生物質(zhì)氣化發(fā)電煙氣脫硝方案比選

2022-01-10

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       摘要：在某生物質(zhì)氣化發(fā)電工程中，機組容量為1×13000Nm³/h氣化爐，配有1套絕熱爐膛，絕熱爐膛出口煙氣進入余熱鍋爐發(fā)電。為了滿足日益嚴峻的環(huán)保要求，業(yè)主要求新建脫硝設施需達到50mg/Nm³的排放標準。根據(jù)工程經(jīng)驗，脫硝技術(shù)通常分為選擇性催化還原法（SCR）、選擇性非催化還原法（SNCR）、高溫除塵后脫硝法以及ZYY干法深度脫硝等方案。結(jié)合生物質(zhì)氣化發(fā)電實際情況，綜合對比四種脫硝方案的優(yōu)缺點，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟比較得出結(jié)論，即ZYY干法深度脫硝為最優(yōu)方案。

       與常規(guī)燃煤電廠飛灰相比，生物質(zhì)電廠的飛灰存在堿金屬含量高、容易堵塞選擇性催化還原（SCR）催化劑模塊等特點。其中，生物質(zhì)灰中的堿金屬對脫硝方案的選擇影響較大。本文將結(jié)合生物質(zhì)氣化項目比較四種不同的生物質(zhì)脫硝技術(shù)。

一、工程概況

1.原料特點

       生物質(zhì)氣化項目以竹屑、木屑為主要材料，輔料為松木、杉木。竹屑低位發(fā)熱量為10.24MJ/kg，木屑低位發(fā)熱量為10.10MJ/kg。

2.裝機方案

       項目采用1套13000Nm³/h燃氣產(chǎn)量的生物質(zhì)氣化爐，配1臺絕熱爐膛，生物質(zhì)燃氣在絕熱爐膛內(nèi)分級燃燒，絕熱爐膛煙氣引入至1臺16t/h單壓立式中溫中壓余熱鍋爐，余熱鍋爐配一臺3MW抽凝式汽輪機。

3.脫硝煙氣基礎參數(shù)

       脫硝煙氣流量為28000Nm³/h，NOx含量為150mg/Nm³（標準，干態(tài)，3.5%氧含量）。要求脫硝后排放需達到50mg/Nm³（標準，干態(tài)，3.5%氧含量）。

4.脫硝方案

       為了滿足業(yè)主需求，我們擬定了四個方案并做了技術(shù)經(jīng)濟比較：選擇性催化還原法（SCR）方案；選擇性非催化還原法（SNCR）方案；高溫除塵后脫硝方案；ZYY干法深度脫硝方案。

二、方案比選

1.方案一：選擇性催化還原（SCR）方案SCR方案

       大量用于燃煤電廠，采用TiO₂為載體，以V₂O₅為主要活性成分，制成板式或者蜂窩式催化劑機構(gòu)，反應區(qū)間在420-450℃，效率與催化劑層數(shù)有關(guān)，可以高達70%左右，催化劑壽命在10年左右。

       本項目原料經(jīng)過灰成分分析，在竹粉、竹頭中，氧化鉀含量為23.48%，經(jīng)與脫硝廠家核實，若采用SCR方案，堿金屬極易使催化劑中毒，催化劑的壽命將由通常的10年縮短至4個月左右，因此不推薦使用SCR脫硝方案。

2.方案二：選擇性非催化還原（SNCR）方案

       若采用SNCR工藝，還原劑是由余熱鍋爐入口上部爐膛側(cè)壁噴入，經(jīng)與脫硝廠家確認，可保證33.3%的脫硝效率。而且SNCR工藝較SCR工藝，系統(tǒng)簡單，易于維護，投資及運行費用均較低。SNCR工藝能夠提供的廠家較多，工藝成熟。其缺點是由于采用立式余熱鍋爐，非循環(huán)流化床鍋爐，催化劑反應時間較短，脫硝效率不高。因SNCR工藝無法達到50mg/Nm³的環(huán)保要求，因此不推薦使用SNCR脫硝方案。

3.方案三：高溫除塵后脫硝方案

       高溫除塵后脫硝方案是近幾年新興的脫硝方案。其工藝流程為將鍋爐中450℃左右溫度區(qū)間的熱煙氣通過煙道引入一臺高溫電袋除塵器進行除塵，除塵后，煙氣中高堿金屬含量的灰被除掉，再通過煙道將煙氣引入SCR反應器。

       本項目鍋爐煙氣用于干燥竹粉，與竹粉進行直接接觸換熱。若先除塵，干燥完竹粉后的煙氣經(jīng)過旋風除塵器依然無法達標排放，再旋風除塵器的尾部需加裝布袋除塵器，因此將導致系統(tǒng)非常復雜。因此，不推薦使用高溫除塵后脫硝方案。

4.方案四：ZYY干法深度脫硝方案

       ZYY干法深度脫硝是一種新興的脫硝工藝，其工藝原理是將干尿素顆粒與脫硝催化劑同時噴入800-960℃的溫度區(qū)間內(nèi)，脫硝產(chǎn)物為N₂和H₂0。脫硝效率高，脫硝率可達80%-96%。其反應原理為

NO_x+NH₃→催化劑→N₂↑+H₂O

       其最大優(yōu)勢是催化劑采用外置式，尿素儲罐、催化劑罐置于爐外，通過羅茨風機將催化劑與尿素顆粒直接送至噴***。該工藝避免了常規(guī)蜂窩狀催化劑易被高堿金屬飛灰堵塞的風險。經(jīng)與廠家確認，采用ZYY干法深度脫硝工藝，能夠達到50mg/Nm³的氮氧化物排放標準。其缺點是能達到較高脫硝效率的技術(shù)只有ZYY深度脫硝技術(shù)，但ZYY脫硝技術(shù)供應商較少。

       因此，為保證脫硝后煙氣達到50mg/Nm³的氮氧化物排放標準，推薦采用ZYY干法深度脫硝工藝。

       根據(jù)與業(yè)主交流，臨近項目地其他城市已將地方環(huán)保標準中氮氧化物限值改為了50mg/Nm³，為了積極應對日益嚴峻的環(huán)保壓力，業(yè)主要求脫硝系統(tǒng)滿足50mg/Nm³的排放。

       由于方案四價格適中，能夠滿足環(huán)保標準，因此向業(yè)主推薦方案四。

三、結(jié)語

       生物質(zhì)氣化發(fā)電廠與燃煤電廠存在較大區(qū)別，其特點是灰成分分析中鈉、鉀含量高，容易堵塞選擇性催化還原劑，因此SCR若要使用，得先進行除塵。

       本文經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟對比，得出了選擇ZYY干法深度脫硝方案為本項目最佳脫硝方案的結(jié)論。