降低生物質鍋爐排放氮氧化物及硫化物的控制分析

高仰東

摘要：生物質燃料中含有的氮會在燃燒期間形成NO，同時秸稈等生物質燃料也會促進NO排放量不斷提升。隨著我國生態保護意識逐漸完善，對于氮氧化物及硫化物排放控制也有了全新需求。主要針對降低生物質鍋爐排放氮氧化物及硫化物的控制進行分析，以此為強化氮氧化物及硫化物排放控制提供有力支持。

關鍵詞：生物質燃料;氮氧化物;硫化物;控制

中圖分類號：X701

文獻標識碼：A

DOI： 10.15913/j.cnki.kjycx.2019.08.061

生物質燃料是結合社會經濟發展形成的全新燃料，具有再生性、多元化以及低排放等優勢。其中生物質燃料在熱值較低、多變性以及破壞大氣環境等因素影響下，阻礙了發展與普及。因此需要根據實際需求，深入研究生物質鍋爐，在高效運用生物質燃料的同時，降低氮氧化物及硫化物氣體的排放。

1 生物質燃料

通常情況下，各種生物質燃料之間的參數具有較大差異，需要結合實際需求與混合配比將燃料混合后進行使用。其中生物質燃料主要具有以下三方面特征：①含水量較高。當燃料進入到生物質鍋爐時，所含的水會消耗一定爐膛熱能，鍋爐床溫降低，提高燃料預熱時間，進而促進排煙體積快速提升。②黏度較大。生物質燃料在經過混合與進入生物質鍋爐燃燒期間經常會受到擠壓，使燃料在進入爐膛時主要為團狀或塊狀結構，導致給料機出現堵料或卡死等現象。③具有較強易燃易爆特征[1]。一些生物質燃料較為松散與干燥，還會經常出現粉塵現象，使用前都會在料倉中進行積壓，進而導致爆炸風險的提升;同時在進入爐膛中也會出現爆燃現象，使得爐膛負壓缺乏穩定性。生物質燃料特征數據如表1所示。

2 氮氧化物與硫化物

2.1 硫化物

通過生物質燃料特征數據可以發現，其所含的硫化物相對較少。所以在實際檢測期間主要是對CO（一氧化碳）排放量進行監測。其中生物質燃料在還原性作用下，逐漸形成CO。這時生物質燃料燃燒化學式從C+02—C02轉變為C02+C—C0[2]。所以對硫氧化物進行控制的主要標準就是促進生物質燃料中的C與02實現化學反應，防止C02形成期間受到還原性影響轉變為CO，避免硫氧化物控制指標出現提升現象。

2.2 氮氧化物

生物質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。但受到相關因素影響，生物質鍋爐氮氧化物主要是以燃料型為標準。其中燃料型氮氧化物的形成溫度需要確保在600 - 800℃之間，這與生物質燃料中N（氮）含量具有直接關系。氮氧化物實際排放總量中，燃料型氮氧化物排放量為60% - 80%之間。結合上述內容可知，生物質燃料中含有的氮在氧化作用下形成NO（一氧化氮），其化學反應式為N+02一NO，同時N0+02一N02.分析化學反應式可以了解到，當N02形成前，N會在氧化作用下轉變為NO，其穩定性相對較弱，這時就會受到還原現象影響形成N2，而在氧化現象影響下還會形成N02，N2與N02都具有較強穩定性[3]。所以，想要促進生物質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N會轉變為NO，接著還原成具有較強穩定性的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驗

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性較弱等因素影響下致使爐膛正壓，因此堵料等問題發生幾率較大。若確保風量保持不變，一次風量高于對應燃料量需求，會使得密相區出現氧化現象，這會導致硫氧化物產量相對較高。

給料較多。生物質燃料供應較多時，會呈現爐膛正壓與床溫現象問題，使得燃燒狀況相對較弱，密相區中燃料無法全部燃燒[4]。因此燃燒燃料相對較少，這時如果風量不發生改變，風量對于對應燃料而言較高，這時密相區會出現氧化現象，致使氮氧化物含量不斷提升。

3.2 優化措施

通過上述分析可以發現，降低氮氧化物與硫氧化物就需要對還原反應與氧化反應進行科學控制，因此可通過以下兩方面實現氮氧化物與硫氧化物排放量的控制：①科學控制一次送風量，確保二次送風與布風板之間的密相區具有還原現象。當燃料燃燒期間存在的N受氧化作用影響形成NO，這時由于密相區為還原反應，因此NO會轉變為N2，進而降低氮氧化物排放量。②密相區具有還原現象，使得這一區域中CO形成量相對較多，這就需要在二次風管道上根據實際需求提高二次風量，為氧化現象的出現創建條件，確保CO轉變為C02，以此降低硫氧化物排放量。

4 生物質鍋爐氮氧化物治理技術

4.1 燃燒創新技術

運用低NO燃燒設備，確保燃料實際燃燒期間NO排放量具有較強控制力度，這時生物質燃料也可實現完全燃燒與穩定燃燒。低NO燃燒設備運行原理主要是將燃燒劃分為淡相與濃相在相應位置進行燃燒。濃相位置與火焰距離較近溫度較高，因此其氧化現象相對較弱，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，雖然該位置具有較強氧化現象，但NO形成率也相對較小，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、預熱室燃燒器、階段型燃燒器以及再循環燃燒器等，其主要脫硝效率可有效保持在30% - 64%之間。

20世紀末生物質燃料再燃燒技術逐漸興起，其主要就是鍋爐NO控制技術。該技術對于氮氧化物與硫化物控制原理為：結合生物質鍋爐中燃料燃燒情況，從鍋爐上部開始將起分為主燃燒區域、再燃燒需求以及燃盡區域三部分。通過燃料分級方法確保再燃燒區域具有較強還原現象，這可確保主燃燒區域中形成的NO還原成N2，同時不完整燃燒尾氣的排放對于生態環境具有直接影響，因此需要在燃盡區中填充空氣，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氧化現象。生物質鍋爐使用再燃技術可有效降低35%左右氮氧化物及硫化物排放。另外，較強脫硝效率、實用性高以及鍋爐改造較強等屬于再燃技術主要優勢，使得其具有廣泛的使用。其中再燃技術類別較為豐富，固體、氣體以及液體都屬于再燃燃料。生物質燃料中S與N含量相對較低，科學運用生物質燃料可有效降低對大氣污染的影響與破壞。而且生物質燃料燃燒后形成的灰燼中也具有鉀（P）與鈉（ Na）等物質，可有效促進NO還原反應效率快速提升。通過上述分析可以發現，科學運用燃料再燃技術，可有效保證生物質鍋爐排放氮氧化物及硫化物控制力度的提升。

4.2 高級再燃技術

所謂高級再燃技術也就是選擇性非催化還原與燃料再燃有機結合的一種脫硝技術，而這一技術也具有良好的應用發展前景。將選擇性非催化還原脫硝技術與再燃技術有機整合，可更好實現氮氧化物及硫化物排放量的降低。其中高級再燃技術運行原理是在生物質鍋爐燃盡區與再燃區中使用還原劑，防止NO的形成[6]。同時高級再燃技術關鍵內容則是兩種階段科學協作，確保反應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量提升受到阻礙。

研究人員針對生物質鍋爐使用高級再燃技術降低氮氧化物排放量時，僅僅完善操作條件可確保NO排放量降低55%左右。當使用尿素、氨水等還原劑時，生物質鍋爐氮氧化物排放量降低了90%左右，這有效證明了高級再燃技術具有較強的脫硝效率。

5 結束語

綜上所述，想要更好控制生物質鍋爐排放氮氧化物及硫化物排放量，需要結合實際需求，通過科學方法避免排放問題的出現，并運用高級再燃技術、燃料再燃技術等方法，確保氮氧化物排放控制力度快速提升。

參考文獻：

[1]毛洪鈞，李悅寧，林應超，等.生物質鍋爐氮氧化物排放控制技術研究進展[J].工程科學學報，2019，41（1）：1-11.

[2]周建強，高攀，董長青，等.生物質鍋爐脫硝技術及工程應用[J].熱力發電，2018，47（ 10）： 1-5.

[3]李廉明，李秋萍，俞燕，等.生物質循環流化床鍋爐煙氣脫硝技術研究與應用[J].節能，2017，36（3）：47-49.

[4]薛軍，翁衛國，俞燕，等.130 t/h全燒生物質鍋爐脫硝技術研究及應用[J].鍋爐制造，2017 （2）： 24-26.

[5]高勁豪，高原.生物質鍋爐煙氣半干法脫硫脫硝的技術與經濟分析[J].環保科技，2017，23（ 1）： 8-11.

[6]陳躍飛，陳凱清.生物質鍋爐與燃煤鍋爐顆粒物排放特征比較[J].資源節約與環保，2016 （6）： 51.