生物质锅炉脱硝技术发展现状分析

文_王献民 河南昊威环保科技有限公司

1 生物质锅炉NOX的来源

生物质锅炉燃烧污染物主要为NOX和SO2。其中，NOX具有浓度高、波动大的特点，主要成分包括NO和NO2。NOX中95%的成分为NO，其余为NO2。产生的SO2排放量较低。生物质锅炉燃烧过程中，NOX的主要有热力型NOX、燃料型NOX和快速型NOX。

（1）热力型NOX

热力型NOX是指在高温条件下，生物质锅炉燃烧产生的氧气和氮气，其生成机理是一个不分支的连锁反应。具体是指在高温条件下，激活了氧气分子，时期成为链锁反应的活性中心，且分别形成氧游离基、氮游离基，二者通过单独与氮气和氧气链锁反应分别又生成新的氮游离基、氧游离基。

（2）燃料型NOX

燃料型NOX是指含氮化合物在生物质燃烧过程中进行分解，被氧化后生成。与其它两种途径相比，燃料型NOX反应机理以及生产过程较为复杂。具体是首先含氮氧化物在生物质燃烧中进行热裂解，然后对分解后产生的-N、-CN、HCN等基团进行氧化，最终生成NO2以及NO的反应。不同生物质种类以及原料对燃料型NOx生成量变化很大。生物质锅炉燃料型NOX生成量占全部NOX生成量的70%以上。

（3）快速型NOX

快速型NOX是指氮氧化合物在生物质燃烧过程中进行分解，并生成如CH、CH2等碳氢自由基，这些自由基会对空气中的氮气分析进行撞击，形成CN类化合物后瞬间氧化，最终形成NOX。此生成过程主要受过量空气系数以及炉膛压力的影响，与温度关系很小。快速型NOX产生的量较少，可以忽略不计。

2 生物质锅炉脱硝技术现状

2.1 低氮燃烧技术

自20世纪60年代开始进行对低氮燃烧技术的分析研究，其目的是减少NOX对环境产生的危害。该技术主要从生成源头减少NOX，主要包括空气分级燃烧技术、燃料分级燃烧技术、烟气再循环技术等等。不同的技术途径，其脱硝效率存在明显的差异，且存在各自的优势以及不足。通过大量的工程应用，一般能达到的脱硝率在50%以下。

2.2 选择性催化还原技术

催化还原技术（SCR）是将还原剂（尿素溶液或氨水）热解成NH3后与适量空气均匀混合，通过喷氨格栅、整流格栅，将混合均匀后的气体引入SCR反应器中（反应器中内置催化器，合适的温度条件为320～400℃），在吹化剂的作用下NH3与NOX进行还原反应，最终生成氮气和水。脱硝装置一般有高飞灰区布置（除尘器前）和低灰区布置（除尘器后）等两种方式，前者布置由于生物质燃烧后飞灰中含碱性氧化物浓度较高，催化剂使用寿命较短；后者则需要设置额外热源对烟气进行加热，运行成本较高。通过工程应用发现该技术脱硝效率可以达到90%以上，但是投资与运行费用较高。

2.3 选择性非催化还原技术

非催化还原技术（SNCR）采用的还原剂一般选用10%～25%的氨水或者是10%～40%的尿素溶液，通过雾化喷射系统，将其喷射到锅炉850～1200℃燃烧区域进行高效蒸发，分解(热解)出NH3，使其与NOX进行非催化还原反应，最终将NOX还原成N2和H2O。该技术的脱硝效率主要受喷枪雾化程度、炉膛温度等因素的影响。该技术具有投资省、运行费用低以及操作简便等优势，但是脱硝效率较低（一般在50%以下），且容易出现氨逃逸等问题。

2.4 SNCR-SCR耦合脱硝技术

SNCR-SCR耦合脱硝技术兼顾了SNCR和SCR等两项技术，也具备这两项技术的优点。该技术是先将脱硝剂尿素溶液喷入炉膛850～1200℃燃烧区域尾部，利用高温环境热解出NH3，实施一次脱硝反应(SNCR反应)，没有反应完全的氨气和NOx再进入SCR反应器在催化剂作用下进行二次脱硝（SCR反应）。该技术具有脱硝效率高、催化剂用量少、投资和运行成本低等特点。

3 生物质锅炉脱硝技术研究进展

传统的、常用的生物质锅炉脱硝技术，通过分析可以发现各技术都存在一定的局限性。因此近几年，我国也在加紧研发高效、低污染以及低投资的生物质锅炉脱硝技术，目前研究进展如下。

3.1 等离子体脱硝技术

等离子脱硝技术是一种无二次污染的新型、高效脱硝技术，可以将等离子体脱硝技术分为3种，具体包括脉冲电晕放电法(PPCP)、电子束照射法（EBA）以及介质阻挡放电法（DBD）。脉冲电晕放电法运用的是电极尖端放电原理，其主要过程是通过调节曲率半径很小电极上电压对其周围进行电离，以达到局部放电的目的。该技术的放电过程为快速放电，并且会引起化学反应，能量利用率较高，安全性以及实用性也比较高，会产生极少的氨气逃逸量。目前该技术对于大功率、窄脉冲以及长寿命电源，仍然处于试验阶段。电子束照射法是指通过高能量电子束照射NOX来电离气体分子所产生活性离子与NOX进行快速反应，实现脱硝的目的。高能量电子加速器是由高压电子加速器所产生的。该技术脱硝效率可达到80%～85%，且不产生废水。但是能量利用率低。介质阻挡放电法是在两电极之间设置绝缘介质，通过对电极两端电压的调压来击穿气体，从而实现放电。该技术能量利用率高，可以实现强电离放电。

3.2 活性分子氧化脱硝技术

臭氧可以作为一种高效、生存周期较长的强氧化剂，对于NOX中的氮氧，可以运用这种强氧化剂将NO氧化成易溶于水的高价态氮。具体过程是除尘后的净化烟气与臭氧（O3）按照一定的比例混合，在低于150℃温度条件下，通过氧化反应形成高价态氮氧化合物，然后送入脱硫塔或洗涤吸收塔，在塔内使其融于水，形成硝酸盐，最终脱除NOX。该技术方法脱硝效率可以达到90%以上，不需要使用催化剂，且安装方便。但是制备臭氧耗电量大，运行费用高，产生硝酸盐废水需进行二次处理。

3.3 高分子脱硝技术

高分子脱硝技术(PNCR)是目前我国研发的生物质锅炉新型脱硝技术。该技术通过化学动力模型构建、流体力学计算，并根据生物质锅炉具体运行参数，对该技术进行分析仪研究。高分子脱硝剂是一种混合粉末，这种混合粉末主要为功能高分子材料和少量稀土元素助剂。高分子脱硝剂具有很强的加氢还原活性。具体是将高分子脱硝及粉末装入进料装置，通过罗茨风机空气运输到生物质锅炉炉膛中，在750℃温度下，通过激活、气化高分子脱硝剂，使得NOX还原成氮气和水。该技术的脱硝效率可以达到86%以上，且流程简便、能耗低、投资少、无铵盐和氨逃逸现象。其不足在于反应滞后等。

3.4 液生态生物钙脱硝技术

液生态生物钙脱硝技术（B-SNCR）也是一种新型脱硝技术，具有高效、实用、环保等特点。具体运用过程中，在高温650～1000℃和活性离子的催化下，液态生物钙脱硝剂快速裂解，产生的-CH3、 -CH2等高活性还原态自由基团，并与NOX发生氧化还原反应，还原成N2和H2O。该技术脱硝效率可达90%以上，投资低、无二次污染，无氨逃逸、液氨储存安全问题、脱硝深度可靠性强。目前液生态生物钙脱硝技术已经应用在生物质锅炉、马蹄焰玻璃窑炉等，并且已经取得了明显的效果。

4 结语

近年来，随着我国对环保问题日渐重视，对各个行业明确提出了更高的环保要求，在此背景下，传统具有污染、低效的生物质锅炉脱硝技术已经无法满足要求。未来还应加强对新型生物质锅炉脱硝技术的分析研究，研究出更多符合我国国情的清洁能源以及环保处理应用技术，运用清洁、高效可再生能源代替不可再生能源，以提高对能源的利用率，减少废气的排放。

生物质作为一项重要能源，在我国应用的越来越广泛。随着我国对生物质锅炉脱硝技术的研究，出现了许多新型生物质锅炉脱硝技术。但是目前许多新型生物质锅炉脱硝技术应用过程中仍然存在一些问题，未来我国还应加大对生物质锅炉脱硝技术的研究力度，以便研究出更多清洁、高效、投资少的技术，并将其运用到我国各个行业中，为各个行业的发展创造更多的经济效益以及环保效益。