化石能源的日益枯竭及其在使用過程中所帶來的環(huán)境污染問題，使得大規(guī)模開發(fā)利用可再生能源顯得尤為緊迫。生物質(zhì)能源作為唯一可大規(guī)模存儲、運輸?shù)目稍偕茉?，在未來的能源互?lián)網(wǎng)中起著供能和調(diào)峰的雙重作用。我國生物質(zhì)資源豐富，用于供熱、發(fā)電等方面的生物質(zhì)鍋爐己具有很大規(guī)模，而且容量較小、形式多樣。但由于生物

質(zhì)中所含氮元素相對較高，在燃燒過程中燃料氮會轉(zhuǎn)化為氮氧化物（NOx）造成霧霾、酸雨等嚴重的環(huán)境污染。

生物質(zhì)中氮的賦存狀態(tài)復雜，人們對其燃燒生成NOx的機理還不清楚，因此難以控制NOx排放。目前，生物質(zhì)鍋爐主要通過煙氣脫硝的方式減少NOx排放。原有燃煤鍋爐的脫硝技術不適用于生物質(zhì)鍋爐，因此開展適合我國生物質(zhì)鍋爐的煙氣脫硝技術顯得極其迫切。

1、生物質(zhì)燃料NOx生成機理

燃燒過程中產(chǎn)生的NOx有熱力型、快速型和燃料型3種。生物質(zhì)鍋爐燃燒溫度一般低于1 000℃，燃料型NOx是生物質(zhì)鍋爐燃燒過程中NOx的主要來源。

煤中氮主要以吡啶氮（N-6）、吡咯氮（N-5）、季氮（O-N）形式存在，而生物質(zhì)中氮主要以蛋白質(zhì)、游離的氨基酸形式存在，另外還有少量的核酸、葉綠素、生物堿等形式。在生物質(zhì)燃料燃燒過程中，燃料氮的轉(zhuǎn)化可分為蛋白質(zhì)等大分子熱解生成NOx前驅(qū)物和前驅(qū)物燃燒生成NOx 2個階段。生物質(zhì)燃料中氮向NOx轉(zhuǎn)化路徑如圖1所示。

圖l生物質(zhì)燃料中氮向NQ轉(zhuǎn)化路徑

由圖1可見，生物質(zhì)燃料燃燒過程分為熱解和燃燒2個階段。熱解階段：蛋白質(zhì)無規(guī)則斷裂成大分子片段，然后再斷裂成小分子揮發(fā)性氣體，其中環(huán)二肽是蛋白質(zhì)主要的初級熱解產(chǎn)物，其進一步熱解生成HCN、NH3、HNCO等NOx 前驅(qū)物；燃燒階段：前驅(qū)物在空氣中燃燒生成NOx 。有學者認為，NH3是NO的前驅(qū)物，HCN和HNCO是N20的前驅(qū)物，而且NH3、HCN、HNCO和NO、N20、N2之間可以相互轉(zhuǎn)化。

燃料的含氮量是影響生物質(zhì)燃燒時NOx生成量的主要因素，含氮量越高，其生成量越高，排放量也越高。燃燒溫度和過量空氣系數(shù)也是影響NOx生成量的關鍵。隨著溫度的升高，生物質(zhì)燃料燃燒時NOx生成量略微增大，但如果有脫硝反應進行，脫硝效率將會提高，所以總NOx排放量會下降，但不同生物質(zhì)表現(xiàn)也不盡相同。

大部分NOx是在燃燒階段生成的，燃燒階段氧化還原氣氛對氮的轉(zhuǎn)化有較大影響。在還原性氣氛下，大部分燃料氮轉(zhuǎn)化成了N2，但也增加了CO的生成量。

目前，尚未開發(fā)出可實現(xiàn)燃料氮在燃燒過程中定向轉(zhuǎn)化為N2無害氣體的技術，但可以根據(jù)NOx的轉(zhuǎn)化機理及影響因素，調(diào)節(jié)鍋爐運行，減少NOx的產(chǎn)生量，提高脫硝效率。

2生物質(zhì)鍋爐脫硝關鍵技術

2.1脫硝方案

目前，在鍋爐中最常用的脫硝技術主要有選擇性非催化還原（SNCR）技術和選擇性催化還原（SCR）技術2種。盡管SCR脫硝效率高，但系統(tǒng)結構復雜，運行成本高，受生物質(zhì)鍋爐造價成本的限制，不宜使用SCR脫硝系統(tǒng)。SNCR脫硝系統(tǒng)結構簡單，投資和運行成本低，盡管脫硝效率較低，但生物質(zhì)鍋爐NQ排放質(zhì)量濃度一般低于450 mg／m3，所以SNCR脫硝技術是生物質(zhì)鍋爐控制NOx排放的首選。

2.2脫硝還原劑

SNCR脫硝技術常用的還原劑有氨水和尿素2種。根據(jù)工程經(jīng)驗，氨水的脫硝效率可達70％- 80％，而尿素的脫硝效率一般在50％-60％。還原劑的選擇還需根據(jù)獲取的方便性、鍋爐NOx排放質(zhì)量濃度以及鍋爐的燃燒溫度決定。燃燒溫度低于800℃時，應盡量選擇氨水做還原劑。一般選用質(zhì)量分數(shù)20％的氨水溶液，噴射前與去離子水混合成質(zhì)量分數(shù)為10％的溶液。還原劑選用尿素時，可選擇直接配制成質(zhì)量分數(shù)為10％的溶液。

2.3還原劑噴射位置

還原劑噴射位置是影響鍋爐SNCR脫硝效率的關鍵。還原劑噴射位置的選擇主要根據(jù)溫度場和煙氣與還原劑混合均勻性，另外還要兼顧噴槍安裝維修的方便性。

目前，生物質(zhì)鍋爐常見有爐排燃燒鍋爐、流化床鍋爐和循環(huán)流化床鍋爐。爐排鍋爐一般選擇在爐膛的中上部噴射還原劑，這里溫度場適合，氧濃度較低。流化床鍋爐沒有旋風分離器，其還原劑噴射位置只能選在爐膛過熱器下部。循環(huán)流化床鍋爐還原劑噴射點一般布置在旋風分離器入口位置。旋風分離器內(nèi)溫度一般在800--1000℃，溫度場均勻，且入口截面積小，易于煙氣與還原劑充分混合。

2.4還原劑噴射方式

工程上常用的噴槍形式有墻式噴槍和伸入式噴槍，其中墻式噴槍有普通雙流體霧化噴槍、二次破碎高霧化噴槍和雙霧化噴槍等。循環(huán)流化床鍋爐一般選擇氣體霧化或雙霧化墻式噴槍即可，噴射出的還原劑液滴有一定的穿透力。爐排鍋爐爐膛較小，煙氣出爐膛后溫度下降很快，所以選擇霧化顆粒更細的二次破碎高霧化噴槍。流化床鍋爐爐膛截面積較大，普通的墻式噴槍不易穿透，而應選擇射程更遠的墻式噴槍。生物質(zhì)鍋爐一般不選擇伸入式噴槍，這是因為生物質(zhì)中含有堿金屬較多，灰熔點較低，爐膛中下部很容易結焦，易造成噴槍不能拔出和損壞。

綜述：生物質(zhì)鍋爐在燃燒過程中生成的NOx主要是燃料型NOx。影響生物質(zhì)燃料轉(zhuǎn)化的主要因素包括生物質(zhì)的種類、燃燒溫度、過量空氣系數(shù)等。

生物質(zhì)鍋爐多樣，SNCR脫硝系統(tǒng)是當前比較適合生物質(zhì)鍋爐NOx脫除的煙氣凈化技術。具體應用時需根據(jù)鍋爐的具體結構形式選擇合適的還原劑、還原劑噴射點及噴射方式等。

由于影響生物質(zhì)鍋爐NOx排放的因素較多，變化速度也較快，目前的SNCR脫硝技術還不能穩(wěn)定的把NOx排放質(zhì)量濃度控制在一個較窄的范圍內(nèi)，甚至有時會超標排放，因此必須結合鍋爐運行調(diào)整，才能實現(xiàn)NOx的達標排放。