生物質(zhì)鍋爐脫硝技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀分析

文_王獻(xiàn)民 河南昊威環(huán)?？萍加邢薰?/p>

1 生物質(zhì)鍋爐NOX的來源

生物質(zhì)鍋爐燃燒污染物主要為NOX和SO2。其中，NOX具有濃度高、波動大的特點，主要成分包括NO和NO2。NOX中95%的成分為NO，其余為NO2。產(chǎn)生的SO2排放量較低。生物質(zhì)鍋爐燃燒過程中，NOX的主要有熱力型NOX、燃料型NOX和快速型NOX。

（1）熱力型NOX

熱力型NOX是指在高溫條件下，生物質(zhì)鍋爐燃燒產(chǎn)生的氧氣和氮氣，其生成機(jī)理是一個不分支的連鎖反應(yīng)。具體是指在高溫條件下，激活了氧氣分子，時期成為鏈鎖反應(yīng)的活性中心，且分別形成氧游離基、氮游離基，二者通過單獨與氮氣和氧氣鏈鎖反應(yīng)分別又生成新的氮游離基、氧游離基。

（2）燃料型NOX

燃料型NOX是指含氮化合物在生物質(zhì)燃燒過程中進(jìn)行分解，被氧化后生成。與其它兩種途徑相比，燃料型NOX反應(yīng)機(jī)理以及生產(chǎn)過程較為復(fù)雜。具體是首先含氮氧化物在生物質(zhì)燃燒中進(jìn)行熱裂解，然后對分解后產(chǎn)生的-N、-CN、HCN等基團(tuán)進(jìn)行氧化，最終生成NO2以及NO的反應(yīng)。不同生物質(zhì)種類以及原料對燃料型NOx生成量變化很大。生物質(zhì)鍋爐燃料型NOX生成量占全部NOX生成量的70%以上。

（3）快速型NOX

快速型NOX是指氮氧化合物在生物質(zhì)燃燒過程中進(jìn)行分解，并生成如CH、CH2等碳?xì)渥杂苫@些自由基會對空氣中的氮氣分析進(jìn)行撞擊，形成CN類化合物后瞬間氧化，最終形成NOX。此生成過程主要受過量空氣系數(shù)以及爐膛壓力的影響，與溫度關(guān)系很小。快速型NOX產(chǎn)生的量較少，可以忽略不計。

2 生物質(zhì)鍋爐脫硝技術(shù)現(xiàn)狀

2.1 低氮燃燒技術(shù)

自20世紀(jì)60年代開始進(jìn)行對低氮燃燒技術(shù)的分析研究，其目的是減少NOX對環(huán)境產(chǎn)生的危害。該技術(shù)主要從生成源頭減少NOX，主要包括空氣分級燃燒技術(shù)、燃料分級燃燒技術(shù)、煙氣再循環(huán)技術(shù)等等。不同的技術(shù)途徑，其脫硝效率存在明顯的差異，且存在各自的優(yōu)勢以及不足。通過大量的工程應(yīng)用，一般能達(dá)到的脫硝率在50%以下。

2.2 選擇性催化還原技術(shù)

催化還原技術(shù)（SCR）是將還原劑（尿素溶液或氨水）熱解成NH3后與適量空氣均勻混合，通過噴氨格柵、整流格柵，將混合均勻后的氣體引入SCR反應(yīng)器中（反應(yīng)器中內(nèi)置催化器，合適的溫度條件為320～400℃），在吹化劑的作用下NH3與NOX進(jìn)行還原反應(yīng)，最終生成氮氣和水。脫硝裝置一般有高飛灰區(qū)布置（除塵器前）和低灰區(qū)布置（除塵器后）等兩種方式，前者布置由于生物質(zhì)燃燒后飛灰中含堿性氧化物濃度較高，催化劑使用壽命較短；后者則需要設(shè)置額外熱源對煙氣進(jìn)行加熱，運行成本較高。通過工程應(yīng)用發(fā)現(xiàn)該技術(shù)脫硝效率可以達(dá)到90%以上，但是投資與運行費用較高。

2.3 選擇性非催化還原技術(shù)

非催化還原技術(shù)（SNCR）采用的還原劑一般選用10%～25%的氨水或者是10%～40%的尿素溶液，通過霧化噴射系統(tǒng)，將其噴射到鍋爐850～1200℃燃燒區(qū)域進(jìn)行高效蒸發(fā)，分解(熱解)出NH3，使其與NOX進(jìn)行非催化還原反應(yīng)，最終將NOX還原成N2和H2O。該技術(shù)的脫硝效率主要受噴槍霧化程度、爐膛溫度等因素的影響。該技術(shù)具有投資省、運行費用低以及操作簡便等優(yōu)勢，但是脫硝效率較低（一般在50%以下），且容易出現(xiàn)氨逃逸等問題。

2.4 SNCR-SCR耦合脫硝技術(shù)

SNCR-SCR耦合脫硝技術(shù)兼顧了SNCR和SCR等兩項技術(shù)，也具備這兩項技術(shù)的優(yōu)點。該技術(shù)是先將脫硝劑尿素溶液噴入爐膛850～1200℃燃燒區(qū)域尾部，利用高溫環(huán)境熱解出NH3，實施一次脫硝反應(yīng)(SNCR反應(yīng))，沒有反應(yīng)完全的氨氣和NOx再進(jìn)入SCR反應(yīng)器在催化劑作用下進(jìn)行二次脫硝（SCR反應(yīng)）。該技術(shù)具有脫硝效率高、催化劑用量少、投資和運行成本低等特點。

3 生物質(zhì)鍋爐脫硝技術(shù)研究進(jìn)展

傳統(tǒng)的、常用的生物質(zhì)鍋爐脫硝技術(shù)，通過分析可以發(fā)現(xiàn)各技術(shù)都存在一定的局限性。因此近幾年，我國也在加緊研發(fā)高效、低污染以及低投資的生物質(zhì)鍋爐脫硝技術(shù)，目前研究進(jìn)展如下。

3.1 等離子體脫硝技術(shù)

等離子脫硝技術(shù)是一種無二次污染的新型、高效脫硝技術(shù)，可以將等離子體脫硝技術(shù)分為3種，具體包括脈沖電暈放電法(PPCP)、電子束照射法（EBA）以及介質(zhì)阻擋放電法（DBD）。脈沖電暈放電法運用的是電極尖端放電原理，其主要過程是通過調(diào)節(jié)曲率半徑很小電極上電壓對其周圍進(jìn)行電離，以達(dá)到局部放電的目的。該技術(shù)的放電過程為快速放電，并且會引起化學(xué)反應(yīng)，能量利用率較高，安全性以及實用性也比較高，會產(chǎn)生極少的氨氣逃逸量。目前該技術(shù)對于大功率、窄脈沖以及長壽命電源，仍然處于試驗階段。電子束照射法是指通過高能量電子束照射NOX來電離氣體分子所產(chǎn)生活性離子與NOX進(jìn)行快速反應(yīng)，實現(xiàn)脫硝的目的。高能量電子加速器是由高壓電子加速器所產(chǎn)生的。該技術(shù)脫硝效率可達(dá)到80%～85%，且不產(chǎn)生廢水。但是能量利用率低。介質(zhì)阻擋放電法是在兩電極之間設(shè)置絕緣介質(zhì)，通過對電極兩端電壓的調(diào)壓來擊穿氣體，從而實現(xiàn)放電。該技術(shù)能量利用率高，可以實現(xiàn)強(qiáng)電離放電。

3.2 活性分子氧化脫硝技術(shù)

臭氧可以作為一種高效、生存周期較長的強(qiáng)氧化劑，對于NOX中的氮氧，可以運用這種強(qiáng)氧化劑將NO氧化成易溶于水的高價態(tài)氮。具體過程是除塵后的凈化煙氣與臭氧（O3）按照一定的比例混合，在低于150℃溫度條件下，通過氧化反應(yīng)形成高價態(tài)氮氧化合物，然后送入脫硫塔或洗滌吸收塔，在塔內(nèi)使其融于水，形成硝酸鹽，最終脫除NOX。該技術(shù)方法脫硝效率可以達(dá)到90%以上，不需要使用催化劑，且安裝方便。但是制備臭氧耗電量大，運行費用高，產(chǎn)生硝酸鹽廢水需進(jìn)行二次處理。

3.3 高分子脫硝技術(shù)

高分子脫硝技術(shù)(PNCR)是目前我國研發(fā)的生物質(zhì)鍋爐新型脫硝技術(shù)。該技術(shù)通過化學(xué)動力模型構(gòu)建、流體力學(xué)計算，并根據(jù)生物質(zhì)鍋爐具體運行參數(shù)，對該技術(shù)進(jìn)行分析儀研究。高分子脫硝劑是一種混合粉末，這種混合粉末主要為功能高分子材料和少量稀土元素助劑。高分子脫硝劑具有很強(qiáng)的加氫還原活性。具體是將高分子脫硝及粉末裝入進(jìn)料裝置，通過羅茨風(fēng)機(jī)空氣運輸?shù)缴镔|(zhì)鍋爐爐膛中，在750℃溫度下，通過激活、氣化高分子脫硝劑，使得NOX還原成氮氣和水。該技術(shù)的脫硝效率可以達(dá)到86%以上，且流程簡便、能耗低、投資少、無銨鹽和氨逃逸現(xiàn)象。其不足在于反應(yīng)滯后等。

3.4 液生態(tài)生物鈣脫硝技術(shù)

液生態(tài)生物鈣脫硝技術(shù)（B-SNCR）也是一種新型脫硝技術(shù)，具有高效、實用、環(huán)保等特點。具體運用過程中，在高溫650～1000℃和活性離子的催化下，液態(tài)生物鈣脫硝劑快速裂解，產(chǎn)生的-CH3、 -CH2等高活性還原態(tài)自由基團(tuán)，并與NOX發(fā)生氧化還原反應(yīng)，還原成N2和H2O。該技術(shù)脫硝效率可達(dá)90%以上，投資低、無二次污染，無氨逃逸、液氨儲存安全問題、脫硝深度可靠性強(qiáng)。目前液生態(tài)生物鈣脫硝技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用在生物質(zhì)鍋爐、馬蹄焰玻璃窯爐等，并且已經(jīng)取得了明顯的效果。

4 結(jié)語

近年來，隨著我國對環(huán)保問題日漸重視，對各個行業(yè)明確提出了更高的環(huán)保要求，在此背景下，傳統(tǒng)具有污染、低效的生物質(zhì)鍋爐脫硝技術(shù)已經(jīng)無法滿足要求。未來還應(yīng)加強(qiáng)對新型生物質(zhì)鍋爐脫硝技術(shù)的分析研究，研究出更多符合我國國情的清潔能源以及環(huán)保處理應(yīng)用技術(shù)，運用清潔、高效可再生能源代替不可再生能源，以提高對能源的利用率，減少廢氣的排放。

生物質(zhì)作為一項重要能源，在我國應(yīng)用的越來越廣泛。隨著我國對生物質(zhì)鍋爐脫硝技術(shù)的研究，出現(xiàn)了許多新型生物質(zhì)鍋爐脫硝技術(shù)。但是目前許多新型生物質(zhì)鍋爐脫硝技術(shù)應(yīng)用過程中仍然存在一些問題，未來我國還應(yīng)加大對生物質(zhì)鍋爐脫硝技術(shù)的研究力度，以便研究出更多清潔、高效、投資少的技術(shù)，并將其運用到我國各個行業(yè)中，為各個行業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益以及環(huán)保效益。