生物質(zhì)氣化發(fā)電煙氣脫硝方案比選
2022-01-10
摘要：在某生物質(zhì)氣化發(fā)電工程中，機(jī)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(jìn)入余熱鍋爐發(fā)電。為了滿足日益嚴(yán)峻的環(huán)保要求，業(yè)主要求新建脫硝設(shè)施需達(dá)到50mg/Nm3的排放標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，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(shí)際情況，綜合對(duì)比四種脫硝方案的優(yōu)缺點(diǎn)，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(diǎn)。其中，生物質(zhì)灰中的堿金屬對(duì)脫硝方案的選擇影響較大。本文將結(jié)合生物質(zhì)氣化項(xiàng)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(diǎn)
生物質(zhì)氣化項(xiàng)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(jī)方案
項(xiàng)目采用1套13000Nm3/h燃?xì)猱a(chǎn)量的生物質(zhì)氣化爐，配1臺(tái)絕熱爐膛，生物質(zhì)燃?xì)庠诮^熱爐膛內(nèi)分級(jí)燃燒，絕熱爐膛煙氣引入至1臺(tái)16t/h單壓立式中溫中壓余熱鍋爐，余熱鍋爐配一臺(tái)3MW抽凝式汽輪機(jī)。
3.脫硝煙氣基礎(chǔ)參數(shù)
脫硝煙氣流量為28000Nm3/h，NOx含量為150mg/Nm3（標(biāo)準(zhǔn)，干態(tài)，3.5%氧含量）。要求脫硝后排放需達(dá)到50mg/Nm3（標(biāo)準(zhǔn)，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(gè)方案并做了技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(jī)構(gòu)，反應(yīng)區(qū)間在420-450℃，效率與催化劑層數(shù)有關(guān)，可以高達(dá)70%左右，催化劑壽命在10年左右。
本項(xiàng)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(shí)，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(gè)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(rèn)，可保證33.3%的脫硝效率。而且SNCR工藝較SCR工藝，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，易于維護(hù)，投資及運(yùn)行費(fèi)用均較低。SNCR工藝能夠提供的廠家較多，工藝成熟。其缺點(diǎn)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(yīng)時(shí)間較短，脫硝效率不高。因SNCR工藝無(wú)法達(dá)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(tái)高溫電袋除塵器進(jìn)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(yīng)器。
本項(xiàng)目鍋爐煙氣用于干燥竹粉，與竹粉進(jìn)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(fēng)除塵器依然無(wú)法達(dá)標(biāo)排放，再旋風(fēng)除塵器的尾部需加裝布袋除塵器，因此將導(dǎo)致系統(tǒng)非常復(fù)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(shí)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(dá)80%-96%。其反應(yīng)原理為
NOx+NH3→催化劑→N2↑+H2O
其最大優(yōu)勢(shì)是催化劑采用外置式，尿素儲(chǔ)罐、催化劑罐置于爐外，通過羅茨風(fēng)機(jī)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(fēng)險(xiǎn)。經(jīng)與廠家確認(rèn)，采用ZYY干法深度脫硝工藝，能夠達(dá)到50mg/Nm3的氮氧化物排放標(biāo)準(zhǔn)。其缺點(diǎn)是能達(dá)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(yīng)商較少。
因此，為保證脫硝后煙氣達(dá)到50mg/Nm3的氮氧化物排放標(biāo)準(zhǔn)，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(xiàng)目地其他城市已將地方環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)中氮氧化物限值改為了50mg/Nm3，為了積極應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)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(jià)格適中，能夠滿足環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，因此向業(yè)主推薦方案四。
三、結(jié)語(yǔ)
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(diǎn)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(jìn)行除塵。
本文經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比，得出了選擇ZYY干法深度脫硝方案為本項(xiàng)目最佳脫硝方案的結(jié)論。
