降低生物質(zhì)鍋爐排放氮氧化物及硫化物的控制分析

高仰東

摘要：生物質(zhì)燃料中含有的氮會(huì)在燃燒期間形成NO，同時(shí)秸稈等生物質(zhì)燃料也會(huì)促進(jìn)NO排放量不斷提升。隨著我國(guó)生態(tài)保護(hù)意識(shí)逐漸完善，對(duì)于氮氧化物及硫化物排放控制也有了全新需求。主要針對(duì)降低生物質(zhì)鍋爐排放氮氧化物及硫化物的控制進(jìn)行分析，以此為強(qiáng)化氮氧化物及硫化物排放控制提供有力支持。

關(guān)鍵詞：生物質(zhì)燃料;氮氧化物;硫化物;控制

中圖分類號(hào)：X701

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI： 10.15913/j.cnki.kjycx.2019.08.061

生物質(zhì)燃料是結(jié)合社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展形成的全新燃料，具有再生性、多元化以及低排放等優(yōu)勢(shì)。其中生物質(zhì)燃料在熱值較低、多變性以及破壞大氣環(huán)境等因素影響下，阻礙了發(fā)展與普及。因此需要根據(jù)實(shí)際需求，深入研究生物質(zhì)鍋爐，在高效運(yùn)用生物質(zhì)燃料的同時(shí)，降低氮氧化物及硫化物氣體的排放。

1 生物質(zhì)燃料

通常情況下，各種生物質(zhì)燃料之間的參數(shù)具有較大差異，需要結(jié)合實(shí)際需求與混合配比將燃料混合后進(jìn)行使用。其中生物質(zhì)燃料主要具有以下三方面特征：①含水量較高。當(dāng)燃料進(jìn)入到生物質(zhì)鍋爐時(shí)，所含的水會(huì)消耗一定爐膛熱能，鍋爐床溫降低，提高燃料預(yù)熱時(shí)間，進(jìn)而促進(jìn)排煙體積快速提升。②黏度較大。生物質(zhì)燃料在經(jīng)過(guò)混合與進(jìn)入生物質(zhì)鍋爐燃燒期間經(jīng)常會(huì)受到擠壓，使燃料在進(jìn)入爐膛時(shí)主要為團(tuán)狀或塊狀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致給料機(jī)出現(xiàn)堵料或卡死等現(xiàn)象。③具有較強(qiáng)易燃易爆特征[1]。一些生物質(zhì)燃料較為松散與干燥，還會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)粉塵現(xiàn)象，使用前都會(huì)在料倉(cāng)中進(jìn)行積壓，進(jìn)而導(dǎo)致爆炸風(fēng)險(xiǎn)的提升;同時(shí)在進(jìn)入爐膛中也會(huì)出現(xiàn)爆燃現(xiàn)象，使得爐膛負(fù)壓缺乏穩(wěn)定性。生物質(zhì)燃料特征數(shù)據(jù)如表1所示。

2 氮氧化物與硫化物

2.1 硫化物

通過(guò)生物質(zhì)燃料特征數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，其所含的硫化物相對(duì)較少。所以在實(shí)際檢測(cè)期間主要是對(duì)CO（一氧化碳）排放量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。其中生物質(zhì)燃料在還原性作用下，逐漸形成CO。這時(shí)生物質(zhì)燃料燃燒化學(xué)式從C+02—C02轉(zhuǎn)變?yōu)镃02+C—C0[2]。所以對(duì)硫氧化物進(jìn)行控制的主要標(biāo)準(zhǔn)就是促進(jìn)生物質(zhì)燃料中的C與02實(shí)現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)，防止C02形成期間受到還原性影響轉(zhuǎn)變?yōu)镃O，避免硫氧化物控制指標(biāo)出現(xiàn)提升現(xiàn)象。

2.2 氮氧化物

生物質(zhì)燃料燃燒期間主要可分為燃料型、熱力型與快速型三種類型。但受到相關(guān)因素影響，生物質(zhì)鍋爐氮氧化物主要是以燃料型為標(biāo)準(zhǔn)。其中燃料型氮氧化物的形成溫度需要確保在600 - 800℃之間，這與生物質(zhì)燃料中N（氮）含量具有直接關(guān)系。氮氧化物實(shí)際排放總量中，燃料型氮氧化物排放量為60% - 80%之間。結(jié)合上述內(nèi)容可知，生物質(zhì)燃料中含有的氮在氧化作用下形成NO（一氧化氮），其化學(xué)反應(yīng)式為N+02一NO，同時(shí)N0+02一N02.分析化學(xué)反應(yīng)式可以了解到，當(dāng)N02形成前，N會(huì)在氧化作用下轉(zhuǎn)變?yōu)镹O，其穩(wěn)定性相對(duì)較弱，這時(shí)就會(huì)受到還原現(xiàn)象影響形成N2，而在氧化現(xiàn)象影響下還會(huì)形成N02，N2與N02都具有較強(qiáng)穩(wěn)定性[3]。所以，想要促進(jìn)生物質(zhì)燃料氮氧化物排放控制力度提升，需要確保燃料燃燒期間處于還原作用影響下，這時(shí)N會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)镹O，接著還原成具有較強(qiáng)穩(wěn)定性的N2，這就可有效控制氮氧化物排放量。

3 氮氧化物與硫化物控制經(jīng)驗(yàn)

3.1 控制中存在的不足

給料缺失。在燃料含水量較大以及流動(dòng)性較弱等因素影響下致使?fàn)t膛正壓，因此堵料等問(wèn)題發(fā)生幾率較大。若確保風(fēng)量保持不變，一次風(fēng)量高于對(duì)應(yīng)燃料量需求，會(huì)使得密相區(qū)出現(xiàn)氧化現(xiàn)象，這會(huì)導(dǎo)致硫氧化物產(chǎn)量相對(duì)較高。

給料較多。生物質(zhì)燃料供應(yīng)較多時(shí)，會(huì)呈現(xiàn)爐膛正壓與床溫現(xiàn)象問(wèn)題，使得燃燒狀況相對(duì)較弱，密相區(qū)中燃料無(wú)法全部燃燒[4]。因此燃燒燃料相對(duì)較少，這時(shí)如果風(fēng)量不發(fā)生改變，風(fēng)量對(duì)于對(duì)應(yīng)燃料而言較高，這時(shí)密相區(qū)會(huì)出現(xiàn)氧化現(xiàn)象，致使氮氧化物含量不斷提升。

3.2 優(yōu)化措施

通過(guò)上述分析可以發(fā)現(xiàn)，降低氮氧化物與硫氧化物就需要對(duì)還原反應(yīng)與氧化反應(yīng)進(jìn)行科學(xué)控制，因此可通過(guò)以下兩方面實(shí)現(xiàn)氮氧化物與硫氧化物排放量的控制：①科學(xué)控制一次送風(fēng)量，確保二次送風(fēng)與布風(fēng)板之間的密相區(qū)具有還原現(xiàn)象。當(dāng)燃料燃燒期間存在的N受氧化作用影響形成NO，這時(shí)由于密相區(qū)為還原反應(yīng)，因此NO會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)镹2，進(jìn)而降低氮氧化物排放量。②密相區(qū)具有還原現(xiàn)象，使得這一區(qū)域中CO形成量相對(duì)較多，這就需要在二次風(fēng)管道上根據(jù)實(shí)際需求提高二次風(fēng)量，為氧化現(xiàn)象的出現(xiàn)創(chuàng)建條件，確保CO轉(zhuǎn)變?yōu)镃02，以此降低硫氧化物排放量。

4 生物質(zhì)鍋爐氮氧化物治理技術(shù)

4.1 燃燒創(chuàng)新技術(shù)

運(yùn)用低NO燃燒設(shè)備，確保燃料實(shí)際燃燒期間NO排放量具有較強(qiáng)控制力度，這時(shí)生物質(zhì)燃料也可實(shí)現(xiàn)完全燃燒與穩(wěn)定燃燒。低NO燃燒設(shè)備運(yùn)行原理主要是將燃燒劃分為淡相與濃相在相應(yīng)位置進(jìn)行燃燒。濃相位置與火焰距離較近溫度較高，因此其氧化現(xiàn)象相對(duì)較弱，可有效防止NO的形成;淡相則與水冷壁之間有著較短距離，這一位置與火焰相距較遠(yuǎn)，雖然該位置具有較強(qiáng)氧化現(xiàn)象，但NO形成率也相對(duì)較小，可確保NO的形成與排放得到良好控制[5]。通常情況下，低NO燃燒器主要可分為火焰分割燃燒器、預(yù)熱室燃燒器、階段型燃燒器以及再循環(huán)燃燒器等，其主要脫硝效率可有效保持在30% - 64%之間。

20世紀(jì)末生物質(zhì)燃料再燃燒技術(shù)逐漸興起，其主要就是鍋爐NO控制技術(shù)。該技術(shù)對(duì)于氮氧化物與硫化物控制原理為：結(jié)合生物質(zhì)鍋爐中燃料燃燒情況，從鍋爐上部開(kāi)始將起分為主燃燒區(qū)域、再燃燒需求以及燃盡區(qū)域三部分。通過(guò)燃料分級(jí)方法確保再燃燒區(qū)域具有較強(qiáng)還原現(xiàn)象，這可確保主燃燒區(qū)域中形成的NO還原成N2，同時(shí)不完整燃燒尾氣的排放對(duì)于生態(tài)環(huán)境具有直接影響，因此需要在燃盡區(qū)中填充空氣，確保富氧燃燒階段的形成，以此降低含氮分子與可燃物出現(xiàn)氧化現(xiàn)象。生物質(zhì)鍋爐使用再燃技術(shù)可有效降低35%左右氮氧化物及硫化物排放。另外，較強(qiáng)脫硝效率、實(shí)用性高以及鍋爐改造較強(qiáng)等屬于再燃技術(shù)主要優(yōu)勢(shì)，使得其具有廣泛的使用。其中再燃技術(shù)類別較為豐富，固體、氣體以及液體都屬于再燃燃料。生物質(zhì)燃料中S與N含量相對(duì)較低，科學(xué)運(yùn)用生物質(zhì)燃料可有效降低對(duì)大氣污染的影響與破壞。而且生物質(zhì)燃料燃燒后形成的灰燼中也具有鉀（P）與鈉（ Na）等物質(zhì)，可有效促進(jìn)NO還原反應(yīng)效率快速提升。通過(guò)上述分析可以發(fā)現(xiàn)，科學(xué)運(yùn)用燃料再燃技術(shù)，可有效保證生物質(zhì)鍋爐排放氮氧化物及硫化物控制力度的提升。

4.2 高級(jí)再燃技術(shù)

所謂高級(jí)再燃技術(shù)也就是選擇性非催化還原與燃料再燃有機(jī)結(jié)合的一種脫硝技術(shù)，而這一技術(shù)也具有良好的應(yīng)用發(fā)展前景。將選擇性非催化還原脫硝技術(shù)與再燃技術(shù)有機(jī)整合，可更好實(shí)現(xiàn)氮氧化物及硫化物排放量的降低。其中高級(jí)再燃技術(shù)運(yùn)行原理是在生物質(zhì)鍋爐燃盡區(qū)與再燃區(qū)中使用還原劑，防止NO的形成[6]。同時(shí)高級(jí)再燃技術(shù)關(guān)鍵內(nèi)容則是兩種階段科學(xué)協(xié)作，確保反應(yīng)溫度窗口得到全面拓展，避免溫度窗口較小使得選擇性非脫硝質(zhì)量提升受到阻礙。

研究人員針對(duì)生物質(zhì)鍋爐使用高級(jí)再燃技術(shù)降低氮氧化物排放量時(shí)，僅僅完善操作條件可確保NO排放量降低55%左右。當(dāng)使用尿素、氨水等還原劑時(shí)，生物質(zhì)鍋爐氮氧化物排放量降低了90%左右，這有效證明了高級(jí)再燃技術(shù)具有較強(qiáng)的脫硝效率。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，想要更好控制生物質(zhì)鍋爐排放氮氧化物及硫化物排放量，需要結(jié)合實(shí)際需求，通過(guò)科學(xué)方法避免排放問(wèn)題的出現(xiàn)，并運(yùn)用高級(jí)再燃技術(shù)、燃料再燃技術(shù)等方法，確保氮氧化物排放控制力度快速提升。

參考文獻(xiàn)：

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