR-GGH入口的煙道采用Q235材質(zhì)+防腐、SCR-GGH原煙氣側(cè)出口至SHG出口煙道采用316L材質(zhì)、SCR反應(yīng)器旁路煙道采用Q235材質(zhì)+防腐、旁路煙道擋板門和反應(yīng)器入口擋板門閥板采用碳鋼包覆2205材質(zhì)、SGH加熱管采用2205材質(zhì)。煙道加固肋布置在煙道外部，盡量減少煙道內(nèi)部支撐以防止磨損。脫硝后的煙氣通過煙道連接進(jìn)入煙囪。

　　3.3冷凝+SCR-GGH系統(tǒng)

　　SCR-GGH采用回轉(zhuǎn)式換熱器。換熱器漏風(fēng)率小于3%。鍋爐煙氣經(jīng)過濕法脫硫和冷凝器后，進(jìn)入GGH的煙氣溫度為45℃~50℃左右，原煙氣通過GGH受熱面后，溫度由45℃~50℃加熱至185℃~190℃。而脫硝后的凈煙氣再進(jìn)入GGH從225℃（脫硝反應(yīng)器考慮5℃的溫降）冷卻至85℃~90℃左右，通過引風(fēng)機(jī)后再排入煙囪。由于煙氣溫度控制在85℃~90℃左右，實(shí)現(xiàn)煙氣“脫白”。

　　冷凝系統(tǒng)主要由MGH本體、冷卻水泵、降溫塔系統(tǒng)以及配套的電氣、控制系統(tǒng)組成。

　　GGH系統(tǒng)主要由GGH本體、驅(qū)動裝置、吹灰裝置、低泄露密封系統(tǒng)以及配套的電氣、控制系統(tǒng)組成。

　　3.4 SGH蒸汽補(bǔ)熱系統(tǒng)

　　待脫硝原煙氣經(jīng)過GGH換熱器加熱后，溫度達(dá)到185℃~190℃，在SCR-GGH原煙氣出口增加一套SGH蒸汽補(bǔ)熱裝置，引入4.0MPa、250℃飽和蒸汽，加熱煙氣升溫40℃，將煙氣溫度從185℃~190℃加熱至230℃，滿足SCR催化劑所需的溫度。

　　本脫硝系統(tǒng)配置一臺SGH蒸汽加熱器，加熱管材質(zhì)選用2205，加熱器殼體材質(zhì)為316L。

　　3.5 SCR反應(yīng)器本體

　　SCR反應(yīng)器為NH₃與NO_x發(fā)生反應(yīng)的主要設(shè)備。當(dāng)氨氣和煙氣混合進(jìn)入SCR反應(yīng)器后，在催化劑的作用下，NH₃有選擇地把煙氣中的NO_x還原為無毒無污染的氮?dú)夂退?。同時(shí)二噁英在SCR反應(yīng)器中大部分發(fā)生分解反應(yīng)。通過吹灰器定時(shí)將積灰吹掃干凈，避免造成催化劑失效導(dǎo)致脫硝效率的下降。反應(yīng)器內(nèi)的主要化學(xué)反應(yīng)如下所示：

　　4NH₃+4NO+O₂=4N₂+6H₂O

　　8NH₃+6NO₂=7N₂+12H₂O

　　SCR反應(yīng)器采用底部支撐，反應(yīng)器內(nèi)部考慮防磨措施。反應(yīng)器內(nèi)部各類加強(qiáng)板、支架均設(shè)計(jì)成不易積灰的型式，同時(shí)考慮熱膨脹的補(bǔ)償措施。反應(yīng)器入口煙道設(shè)非金屬膨脹節(jié)，反應(yīng)器出口與回轉(zhuǎn)式換熱器之間設(shè)不銹鋼金屬膨脹節(jié)。

　　SCR反應(yīng)器能承受運(yùn)行溫度350℃不少于5h的考驗(yàn)而不產(chǎn)生任何損壞。

　　SCR反應(yīng)器的使用壽命不小于30年。

　　反應(yīng)器內(nèi)的流場分布對脫硝效率及催化劑壽命有重大影響。針對各項(xiàng)目的脫硝反應(yīng)器均有詳細(xì)的流場模擬，在模擬的基礎(chǔ)上對反應(yīng)器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)以達(dá)到最佳的流場分布。

　　催化劑層數(shù)：2（初始）+1（備用）。初裝兩層催化劑，脫硝效率可達(dá)到90%以上，NO_x排放濃度≤45mg/Nm³。

　　預(yù)留兩層催化劑備用層空間，待催化劑服役到期后或NO_x排放濃度進(jìn)一步提標(biāo)時(shí)，可通過在備用層加裝催化劑，確保NO_x排放濃度≤45mg/Nm³。

　　催化劑有效使用期限：≥24000小時(shí)（年運(yùn)行時(shí)間8000小時(shí)）。

　　催化劑設(shè)計(jì)應(yīng)考慮燃料中含有的任何微量元素可能導(dǎo)致的催化劑中毒及采取防止催化劑中毒的有效措施。

　　3.6吹灰裝置

　　由于煙氣經(jīng)過SCR裝置流速降低，煙氣中的飛灰會沉集于SCR裝置內(nèi)和SCR催化劑表面，在每層催化劑的上端設(shè)置吹灰器，清掃沉集于催化劑入口處的飛灰，防止堵塞催化劑通道。SCR催化劑的吹灰器采用聲波吹灰器。

　　3.7氨存儲供應(yīng)系統(tǒng)

　　氨水存儲、供應(yīng)系統(tǒng)，通過氨水輸送泵將氨水輸送至低溫SCR脫硝系統(tǒng)。

　　3.8脫硝增壓引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)

　　新增脫硝及消白一體化系統(tǒng)后，整個系統(tǒng)需增加阻力約4000Pa。其中冷凝器阻力約500Pa，煙道阻力約400Pa，SGH加熱器阻力約500Pa，SCR反應(yīng)器及催化劑阻力約800Pa（含備用層催化劑），回轉(zhuǎn)式換熱器冷、熱煙氣側(cè)阻力1800Pa。

　　脫硝系統(tǒng)配置一臺脫硝增壓風(fēng)機(jī)。增壓風(fēng)機(jī)全壓按4500Pa設(shè)計(jì)，排煙溫度按90℃~100℃設(shè)計(jì)。

　　4結(jié)束語

　　生物質(zhì)鍋爐物若采用煙氣超低排放－脫硝技術(shù)（中低溫SCR脫硝技術(shù)）可滿足超低排放要求；亦滿足日益嚴(yán)苛的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求，此工藝運(yùn)行穩(wěn)定，抗鍋爐負(fù)荷波動性好。與此同時(shí)具有協(xié)同消白功能。企業(yè)要想在激烈的競爭中搶占先機(jī)，必然要對內(nèi)部的污染物治理做出創(chuàng)新和改革。