蔗渣鍋爐煙氣雙達標治理的實踐

寧方堯，梁 勇，謝紹銳，周日金，黃文略，楊才譽，羅志祥

（1.廣西工業職業技術學院，廣西 南寧 530001；2.廣西合浦湘桂糖業有限公司，廣西 北海 536129；3.廣西來賓湘桂糖業有限責任公司，廣西 來賓 546100）

1 前言

目前糖廠污水經過好氧處理已經實現循環回用后再達標排放，糖廠的環保焦點已經從水轉移到了鍋爐煙氣達標排放的問題上。由于當前蔗渣鍋爐的運行仍停留在傳統的燃燒理論指導下運行，依然延用傳統的大風量燃燒操作，除塵設施均是以水膜除塵為主，少量鍋爐使用了布袋除塵和靜電除塵，沒有配置脫氮系統。對于擬實行的新的煙塵氮氧化物排放標準，《火力發電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011），煙塵濃度小于30mg/m3，氮氧化物小于100mg/m3，絕大部分糖廠都不能達到排放的要求，因此如何使蔗渣鍋爐煙氣實現環保雙達標排放，成為各糖廠面臨的一個重大環保問題。

2 蔗渣燃料

2.1 特性

蔗渣作為生物質燃料，本身的氮元素含量較低，蔗渣燃燒時產生的氮氧化物主要來源和礦物燃料燃燒時排放氮氧化物來源有所不同。蔗渣燃燒時產生的氮氧化物主要來源于蔗渣本身的氮元素，蔗渣燃料中大約70%以上的氮元素在燃燒過程中最后會轉化為氮氧化物。盡管蔗渣燃料里的氮元素較低，但蔗渣燃燒的排放所造成的環境污染亦不容忽視。

在2015年召開的糖廠節能減排技術研討會上，提出了煙氣前置的治理理念。在先天低氮基礎上，探討了蔗渣低氮燃燒的技術路線、低氮燃燒管理、煙氣回收再利用，煙氣環保雙達標排放的可行性；指明了今后蔗渣鍋爐節能減排改造的發展方向，為實現蔗渣鍋爐煙氣環保雙達標排放具有現實的指導意義。

2.2 蔗渣燃燒氮氧化物生成機理

蔗渣燃燒產生的氮氧化物主要是由蔗渣中的氮元素在高溫中氧化生成的。其中有可能有少量的氮氧化物是由空氣中的氮元素形成，但是這部分的生成量極少。氮氧化物的生成過程主要分為燃料型氮氧化物、熱力型氮氧化物和快速型氮氧化物。蔗渣燃燒產生的氮氧化物主要是來源于燃料型氮氧化物，燃料型氮氧化物是指燃料中所含的氮物質在高溫燃燒過程中首先進行分解，再與氧形成氮氧化物。影響蔗渣鍋爐燃料型氮氧化物的因素主要有溫度、過量空氣系數、蔗渣氮元素含量等。

另外蔗渣燃燒產生的氮氧化物少量來源于快速型和熱力型氮氧化物，熱力型氮氧化物是指燃燒所需空氣中的氮氣，在高溫環境下被氧化而成的氮氧化物。此類氮氧化物在小于1000℃時的燃燒環境時生成量很少，當燃燒環境大于1500℃時，其反應速率就隨著溫度增加而相應增大，每增加100℃，反應速率即增大6～7倍。蔗渣鍋爐的爐膛溫度一般在1000℃以下，因此蔗渣鍋爐的熱力型氮氧化物生成量較少，這也就是說蔗渣鍋爐的燃燒條件本身就具有先天的蔗渣低氮燃燒條件。

2.3 蔗渣燃燒氮氧化物的控制技術

蔗渣燃燒氮氧化物的控制技術主要分為燃燒后煙氣脫硝技術和低氮燃燒技術，僅介紹蔗渣的低氮燃燒技術，低氮燃燒技術主要包括燃料直接再燃、煙氣回用、低氧燃燒、燃料分級燃燒、空氣分級燃燒等高級燃燒技術。基于蔗渣的特性和糖廠的實際情況，主要在煙氣回用、低氧燃燒這二方面進行低氮燃燒實踐。

煙氣回用技術是將一部分低溫的煙氣（一次風或二次風）直接或與空氣混合后送入爐內，煙氣會降低爐內的溫度、氧氣的濃度及燃料燃燒速度，從而減少熱力型氮氧化物的產生。經過蔗渣鍋爐實踐運行表明，煙氣回用循環率在15%～20%時，鍋爐的氮氧化物排放濃度可以降低約25%，但不宜采用更高的煙氣回用循環率。煙氣回用過多將使得蔗渣燃燒不穩定，而且氧氣量不足將導致蔗渣不能完全燃燒，導致熱損失的增加。

低氧燃燒技術是將燃料控制在較低的過量空氣系數下進行燃燒的燃燒技術。過量空氣系數的不同，抑制氮氧化物生成的程度也不同，因此采用不同的過量空氣系數低氧燃燒技術，對降低氮氧化物影響程度也不同。

一般來說，蔗渣燃料等生物質燃料都要求在接近理論空氣量即低含氧量的燃燒條件下進行燃燒，這樣既保證燃燒充分，又可以通過控制減少煙氣中過量氧的量來抑制氮氧化物的生成，此為降低氮氧化物既簡單又有效的方法，采用低氧燃燒技術可降低15%～20%的氮氧化物排放量。但是如果蔗渣爐內氧氣濃度低于3%以下，氧氣濃度不足會造成氮氧化物濃度急劇增加，同時造成蔗渣不完全燃燒率提高，熱損失增加，鍋爐的飛灰含碳量也相應提高，鍋爐燃燒效率相應下降。本項目經過實踐試驗后，確定控制爐膛出口氧濃度最佳為3%～6%，煙氣測點氧濃度小于8%。

3 項目的實施

3.1 實施內容

本實踐實施內容包括蔗渣壓榨強化處理、蔗渣二次粉碎、蔗渣干燥、蔗渣鍋爐低氮燃燒和水膜除塵器強化，通過這些措施實現了蔗渣鍋爐煙氣排放雙達標。

主要的內容包括如下。

第一，強化蔗渣壓榨，進一步提高壓榨抽出率和降低蔗渣水分。

第二，蔗渣二次粉碎，將蔗渣粉碎到3～5毫米，降低入爐蔗渣的顆粒度，減少飛灰含碳量，提高燃料燃盡率和噸渣產汽量，提高鍋爐運行熱效率。

第三，蔗渣干燥，采用細縮管干燥系統將蔗渣水分下降5%左右，降低入爐蔗渣水分，提高蔗渣熱值。

第四，蔗渣鍋爐低氮燃燒，主要實施低過量空氣燃燒、煙氣再循環技術。

第五，強化水膜除塵器，提高水膜除塵器的除塵效率。

3.2 實施效果

在85t/h蔗渣鍋爐進行煙氣雙達標處理生產性示范，經過幾年的實踐摸索，經第三方檢測機構檢測數據，如表1所示。

表1 蔗渣鍋爐煙氣檢測數據

相比于實施前蔗渣鍋爐煙氣排放指標：煙塵濃度約200mg/m3，氮氧化物約500mg/m3，本實踐具有很好的治理效果。

4 結論

基于蔗渣具有先天低氮的特性，通過蔗渣壓榨水分控制、蔗渣二次粉碎、蔗渣干燥等預處理，采用蔗渣鍋爐低氮燃燒和強化水膜除塵器等技術集成，在85t/h蔗渣鍋爐進行生產性示范，實踐表明可以達到蔗渣鍋爐煙氣排放雙達標的治理目的。