当前位置: 主页 > 能源技术 > 生物质循环流化床锅炉臭氧脱硝试验研究

生物质循环流化床锅炉臭氧脱硝试验研究

发布时间:2019-10-09 08:10内容来源:网络整理 点击:

张建平2,万凯迪1,王荣涛2,徐超群1,贾卫卫2,王智化1

(1.浙江大学能源清洁利用国家重点实验室,浙江杭州310027;2.中国光大绿色环保有限公司,广东深圳518040)

  摘要:为了揭示生物质锅炉中活性分子臭氧脱硝的特点,在一台应用了活性分子臭氧深度一体化超低排放技术的生物质循环流化床锅炉上,开展烟气臭氧脱硝试验。采用烟气分析仪测量锅炉尾部烟道活性分子臭氧喷入前和塔顶烟囱处的烟气组分,重点探究了脱硝前后烟气污染物的排放特性以及臭氧投加量对脱硝效果的影响。结果表明:由于入炉生物质燃料的水分和热值的变化有较强的随机性,机组负荷及CO、NOx等污染物初始浓度均随之波动:烟气中NOx初始浓度的平均值为146mg/m3,最高值可达480mg/m3,其瞬时值与含氧量有着非常强的线性相关性,线性回归相关系数(R2)为0.96:随着臭氧投加量的增加,脱硝率从臭氧发生器功率为118kW时的24%增至250kW时的95%:应用活性分子臭氧脱硝技术后,臭氧发生器功率为250kW时,烟气中NOx浓度一直稳定在15mg/m3以下,满足超低排放标准要求。

  我国城区内及城市周边乡镇拥有大量的小型燃煤锅炉,烟气污染十分严重,直接影响了城市及周边乡镇的空气质量[1]。为此,许多城市取消燃煤锅炉,采取“煤改气”等措施减少污染[2]。目前,“煤改气”在北京、天津、上海等重点城市得到了补贴和推广应用,同时在其他城市的推广力度也很大,烟气污染问题在逐渐改善。但“煤改气”依然存在财政补贴缺口和气源短缺问题[3-4]

  我国作为农业大国,每年都产生大量的农作物秸秆及林业废物等生物质资源,而这些资源尚未得到合理利用[5]。采用可再生的生物质能源代替煤炭用作小型锅炉的燃料能够打开双赢的局面,不但节约了化石燃料,同时发挥了生物质燃料环境友好、可以再生的优点[6]

  当前,随着国家环保要求的日益严格,对生物质锅炉污染物减排的需求也愈加迫切[7]。国家发展和改革委员会、国家能源局于2016年12月发布的《能源发展“十三五”规划》[8]反复提及对能源环保、污染物排放的要求,部分地区已要求生物质锅炉烟气排放标准按照超低排放标准[9]执行。然而,一方面针对大型电站锅炉开发的超低排放技术工艺过于复杂和昂贵,对于中小型企业来说投入过大:另一方面,对于治理难度较大的NOx,由于中小锅炉尾部烟道烟气温度较低(<200℃),传统的选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)和非选择性催化还原(selective non-catalytic reduction,SNCR)技术均难以实施[10]。因此,利用臭氧作为氧化剂的低温氧化一体化超低排放技术近年来已成为国内外中小锅炉烟气综合治理领域的研究热点[10-13]

  笔者针对活性分子臭氧深度一体化超低排放技术在生物质锅炉中的应用展开研究,重点研究脱硝前后烟气污染物的排放特性以及臭氧投加量对脱硝效果的影响,旨在揭示生物质锅炉中活性分子臭氧脱硝的特点,以期为该技术在生物质锅炉行业的进一步推广提供借鉴。

  1试验锅炉及其脱硝工艺

  1.1锅炉概述

  试验锅炉为自然循环、循环流化床锅炉,额定蒸发量为130t/h,额定蒸气温度为540℃,额定蒸气压力为9.81MPa,给水温度为210℃。锅炉采用半塔式布置(高温过热器以及低温过热器布置在分离器前),中温分离。用来产生蒸气的热量来自流化床系统。燃烧产生的高温烟气夹带着物料通过炉膛向上流动,通过水冷吊挂管、高温过热器、中温过热器及炉膛上部后水冷壁两侧的出口,切向进入蜗壳式绝热旋风分离器,粗的物料在旋风分离器内被分离下来后经过与旋风分离器底部相连的回料器,返回位于布风板之上的炉膛密相区,实现循环燃烧。

  烟气经位于旋风分离器顶部的出口烟道,通过尾部包墙过热器前包墙进入尾部第一竖井烟道,在竖井烟道内,烟气向下冲刷并向四壁及其内的尾部受热面(依次为低温过热器、省煤器以及空预器)放热,最后流经第二竖井烟道的空气预热器后离开锅炉本体。

  1.2锅炉燃料情况

  锅炉燃料由多种生物质组成,包括黄秆(稻杆、麦秆、稻壳)以及灰秆(桑树枝)等。燃料及其灰分化学指标分别见表1和表2。从表1和表2可以看出,该生物质混合燃料的灰分中碱金属K(以K2O计)占比很高,其中桑树枝的灰分中K2O占比可达30%以上。

  1.3锅炉烟气脱硝工艺

  由于锅炉燃烧的是生物质燃料,热值相对偏低,炉膛出口温度不足800℃,完全没有SNCR的反应温度窗口,导致SNCR脱硝工艺无法实施[12]。其次生物质燃烧烟气中碱金属K占比较高,对热段/高灰形式布置的SCR系统而言,碱金属进入催化剂孔道与催化剂表面接触能直接与活性位发生作用而导致催化剂钝化继而失活[14]。因此,生物质锅炉不适合采用热段/高灰形式布置的SCR工艺。

  锅炉采用了活性分子臭氧深度一体化超低排放(臭氧脱销)工艺[15-16],该工艺与燃烧过程无关,适用于各种烟气,具有对锅炉负荷变化不敏感,对炉型和烟气成分不挑剔,调节响应速度快等优点。活性分子与污染物的气相反应为均相反应,反应迅速,而且与固体颗粒物的反应不敏感,脱硝率最高可达95%以上。臭氧脱硝工艺适用于60~150℃的锅炉尾部低温烟气,烟气流速一般需小于20m/s,对锅炉负荷及初始NOx浓度没有要求。臭氧脱硝技术可适用于传统SCR、SNCR难以适用的低温烟气及复杂烟气成分场合,如炭黑干燥窑、生物质电厂、垃圾焚烧炉尾气等难治理场合,对锅炉设备改动量小,运行稳定可靠,在工业锅炉的超低排放治理中具有显著的优势(表3)。

  2试验方法

顶一下
(0)
0%
踩一下
(0)
0%
------分隔线----------------------------