生物质锅炉超低排放技术

全球生物质发电装机容量约1亿千瓦。美国生物质直燃发电已达1590万千瓦，占全美发电量的1.6%。巴西生物质直燃发电1100万千瓦，其中蔗渣直燃发电量占50%。欧洲生物质燃料以热电联产为主，已成为北欧国家的重要供热方式。

全球现有760座生物质固体燃料工厂，产能达4200万吨，消费量约3000万吨，其中，65%用于供热，35%用于发电。欧洲是世界最大的生物质成型燃料消费地区，年均消耗约1800万吨，占全球消费量的60%。我国目前，农林生物质发电约1200万千瓦。

我国生物质成型燃料年利用量约800万吨，主要用于城镇供暖和工业供热等领域。 成型燃料机械制造、专用锅炉制造、燃料燃烧等技术可完全国产化，已初步具备较大规模产业化发展条件。

2 生物质电厂烟气特点

①炉膛温度差别大，生物质锅炉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，炉堂温度分别为700～760℃，880—950℃、850—1100℃；

②烟气含湿量高，生物质中氢元素含量较高，烟气中含水量也高，可达到15％～30％左右，而燃煤锅炉烟气含水量不会超过10％；

③烟尘碱金属含量高可达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、氮氧化物含量在100—250 mg／m3间波动，如燃料中掺杂模板、木材、树皮，烟气中二氧化硫、氮氧化物含量在250～600 mg/m3间波动，瞬时也可达1 000 mg/m3以上。

生物质锅炉烟气的除尘和脱硫采用传统的布袋除尘、干法或湿法脱硫等脱除工艺很容易就能达到新的排放要求。但脱硝受生物质锅炉烟温低、受热面多、飞灰粘附性强、碱金属多等因素，采用燃煤锅炉常用的SNCR或SCR脱硝工艺难以实现达标或长期稳定运行，因此迫切需要找到一种新型脱硝方案，以便将烟气中烟尘、二氧化硫、氮氧化物的排放限值达到超低排放要求。同时需结合生物质燃烧除尘后的灰利用、氨逃逸控制等问题提出合理方案。

3 工艺路线

综合考虑系统运行的可靠性、稳定性、经济性以及系统对锅炉负荷的影响，本方案采用的工艺路线如下：

对锅炉的尾部受热面调整设计，满足SCR要求，预除尘器入口（烟气温度在250℃-350℃之间） →“SDS干法脱硫系统 +壁流式蜂窝陶瓷过滤器+SCR脱硝+中低温受热面”为技术核心的工艺方案，低耗高效解决业主存在的污染问题，使业主生物质烟气经本净化系统净化后，可达到国家规定的标准并回收热资源。

1. 干法脱硫系统

新建一套干法脱硫系统，布置在高温受热面出口（温度250-350℃）。主要设备包括储仓及其附属设备、输送及喷射系统、旋流混合装置。在合适位置处喷射高效脱硫剂（脱硫剂采用小苏打或者高活性氢氧化钙），脱硫剂与烟道内烟气中的 SO2及其他酸性介质充分接触发生化学反应，被吸收净化。

NaHCO3超细粉在高温烟气（大于140℃）的作用下，迅速分解，生成高活性的Na2CO3颗粒，并生成二氧化碳和水。由于颗粒粒径很小，颗粒内部生成的二氧化碳和水会撑破颗粒外表面，将Na2CO3颗粒塑造成一个具备大量微孔和比表面积的高活性物质，能够迅速与烟气中的酸性物质（SO2、SO3等）反应。

环保脱硫用高比表面氢氧化钙粉体不同于传统微米级氢氧化钙，是一种具有高比表面积和高界面反应活性的纳米/亚微米级粉体，该产品具有比表面积大、孔隙发达、粒径更小等特点。普通氢氧化钙脱硫效率仅有30%-50%，而高比表面氢氧化钙脱硫效率可达90%以上。

Ca(OH)2+SO2=CaSO3+H2O

Ca(OH)2+SO3=CaSO4+H2O

Ca(OH)2 +HF=CaF2 +H2O

Ca(OH)2 +HCl=CaCl2 +H2O

Ca(OH)2+SO2+1/2O2=CaSO4+H2O

主要技术指标

从图 1 可以看出，高比表氢氧化钙（b 图）与普通氢氧化钙（a 图）相比，几何尺寸略小，颗粒形态从块状团簇体转变为多孔无规则，界面从相对平整的板 状或台阶状转变为遍布突起的无定形粗糙界面，颗粒细部微观结构趋于复杂，粗 糙度上升，比表面积随之倍增。

图 2 的数据，从另一个维度表面反映出高比表面氢氧化钙的性状特征，即平均粒径小、粒径分布更窄，30μm 以下小颗粒占主体，累积达到 99%；其 20nm 以下中小孔径占主体，累积达到 70%以上，而普通氢氧化钙则是以 40nm 以上的大孔为主，这是造成 BET 比表面和孔容积大小，以及对酸气吸附性能高低的根源。

干法脱硫系统主要由原料仓存储下料系统、喷射系统，混合反应系统等部分组成。工艺流程如下：

本系统选用高效旋风混合装置+除尘器作为脱硫反应塔，高效旋风混合装置是由进气管、排气管、圆筒体、圆锥体和灰斗组成，在高速气流的作用下，脱硫剂与烟气产生激烈的湍动与混合，充分接触，气固两相流机制，极大地强化了气固间的传质与传热，为实现高脱硫率提供了根本的保证，经过旋流混合装置后，烟气进入除尘器，在除尘器内脱硫剂与烟气SO2继续反应，脱硫产物及烟气中粉尘最终被除尘器捕集。

1. 尘硝一体化装置(壁流式蜂窝陶瓷过滤器+SCR脱硝)

本着节约空间，节约投资，减少散热损失的目的，我们设计的方案将脱硝催化剂内置在除尘器上部。

本项目除尘采用陶瓷壁流式过滤除尘器，过滤精度高，使用寿命长，便于清洗。

蜂窝陶瓷过滤除尘器采用堇青石作为原料，采用壁流式结构设计，过滤器具有一系列规则的 平行通道，所有通道的进、出口被交错密封，通道壁具有较高的气孔率和合适的孔径分布，构成多个相互独立的过滤单元。

过滤器采取交错立体过滤机制，具有超高过滤面积，装填密度高、使得采取本产品的设备设计简单化、小型化。采取非对称膜结构，孔径分布窄，过滤精度高，不易产生堵塞，抗热震性能强，高显气孔率与高强度性能兼备；具有超薄的过滤路径，过滤壁厚≤1.2mm，压损低，能耗低；同时该载体涂敷部分CO预催化组分，具有一定CO脱除功能。

该除尘系统具有体积小，阻力低，抗高温（不高于900℃）的特点，使用寿命长，可采用高温及超声清洗等手段进行再生。可使用复杂成分烟气除尘。

选择性催化还原(SCR)技术是目前应用最多而且最有成效的烟气脱硝技术。SCR技术是在金属催化剂作用下，以NH3作为还原剂，将NOx还原成N2和H2O。NH3不和烟气中的残余的O2反应，而如果采用H2、CO、CH4等还原剂，它们在还原NOx的同时会与O2作用，因此称这种方法为“选择性”。工作原理如图所示，主要反应方程式为：