主要脫硫技術(shù)方法

鍋爐脫硫技術(shù)可分為三大類：燃燒前脫硫、燃燒中脫硫和燃燒后脫硫（煙氣脫硫）。其中，煙氣脫硫（ FGD）?是目前應(yīng)用最廣泛、最成熟的技術(shù)。

1. 煙氣脫硫（FGD） – 主流技術(shù)
根據(jù)脫硫劑的種類和副產(chǎn)物的形態(tài)，主要分為濕法、干法和半干法。

• 濕法脫硫

  • 原理：?采用堿性物質(zhì)（如石灰石、生石灰）的漿液作為吸收劑，在吸收塔內(nèi)與煙氣中的SO?充分接觸并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而將其去除。

  • 代表技術(shù)：石灰石-石膏法

    • 過(guò)程：?將石灰石（CaCO?）粉磨成漿液，泵入吸收塔。煙氣從塔底進(jìn)入，與自上而下的漿液逆流接觸。SO?與漿液反應(yīng)生成亞硫酸鈣，進(jìn)而被強(qiáng)制氧化生成副產(chǎn)品石膏（CaSO?·2H?O）。

    • 特點(diǎn)：

      • 優(yōu)點(diǎn)：?脫硫效率極高（>95%），技術(shù)成熟，應(yīng)用最廣。

      • 缺點(diǎn)：?系統(tǒng)復(fù)雜，投資和運(yùn)行成本高，存在廢水處理問題，煙氣需要再加熱以防止“白煙”和腐蝕。

  • 其他濕法：?氨法、鈉堿法等。

• 干法/半干法脫硫

  • 原理：?采用干態(tài)或霧化的吸收劑（如消石灰、生石灰）在干燥或半干燥狀態(tài)下與SO?反應(yīng)，生成干態(tài)的粉狀副產(chǎn)物。

  • 代表技術(shù)：噴霧干燥法（SDA）

    • 過(guò)程：?將生石灰制成石灰漿液，然后通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)的霧化器在吸收塔內(nèi)霧化成極細(xì)的液滴。這些液滴與熱煙氣接觸，一方面水分迅速蒸發(fā)，另一方面與SO?發(fā)生反應(yīng)，最終形成干燥的粉末狀副產(chǎn)物。

    • 特點(diǎn)：

      • 優(yōu)點(diǎn)：?系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單，投資和運(yùn)行成本低于濕法，無(wú)廢水產(chǎn)生，產(chǎn)物為干粉易于處理。

      • 缺點(diǎn)：?脫硫效率（80-90%）通常低于濕法，吸收劑消耗量較大。

  • 其他干法：?循環(huán)流化床（CFB）脫硫技術(shù)、爐內(nèi)噴鈣等。

2. 燃燒前脫硫
在燃料燃燒前，通過(guò)洗選、轉(zhuǎn)化等方式去除燃料中的部分硫分。例如，煤炭洗選可以去除大部分無(wú)機(jī)硫。這種方法只能部分脫硫，不能替代煙氣脫硫。

3. 燃燒中脫硫（爐內(nèi)脫硫）
在燃燒過(guò)程中，向爐內(nèi)直接加入石灰石等吸收劑，使其與燃燒產(chǎn)生的SO?反應(yīng)。此法脫硫效率較低，通常需與后續(xù)脫硫工藝配合使用。

總結(jié)

鍋爐脫硫，特別是煙氣脫硫（FGD），是現(xiàn)代工業(yè)鍋爐和電站鍋爐必不可少的環(huán)保設(shè)施。其中，石灰石-石膏濕法脫硫因其極高的脫硫效率成為大型鍋爐的首選技術(shù)；而干法/半干法脫硫則因其投資少、無(wú)廢水等優(yōu)點(diǎn)，在中小型鍋爐和缺水地區(qū)應(yīng)用較多。

1. 燃燒中控制（低氮燃燒技術(shù)）

• 原理：通過(guò)改進(jìn)燃燒器結(jié)構(gòu)或調(diào)整燃燒方式（如分級(jí)燃燒、煙氣再循環(huán)等），在燃燒過(guò)程中抑制NOx的生成。

• 特點(diǎn)：這是成本最低的減排措施，通常是首選和基礎(chǔ)措施，但脫除效率有限（約30%-50%），無(wú)法單獨(dú)滿足最嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。

2. 燃燒后處理（煙氣脫硝）

• 主流技術(shù)：選擇性催化還原（SCR – Selective Catalytic Reduction）

  • 原理：在催化劑作用下，向含NOx的煙氣中噴入還原劑（通常是氨氣或尿素溶液），使NOx被選擇性地還原成無(wú)害的氮?dú)猓∟?）和水（H?O）。

  • 核心反應(yīng)：NOx + NH? → N? + H?O

  • 特點(diǎn)：

    • 效率高：脫硝效率可達(dá)80%-90%甚至更高。

    • 技術(shù)成熟：是全球范圍內(nèi)電站鍋爐脫硝的絕對(duì)主流技術(shù)。

    • 投資和運(yùn)行成本高：需要昂貴的催化劑和復(fù)雜的控制系統(tǒng)。

• 其他技術(shù)：選擇性非催化還原（SNCR – Selective Non-Catalytic Reduction）

  • 原理：在不使用催化劑的情況下，在高溫區(qū)域（通常為900-1100°C）噴入還原劑（尿素或氨水），將NOx還原。

  • 特點(diǎn)：

    • 效率較低：脫硝效率一般為30%-50%。

    • 系統(tǒng)簡(jiǎn)單，投資成本低：適用于小型鍋爐或作為SCR的補(bǔ)充。

    • 對(duì)溫度窗口要求非常嚴(yán)格。

1. 燃燒前脫硝

針對(duì)天然氣中可能含有的微量氮化物（如NH?、HCN等）：

• 吸附法：使用活性炭、分子篩等吸附劑去除含氮雜質(zhì)。

• 催化轉(zhuǎn)化：通過(guò)催化劑將含氮化合物轉(zhuǎn)化為N?或無(wú)害物質(zhì)。

2. 燃燒后脫硝（主流技術(shù)）

針對(duì)燃燒產(chǎn)生的NOx，常用方法：

(1) 選擇性催化還原

• 原理：在催化劑作用下，向煙氣中噴入還原劑（氨或尿素），將NOx還原為N?和H?O。

• 優(yōu)點(diǎn)：效率高（可達(dá)90%以上），適用于高溫?zé)煔猓?00-400℃）。

• 缺點(diǎn)：催化劑成本高，需控制氨逃逸。

(2) 選擇性非催化還原

? ? ? 原理：在高溫（900-1100℃）下直接噴入氨或尿素，無(wú)需催化劑。

• 優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低。

• 缺點(diǎn)：效率較低（30-70%），溫度窗口窄。

(3) 低溫氧化吸收法

• 原理：將NO氧化為NO?，再用堿液（如NaOH）或氧化劑（如H?O?）吸收。

• 適用場(chǎng)景：適用于小規(guī)模或低濃度NOx處理。

3. 燃燒中控制NOx生成

通過(guò)優(yōu)化燃燒條件減少NOx產(chǎn)生：

• 低氮燃燒技術(shù)：采用分級(jí)燃燒、煙氣再循環(huán)（FGR）降低火焰溫度，抑制熱力型NOx。

• 貧燃預(yù)混燃燒：避免局部高溫，減少NOx生成。

4.技術(shù)選擇因素

• NOx濃度：高濃度優(yōu)先選SCR，低濃度可選SNCR或吸收法。

• 溫度條件：SCR需適宜溫度，SNCR需高溫窗口。

• 成本：SCR投資高但效率高，SNCR運(yùn)行成本低但效率有限。

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1. 燃燒前脫硫

在燃料燃燒前去除硫分，主要針對(duì)煤的預(yù)處理：

• 物理法：洗煤、重力分選等，去除部分無(wú)機(jī)硫（黃鐵礦硫），但對(duì)有機(jī)硫無(wú)效。

• 化學(xué)法：通過(guò)酸浸、氧化等化學(xué)反應(yīng)脫硫，成本較高。

• 生物法：利用微生物氧化硫分，尚處于實(shí)驗(yàn)階段。

優(yōu)點(diǎn)：減少后續(xù)處理負(fù)擔(dān)。
缺點(diǎn)：無(wú)法完全脫硫，需結(jié)合其他方法。

2. 燃燒中脫硫（爐內(nèi)脫硫）

在燃燒過(guò)程中加入脫硫劑，降低SO?生成：

• 流化床燃燒（FBC）：在沸騰床中加入石灰石（CaCO?）或白云石，生成硫酸鈣（CaSO?）。

• 爐內(nèi)噴鈣：向爐膛噴射鈣基吸收劑（如CaO），效率約30-50%，需配合尾部增濕活化。

優(yōu)點(diǎn)：工藝簡(jiǎn)單，成本較低。
缺點(diǎn)：脫硫效率有限，需配合后處理。

3. 燃燒后脫硫（煙氣脫硫，F(xiàn)GD）

主流技術(shù)，對(duì)煙氣中的SO?進(jìn)行末端處理，分為濕法、半干法和干法：

（1）濕法脫硫

• 石灰石-石膏法：
  用石灰石漿液洗滌煙氣，生成石膏（CaSO?·2H?O），脫硫效率＞95%。
  優(yōu)點(diǎn)：效率高，副產(chǎn)物可商用。
  缺點(diǎn)：投資大，廢水需處理。

• 氨法脫硫：
  用氨水吸收SO?，生成硫酸銨（化肥原料），適合化工配套企業(yè)。
  優(yōu)點(diǎn)：資源化利用。
  缺點(diǎn)：氨逃逸可能造成二次污染。

（2）半干法脫硫

• 噴霧干燥法：
  將石灰漿霧化噴入煙氣，水分蒸發(fā)后形成干粉顆粒（CaSO?/CaSO?）。
  優(yōu)點(diǎn)：耗水量低，無(wú)廢水。
  缺點(diǎn)：效率約80-90%，需精細(xì)控制操作參數(shù)。

（3）干法脫硫

• 活性炭/焦吸附法：
  利用活性炭吸附SO?并催化氧化為硫酸，吸附劑可再生。
  優(yōu)點(diǎn)：無(wú)廢水，可回收硫資源。
  缺點(diǎn)：設(shè)備龐大，成本高。

4. 選擇依據(jù)

• 效率要求：濕法（如石灰石-石膏法）適合高效脫硫（＞90%），干法/半干法適合中等需求。

• 經(jīng)濟(jì)性：燃燒中脫硫成本低，濕法運(yùn)行費(fèi)用高但副產(chǎn)物可抵消部分成本。

• 場(chǎng)地限制：干法適合缺水地區(qū)，濕法需配套廢水處理。

• 環(huán)保法規(guī)：嚴(yán)格排放標(biāo)準(zhǔn)需組合工藝（如爐內(nèi)脫硫+尾部濕法）。

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一、燃料特性

1. 燃料多樣性：
   • 生物質(zhì)燃料種類多樣（如秸稈、木屑、稻殼等），其含氮量、灰分和水分差異較大，需根據(jù)燃料特性調(diào)整脫硝工藝。
2. 含氮量高：
   • 生物質(zhì)燃料含氮量通常高于煤，燃燒時(shí)易生成NOx，需采用高效脫硝技術(shù)。

二、燃燒控制

1. 低氮燃燒技術(shù)：
   • 采用空氣分級(jí)燃燒、煙氣再循環(huán)等技術(shù)，降低燃燒溫度，抑制NOx生成。
2. 燃燒穩(wěn)定性：
   • 生物質(zhì)燃料熱值低、水分高，易導(dǎo)致燃燒不穩(wěn)定，需優(yōu)化燃燒條件，確保脫硝效率。

三、脫硝技術(shù)選擇

1. SCR（選擇性催化還原）：
   • 脫硝效率高，但生物質(zhì)煙氣中含有的堿金屬和飛灰易造成催化劑中毒，需選用抗中毒催化劑并定期維護(hù)。
2. SNCR（選擇性非催化還原）：
   • 適用于中低溫?zé)煔?，但脫硝效率較低，需精確控制還原劑（如氨水或尿素）的噴射位置和溫度。
3. 聯(lián)合脫硝技術(shù)：
   • 結(jié)合低氮燃燒、SNCR和SCR，提高脫硝效率。

四、運(yùn)行與維護(hù)

1. 煙氣成分監(jiān)測(cè)：
   • 生物質(zhì)燃燒產(chǎn)生的煙氣中可能含有氯化物、硫化物等腐蝕性物質(zhì)，需定期監(jiān)測(cè)并采取措施防止設(shè)備腐蝕。
2. 催化劑維護(hù)：
   • 定期清洗或更換催化劑，防止因飛灰堆積或堿金屬中毒導(dǎo)致效率下降。
3. 還原劑管理：
   • 合理控制氨水或尿素的用量，避免過(guò)量造成氨逃逸或二次污染。

五、環(huán)保與經(jīng)濟(jì)性

1. 排放標(biāo)準(zhǔn)：
   • 確保脫硝后NOx排放符合當(dāng)?shù)丨h(huán)保要求。
2. 運(yùn)行成本：
   • 綜合考慮脫硝效率、設(shè)備投資和運(yùn)行成本，選擇經(jīng)濟(jì)可行的脫硝方案。

六、安全注意事項(xiàng)

1. 氨水或尿素儲(chǔ)存：
   • 還原劑儲(chǔ)存需符合安全規(guī)范，防止泄漏或爆炸。
2. 高溫?zé)煔夥雷o(hù)：
   • 操作時(shí)注意高溫?zé)煔夂驮O(shè)備燙傷風(fēng)險(xiǎn)。

通過(guò)合理選擇脫硝技術(shù)、優(yōu)化燃燒條件并加強(qiáng)運(yùn)行維護(hù)，可有效降低生物質(zhì)鍋爐的NOx排放，同時(shí)確保設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。

• 空氣分級(jí)燃燒：通過(guò)調(diào)整空氣供應(yīng)，降低燃燒區(qū)溫度，減少NOx生成。
• 燃料分級(jí)燃燒：分階段供應(yīng)燃料，降低燃燒溫度，抑制NOx形成。
• 煙氣再循環(huán)：將部分煙氣重新引入燃燒區(qū)，降低氧氣濃度和燃燒溫度，減少NOx。

2.?選擇性非催化還原（SNCR）

• 原理：在高溫區(qū)（850-1100°C）噴入氨水或尿素，將NOx還原為氮?dú)夂退?/li>
• 優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低。
• 缺點(diǎn)：脫硝效率較低（30-70%），受溫度影響大。

3.?選擇性催化還原（SCR）

• 原理：在催化劑作用下，使用氨或尿素將NOx還原為氮?dú)夂退?，反?yīng)溫度較低（300-400°C）。
• 優(yōu)點(diǎn)：脫硝效率高（80-95%）。
• 缺點(diǎn)：設(shè)備復(fù)雜，成本高，催化劑需定期更換。

4.?組合技術(shù)

• SNCR+SCR：結(jié)合SNCR和SCR，提高脫硝效率并降低成本。

5. 運(yùn)行優(yōu)化

• 燃燒控制：優(yōu)化燃燒參數(shù)，如空氣燃料比、燃燒溫度等，減少NOx生成。
• 定期維護(hù)：確保設(shè)備正常運(yùn)行，保持高效脫硝。

6. 政策與標(biāo)準(zhǔn)

• 排放標(biāo)準(zhǔn)：遵循國(guó)家和地方的NOx排放標(biāo)準(zhǔn)。
• 環(huán)保政策：關(guān)注相關(guān)政策，確保合規(guī)運(yùn)行。

總結(jié)

生物質(zhì)鍋爐脫硝可通過(guò)低氮燃燒、SNCR、SCR等技術(shù)實(shí)現(xiàn)，運(yùn)行優(yōu)化和政策合規(guī)也至關(guān)重要。