生物质
燃烧器定制脱硫脱硝技术
1. 生物质直燃
燃烧器定制概述
生物质直燃
燃烧器定制是以生物质能源作为燃料的新型
燃烧器定制,农业生产过程中的废弃物,如农作物秸秆、农林业加工业的废弃物等都可作为
燃烧器定制的燃料。生物质直燃
燃烧器定制排放烟气中的二氧化硫、氮氧化物含量较低,且不产生废渣。因此与燃煤
燃烧器定制相比,更加节能环保。现行的生物质
燃烧器定制烟气的排放标准按《
燃烧器定制大气污染物排放标准》(GB 13271-2014) 执行。即尘、二氧化硫、氮氧化物的排放限值为 30,200,200 mg /m3,其中重点地区按 20,50,100 mg / m3执行。但随着国家对
燃烧器定制烟气环保标准的提高,加上
燃烧器定制烟气超低排放的推广实行,大气污染物排放要求将会更严格。目前很多生物质
燃烧器定制企业已经按照10,35,50 mg / m3的排放限值对
燃烧器定制进行整改。
经对生物质直燃
燃烧器定制烟气调研、测试、分析,生物质
燃烧器定制烟气有如下特点:①炉膛温度差别大,生物质
燃烧器定制主要有炉排炉和循环流化床炉,每种炉型又分为中温中压炉、次高温次高压炉、高温高压炉,膛温度分别为 700~760℃、880~950℃、850~1100℃;②生物质中氢元素含量较高,烟气中含水量也高,可达到15%~30%;③烟尘含碱金属质量分数较高,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、氮氧化物浓度在120~250mg/m3波动,如燃料中掺杂模板、木材、树皮,烟气中二氧化硫、氮氧化物浓度在 250~600 mg/m3波动。
2. 脱硝技术
生物质的
燃烧器定制由于燃料种类多、热值低、给料均匀性差,造成燃烧区内的温度变化剧烈,
燃烧器定制出口初始氮氧化物排放浓度波动大。生物质
燃烧器定制脱硝首先要稳定炉膛出口NOx的浓度。生物质可采用的烟气脱硝方式包括:SNCR脱硝技术,SCR脱硝技术,臭氧氧化脱硝技术,ZYY脱硝技术等。
2.1 SNCR脱硝
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,但其脱硝效率一般为20~50%左右,很难达到更高的脱硝效率。
2.2 SCR脱硝
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脱硝技术,是烟气脱硝效率最高最有效的固定源NOx治理的技术,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,同时最大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。
2.3臭氧氧化脱硝技术
燃烧器定制烟气中的 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 氧化为可溶的 NO2,然后在洗涤塔内通过冷却、喷淋最终将氮氧化物吸收,达到脱除的目的。
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
燃烧器定制等原设备改造。
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。
2.4ZYY脱硝技术
ZYY脱硝技术为北京巨亚环保科技股份有限公司的专利技术,专利说明书CN 201811092310.5中叙述ZYY技术脱硝率84‑96%,脱硫率98%以上。
ZYY脱硫脱硝技术是利用工业尿素CH4N2O作为烟气中硫氧化物、氮氧化物的还原剂,通过将尿素细粉喷入生物质
燃烧器定制的炉膛上方,在脱硫脱硝催化剂的作用下,尿素细粉在炉膛中于750~960℃温度下分解成氨和异氰酸,氨和异氰酸与烟气中的SO2、NO、NO2进行还原反应,SO2还原生成单质S和水,NO和NO2还原生成氮气N2和H2O。
尿素分解反应:CH4N2O→NH3 HNCO
脱硝反应:2HNCO 2NO2 O2→N2 2NO 2CO2 2H2O
2NH3→N2 3H2NO2 H2→NO H2O2NO 2H2→N2 2H2O
脱硫反应:SO2 2H2→S↓ 2H2O 2SO2 2CO→2S↓ 3CO2
ZYY技术虽然投资成本低,但存在很多问题:①运行成本高,需要使用北京巨亚公司专供的药剂;②ZYY脱硫脱硝催化剂为消耗品,寿命为一年,需要每年进行更换;③脱硫副反应中间体COS(羰基硫)有毒性,应该控制其生成;④SO2以单质S的形态扣留到灰分中,单质S在室外环境中将会解体并逐渐被氧化为SO2,重新回到环境中,需对单质硫从灰中分离回收,才能真正实现脱硫。
3.脱硫技术
生物质燃烧产生的SO2主要来源于燃料中有机硫的氧化和硫酸盐的热分解,与生物质燃料品种有关。目前,为降低SO2的排放指标,生物质发电厂可采用的脱硫技术包括:炉内脱硫、半干法脱硫(SDA、CFB)、干法脱硫(SDS)以及湿法脱硫等。
3.1炉内石灰石脱硫
炉内石灰石脱硫技术是通过向炉内直接添加石灰石粉来控制SO2的排放。投入炉内的石灰石在850℃左右条件下发生锻烧反应生成氧化钙,然后氧化钙、SO2和氧气经过一些列化学反应,最终生成硫酸钙,化学反应式为:
CaCO3→CaO+CO2(煅烧反应)
CaO+SO2+1/2O2→CaSO4(固硫反应)
国内燃煤流化床
燃烧器定制炉内脱硫效率一般达60%,生物质循环流化床
燃烧器定制炉内喷钙脱硫的效率比传统燃煤循环流化床
燃烧器定制低,大约在50%左右。甚至更低,要获得更高的脱硫效率,需考虑炉后脱硫。
3.2 SDA旋转喷雾半干法脱硫
半干法脱硫最常用的工艺为SDA旋转喷雾半干法。SDA法的工艺流程为:石灰制备系统将熟石灰制备成一定浓度的Ca(OH)2浆液,该浆液经过旋转雾化器喷入半干式反应塔中,形成极小的雾滴,喷入100~150℃
燃烧器定制出口烟气中,烟气与石灰浆液雾滴充分接触发生物理、化学反应,气体中的SO2等酸性其他被吸收净化。同时,部分与氧气发生氧化反应,使CaSO3转化为CaSO4。反应式为:
SO2 Ca(OH)2→CaSO3 H2O
SO2 1/2O2 Ca(OH)2→CaSO4 H2O
SO3 Ca(OH)2→CaSO4 H2O
2HCl Ca(OH)2→CaCl2 H2O
2HF Ca(OH)2→CaF2 H2O
SDA脱硫工艺特点:脱硫效率高达98%以上;SDA工艺系统结构简单,调节灵活,可控性好;湿法脱硫的机理,干法的特点;无废水产生,系统不需防腐处理。
3.3 CFB循环流化床半干法脱硫
循环流化床烟气脱硫工艺的原理是:脱硫剂Ca(OH)2粉末和烟气中的SO2,在有水参与的情况下,在Ca(OH)2粒子的液相表面发生反应,反应机理与SDA旋转喷雾干燥相同。其主要反应发生在100~150℃脱硫反应塔内,Ca(OH)2粉末、烟气及喷入的水分,在流化状态下充分混合,此时由于有水参与,Ca(OH)2粉末表面离子化,烟气中的酸性气体与Ca2 接触并迅速反应。
由于有物料再循环系统,使得脱硫塔内参加反应的Ca(OH)2量远远大于新投加的Ca(OH)2量,即实际反应的脱硫剂与酸性气体的摩尔比远远大于表观摩尔比,从而使SO2、SO3、HCl、HF等酸性气体能被充分地吸收,实现高效脱硫。
CFB主要工艺特点:烟气、物料、水在剧烈的掺混升降运动中接触时间长、混合充分,脱硫效率达到90%;不产生废水,不需要设置废水处理系统;尾部烟囱不需要防腐。
3.4 SDS干法脱硫
SDS干法脱硫可采用碱性吸收剂喷射,在
燃烧器定制出口后端合适位置增加碳酸氢钠超细粉喷射口,使其与180~250℃烟气中的SO2发生化学反应,如:
2NaHCO3 热量-----Na2CO3 CO2 H2O
Na2CO3 SO2 1/2 O2 热量-----Na2SO4 CO2
SDS工艺主要技术特点:脱硫效率可达95%以上;对烟气流量、SO2浓度等工况的变化适应性较强;脱硫剂成本较高,总体运行成本相对较高,适用于烟气含硫量低(或烟气量小),总消耗量不大,这样吸收剂增加的成本不敏感;腐蚀性轻微,基本不用采取特殊防腐措施,但需采取相应防磨措施;由于脱硫工艺不需要对烟气进行了増湿减温,排放烟气温度基本没有降低,烟气排放始终保持良好的视觉效果;系统不产生废水。由于SDS反应窗口温区(即烟气温度180~250℃),这样才能保证90%以上的脱硫效率。对于生物质
燃烧器定制采用SDS干法脱硫系统,由于生物质
燃烧器定制一般的排烟温度是较低,一般是130-150℃,为了保证较高的脱硫效率,需将
燃烧器定制烟气升温,造成运行成本的大大增加。
3.5湿法脱硫
湿法脱硫采用石灰石浆液、氢氧化钠溶液或者氨水等碱性溶液与烟气接触,吸收液通过高效喷嘴雾化喷入吸收塔,分散成细小的液滴并覆盖吸收塔的整个断面。液滴中的碱液与塔内烟气逆流充分接触,发生传质与吸收反应,烟气中的SO2、SO3等被碱液吸收。
该工艺的特点是:技术比较成熟,脱硫效率高(90~98%);适应性强,能适应高浓度SO2烟气条件;产生脱硫废水;系统复杂,几乎所有设备都需防腐;排烟温度低于烟气露点温度,烟囱需要做防腐。烟囱排烟存在烟羽问题、脱硫废水二次污染问题。
4.生物质
燃烧器定制脱硫脱硝推荐工艺分析
针对20万标方烟气,排烟120~140℃的生物质
燃烧器定制,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。
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;脱硫有SDA半干法、CFB半干法、钠减法湿法三种脱硫工艺可供选择。脱硫脱硝设备投资与运行费用如表4.1所示。
表4.1 设备投资与运行费用SNCR和SCR还原剂采用尿素,SNCR工艺在脱除部分NOx的同时也为后面的SCR提供所需要的氨,可以省却尿素热解喷射系统的设置。对于没有设置SNCR的系统,若需增设补氨系统,采用尿素热解工艺,设备投资费用需要另增加75万元,运行费用每年增加80万元。
生物质
燃烧器定制可行的脱硫技术有半干法(SDA、CFB)和湿法脱硫。与半干法脱硫相比,湿法脱硫产生脱硫废水,存在二次污染问题;虽然钠碱湿法脱硫总体投资比半干法脱硫省20~30%,但运行成本每年高出半干法500万。
CFB循环流化床半干法脱硫技术与SDA相比,运行成本基本持平,但投资成本高300万,且系统相对复杂,维护不方便。
SDA旋转喷雾半干法脱硫技术工艺系统结构简单,调节灵活,运行成本低;无废水排放问题;系统不需防腐处理;系统维护相对简单。是比较适合生物质
燃烧器定制烟气脱硫的技术。
综合分析和比较,SNCR SCR SDA是比较合适于生物质
燃烧器定制的脱硝脱硫工艺路线,其总设备投资成本为2340万元,运行费用为440万元/年。
内容来源:北极星环保网
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