高溫干法脫硫與復合濾筒塵硝協同脫除裝備在生物質鍋爐煙氣治理領域的應用

吳煒彬，王妨，劉穎，盧能國，蘇仲夏

（福建龍凈環保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

生物質鍋爐排放煙氣中二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）含量較低，與燃煤鍋爐相比，生物質能源的特點是具有可再生性、低污染性、廣泛分布性，而且總量十分豐富。隨著國家對鍋爐排放環保標準的提高，即便生物質鍋爐出口煙氣排放物含量較低，但也已經不適應新的環保要求，生物質鍋爐常用的煙氣治理技術面臨挑戰。現有國內某生物質發電公司配1 臺130t/h 高溫高壓、生物質燃料自然循環汽包水冷振動爐排鍋爐，需要同步建設煙氣脫硫除塵脫硝裝置。

1 工藝分析與選擇

1.1 生物質鍋爐煙氣特點

本工程主要燃料為玉米秸稈、小麥秸稈、花生殼，產生的煙氣具有以下特點：（1）生物質灰熔點較低，極易在受熱面上積灰和結焦，影響換熱。（2）煙氣中的堿金屬與二氧化硅在燃燒條件下形成黏性很強的四硅酸鉀（K2O·4SiO2）和硅酸鈉（Na2O·2SiO2）低熔點共晶體，相互黏結，形成結渣。（3）煙氣中的一氧化碳（CO）、SO2會進一步促進堿性氧化物發生結焦。（4）燃料水分含量較高，燃燒后的水蒸氣中含有的酸性物質會加速省煤器及下游設備的腐蝕[1]。（5）粉塵濃度高，含有沙石等磨蝕性強的顆粒及未燃盡的火星。

1.2 常規除塵脫硫脫硝工藝

鍋爐煙氣的常規除塵脫硫脫硝工藝路線是先脫硝，再除塵脫硫。脫硝技術有選擇性非催化還原（SNCR）和選擇性催化還原（SCR）。SNCR 的脫硝效率低，多用作低氮燃燒技術的補充處理手段。SCR 的脫硝效率相對較高，是目前已成熟應用的煙氣脫硝技術。除塵技術有電除塵、布袋除塵等。脫硫技術多采用半干法脫硫技術。常規除塵、脫硫、脫硝工藝在生物質鍋爐應用上存在較大問題，由于生物質鍋爐煙氣飛灰量大、含有堿金屬，會造成SCR 脫硝催化劑堵塞及中毒，催化劑更換頻繁，布袋易糊袋、易燒損，而電除塵器效率不夠。

1.3 高溫干法脫硫與復合濾筒塵硝協同脫除技術

高溫干法脫硫與復合濾筒塵硝協同脫除技術是一種先進的脫硫、除塵、脫硝一體化工藝，該技術以高溫無機纖維復合濾筒為核心處理元件，先對煙氣進行高溫干法脫硫，再通過復合濾筒同時完成粉塵過濾和NOx脫除。該技術具有以下優勢：

（1）除塵效率高，濾筒表面覆膜孔徑極小，可處理亞微米級的顆粒，將含塵氣體凈化到10mg/m3甚至更低。

（2）附屬工藝流程簡短，設備集成，布置緊湊，占地面積小，維護工作量少。

（3）煙氣先經濾筒表面過濾粉塵，再經濾筒壁內催化劑作用脫硝，濾筒表面形成的塵餅可保護催化劑免受砷、硒、鉀、鈉等元素毒化，解決了催化劑的磨損和堵塞，避免了重金屬對催化劑的毒化作用，延長了催化劑的使用壽命。

（4）收集含有爆炸危險或帶有火花的含塵氣體時安全性較高。

（5）對粉塵的比電阻沒有要求，適應溫度范圍廣（280℃—420℃）。

（6）耐腐蝕，幾乎對所有的化學品都有惰性[2]。

（7）濾筒表面覆膜的孔徑光滑，粉塵不易黏附其表面，清灰更容易，并且隨著過濾風速的增加，系統阻力增加不明顯。

（8）高溫煙氣凈化后再進行熱量回收，可提高鍋爐換熱效率。

基于上述技術優勢，該生物質發電項目采用高溫干法脫硫與復合濾筒塵硝協同脫除的技術路線進行設計建設。

2 技術方案

2.1 工藝路線

針對該生物質發電項目鍋爐煙氣的特點，煙氣治理工藝路線設計為：鍋爐省煤器③→高溫干法脫硫塔→高效低阻沉降室→復合濾筒塵硝協同脫除裝備→鍋爐省煤器②→鍋爐省煤器①→煙冷氣→空氣預熱器→風機→煙囪。工藝布置見下圖。

工藝布置示意圖

煙氣從鍋爐省煤器③出口引出，300℃—350℃的高溫煙氣經過干法脫硫塔脫硫后，進入高效低阻沉降室預收塵，再進入高溫復合濾筒塵硝協同脫除裝備。原煙氣粉塵、脫硫灰和重金屬等污染物經過濾筒表面過濾脫除；無塵高溫煙氣進入無機纖維復合濾筒壁內的催化區脫除NOx。經過凈化后的煙氣返回下級省煤器②進口，再經由鍋爐省煤器①、煙冷器、鍋爐尾部換熱器和空氣預熱器回收剩余熱量后，溫度降至110℃—130℃，最終經引風機進入煙囪排入大氣。

2.2 技術方案

脫硫采用高溫干法脫硫塔，脫硫劑采用300 目消石灰。在脫硫塔后端，設置高效低阻沉降室用于對進入塵硝反應器的煙氣進行預除塵和阻火。塵硝反應器共12 個倉室，每個倉室獨立保溫，進出口煙道上均設置閥門，在線監測每個分室的運行數據，當發現有濾管破損時，可將該分室離線，更換該分室的濾筒，而不是影響整套系統的繼續運行。

倉室內部采用花板耐熱抗扭結構和濾筒精準限位組件，應用多維高均勻性氣流均布技術，保證協同脫除裝備的出口污染物排放濃度符合要求，延長濾筒的使用壽命，提高設備的可靠性。

輸灰系統采用“星型卸灰閥+水冷刮板機+羅茨風機”稀相氣力輸送。

脫硝劑采用20%氨水，利用氣液雙相霧化噴槍噴入煙道內。

2.2.1 高溫脫硫和脫硝技術

2.2.1.1 高溫干法脫硫技術

實驗研究表明，消石灰作為脫硫劑，在250℃—400℃時，溫度越高其脫硫效率也越高，溫度為350℃左右時其脫硫效率最高。同時，在此溫度段的脫硝效率也較高。因此，250℃—400℃是脫硫與脫硝的最佳溫度區間，即匹配點。在脫硫過程中，NOx在脫硫反應中起到類似催化劑的作用，提高了脫硫劑的表面活性。基于以上研究結論，本項目采用高溫干法脫硫塔脫硫工藝，脫硫劑采用300 目以上粒徑的消石灰。

2.2.1.2 脫硝技術

催化劑由特殊分散工藝得到的納米級分散液與多種高活性組分溶液混合而成，通過往復式旋轉滴涂裝置均勻植入濾筒內。采用此種工藝將催化劑與無機纖維濾筒復合，催化劑比表面積大，與煙氣中NOx接觸充分，大大減少了催化劑使用量，提高了脫硝效率。此外，催化劑活性溫度窗口也增加了200℃—400℃，使復合濾筒塵硝協同脫除裝備具有更好的適應性。

2.2.2 高效低阻沉降室

由于煙氣粉塵濃度大，對塵硝濾筒有較大影響，因此，在脫硫與塵硝反應器之間設計了高效低阻沉降室。以計算流體力學（CFD）模擬實驗為基礎，沉降室內設有X 型孔阻火板和多層迷宮型均布板，一方面能夠高效攔截和熄滅未完全燃燒的生物質顆粒，保證濾筒使用壽命，防止二次燃燒帶來的其他危害；另一方面能高效沉降大顆粒粉塵，減少濾筒的工作負荷和對濾筒的沖刷影響。

3 性能測試結果

該生物質發電項目于2020 年12 月投運，并于2021 年3 月由第三方檢測機構對高溫干法脫硫與復合濾筒塵硝協同脫除裝備進行了性能測試，檢測了130t/h 生物質鍋爐排氣筒出口的污染物濃度，檢測結果見下表。結果顯示，顆粒物出口濃度為1.03—1.62mg/Nm3、SO2濃度為11—14mg/Nm3、NOx出口濃度為31—36mg/Nm3，實現了超低排放。

有組織廢氣測試結果

4 結語

本次生物質發電項目使用的高溫干法脫硫與復合濾筒塵硝協同脫除裝備將多項先進技術有機結合起來，有效解決了傳統技術存在的受粉塵比電阻影響大、運行費用高、對微細顆粒脫除率低、易糊袋破袋、催化劑易堵塞中毒等問題，并且出口排放濃度優于“53550”超低排放指標。該技術路線在本項目的成功應用，證明了其先進性，同時也意味著該技術在生物質鍋爐煙氣治理領域具有廣闊的應用前景。