蔗渣锅炉烟气双达标治理的实践

宁方尧，梁 勇，谢绍锐，周日金，黄文略，杨才誉，罗志祥

（1.广西工业职业技术学院，广西 南宁 530001；2.广西合浦湘桂糖业有限公司，广西 北海 536129；3.广西来宾湘桂糖业有限责任公司，广西 来宾 546100）

1 前言

目前糖厂污水经过好氧处理已经实现循环回用后再达标排放，糖厂的环保焦点已经从水转移到了锅炉烟气达标排放的问题上。由于当前蔗渣锅炉的运行仍停留在传统的燃烧理论指导下运行，依然延用传统的大风量燃烧操作，除尘设施均是以水膜除尘为主，少量锅炉使用了布袋除尘和静电除尘，没有配置脱氮系统。对于拟实行的新的烟尘氮氧化物排放标准，《火力发电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011），烟尘浓度小于30mg/m3，氮氧化物小于100mg/m3，绝大部分糖厂都不能达到排放的要求，因此如何使蔗渣锅炉烟气实现环保双达标排放，成为各糖厂面临的一个重大环保问题。

2 蔗渣燃料

2.1 特性

蔗渣作为生物质燃料，本身的氮元素含量较低，蔗渣燃烧时产生的氮氧化物主要来源和矿物燃料燃烧时排放氮氧化物来源有所不同。蔗渣燃烧时产生的氮氧化物主要来源于蔗渣本身的氮元素，蔗渣燃料中大约70%以上的氮元素在燃烧过程中最后会转化为氮氧化物。尽管蔗渣燃料里的氮元素较低，但蔗渣燃烧的排放所造成的环境污染亦不容忽视。

在2015年召开的糖厂节能减排技术研讨会上，提出了烟气前置的治理理念。在先天低氮基础上，探讨了蔗渣低氮燃烧的技术路线、低氮燃烧管理、烟气回收再利用，烟气环保双达标排放的可行性；指明了今后蔗渣锅炉节能减排改造的发展方向，为实现蔗渣锅炉烟气环保双达标排放具有现实的指导意义。

2.2 蔗渣燃烧氮氧化物生成机理

蔗渣燃烧产生的氮氧化物主要是由蔗渣中的氮元素在高温中氧化生成的。其中有可能有少量的氮氧化物是由空气中的氮元素形成，但是这部分的生成量极少。氮氧化物的生成过程主要分为燃料型氮氧化物、热力型氮氧化物和快速型氮氧化物。蔗渣燃烧产生的氮氧化物主要是来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质在高温燃烧过程中首先进行分解，再与氧形成氮氧化物。影响蔗渣锅炉燃料型氮氧化物的因素主要有温度、过量空气系数、蔗渣氮元素含量等。

另外蔗渣燃烧产生的氮氧化物少量来源于快速型和热力型氮氧化物，热力型氮氧化物是指燃烧所需空气中的氮气，在高温环境下被氧化而成的氮氧化物。此类氮氧化物在小于1000℃时的燃烧环境时生成量很少，当燃烧环境大于1500℃时，其反应速率就随着温度增加而相应增大，每增加100℃，反应速率即增大6～7倍。蔗渣锅炉的炉膛温度一般在1000℃以下，因此蔗渣锅炉的热力型氮氧化物生成量较少，这也就是说蔗渣锅炉的燃烧条件本身就具有先天的蔗渣低氮燃烧条件。

2.3 蔗渣燃烧氮氧化物的控制技术

蔗渣燃烧氮氧化物的控制技术主要分为燃烧后烟气脱硝技术和低氮燃烧技术，仅介绍蔗渣的低氮燃烧技术，低氮燃烧技术主要包括燃料直接再燃、烟气回用、低氧燃烧、燃料分级燃烧、空气分级燃烧等高级燃烧技术。基于蔗渣的特性和糖厂的实际情况，主要在烟气回用、低氧燃烧这二方面进行低氮燃烧实践。

烟气回用技术是将一部分低温的烟气（一次风或二次风）直接或与空气混合后送入炉内，烟气会降低炉内的温度、氧气的浓度及燃料燃烧速度，从而减少热力型氮氧化物的产生。经过蔗渣锅炉实践运行表明，烟气回用循环率在15%～20%时，锅炉的氮氧化物排放浓度可以降低约25%，但不宜采用更高的烟气回用循环率。烟气回用过多将使得蔗渣燃烧不稳定，而且氧气量不足将导致蔗渣不能完全燃烧，导致热损失的增加。

低氧燃烧技术是将燃料控制在较低的过量空气系数下进行燃烧的燃烧技术。过量空气系数的不同，抑制氮氧化物生成的程度也不同，因此采用不同的过量空气系数低氧燃烧技术，对降低氮氧化物影响程度也不同。

一般来说，蔗渣燃料等生物质燃料都要求在接近理论空气量即低含氧量的燃烧条件下进行燃烧，这样既保证燃烧充分，又可以通过控制减少烟气中过量氧的量来抑制氮氧化物的生成，此为降低氮氧化物既简单又有效的方法，采用低氧燃烧技术可降低15%～20%的氮氧化物排放量。但是如果蔗渣炉内氧气浓度低于3%以下，氧气浓度不足会造成氮氧化物浓度急剧增加，同时造成蔗渣不完全燃烧率提高，热损失增加，锅炉的飞灰含碳量也相应提高，锅炉燃烧效率相应下降。本项目经过实践试验后，确定控制炉膛出口氧浓度最佳为3%～6%，烟气测点氧浓度小于8%。

3 项目的实施

3.1 实施内容

本实践实施内容包括蔗渣压榨强化处理、蔗渣二次粉碎、蔗渣干燥、蔗渣锅炉低氮燃烧和水膜除尘器强化，通过这些措施实现了蔗渣锅炉烟气排放双达标。

主要的内容包括如下。

第一，强化蔗渣压榨，进一步提高压榨抽出率和降低蔗渣水分。

第二，蔗渣二次粉碎，将蔗渣粉碎到3～5毫米，降低入炉蔗渣的颗粒度，减少飞灰含碳量，提高燃料燃尽率和吨渣产汽量，提高锅炉运行热效率。

第三，蔗渣干燥，采用细缩管干燥系统将蔗渣水分下降5%左右，降低入炉蔗渣水分，提高蔗渣热值。

第四，蔗渣锅炉低氮燃烧，主要实施低过量空气燃烧、烟气再循环技术。

第五，强化水膜除尘器，提高水膜除尘器的除尘效率。

3.2 实施效果

在85t/h蔗渣锅炉进行烟气双达标处理生产性示范，经过几年的实践摸索，经第三方检测机构检测数据，如表1所示。

表1 蔗渣锅炉烟气检测数据

相比于实施前蔗渣锅炉烟气排放指标：烟尘浓度约200mg/m3，氮氧化物约500mg/m3，本实践具有很好的治理效果。

4 结论

基于蔗渣具有先天低氮的特性，通过蔗渣压榨水分控制、蔗渣二次粉碎、蔗渣干燥等预处理，采用蔗渣锅炉低氮燃烧和强化水膜除尘器等技术集成，在85t/h蔗渣锅炉进行生产性示范，实践表明可以达到蔗渣锅炉烟气排放双达标的治理目的。