工程科学学报，第41卷，第1期：1-11,2019年1月 Chinese Joural of Engineering,Vol.41,No.I:1-11,January 2019 DOI:10.13374/j.issn2095-9389.2019.01.001;http://journals.ustb.edu.cn 生物质锅炉氮氧化物排放控制技术研究进展 毛洪钧)，李悦宁)，林应超)，王婷)四，李维尊)，鞠美庭)，朱复东) 1)南开大学环境科学与工程学院城市交通污染防治研究中心，天津300071 2)南开大学天津市生物质类固废资源化技术工程中心，天津300071 3)江苏东工生物质能研究院有限公司.盐城224007 ☒通信作者，E-mail:wangting(@nankai.cdu.cn 摘要生物质燃料中含有的燃料氮含量较低，但是大约70%~100%（质量分数）的氨最终会转化为N0,并且秸秆等生物 质燃料燃烧排放的N0,含量较木质燃料等更高.此外，近年来，我国空气质量面临严峻态势，NO是常见的大气污染物，对居 民身体健康、生产和生活有很大影响.因此，本文对目前国内外的NO,燃烧控制技术进行综述，总结了各类技术的优缺点，及 我国目前对于生物质锅炉NO,控制技术遇到的瓶颈，并对该研究领域的未来趋势做出展望. 关键词生物质；燃料燃烧：氨氧化物：控制技术；脱硝 分类号X511 Overview of advances in emission control technologies for nitric oxides from biomass boilers MAO Hong-jun),LI Yue-ning,LIN Ying-chao),WANG Ting,LI Wei-zun2),JU Mei-ting?),ZHU Fu-dong) 1)Centre for Urban Transport Emission Research,College of Environmental Science and Engineering,Nankai University,Tianjin 300071,China 2)Tianjin Municipal Biomass Solid Waste Resources Technology and Engineering Center,Nankai University,Tianjin 300071,China 3)Jiangsu Donggong Biomass Energy Research Institute Co.,Lid,Yancheng 224007,China Corresponding author,E-mail;wangting@nankai.edu.cn ABSTRACT Currently,fossil fuels such as oil,coal,and natural gas are the world's primary energy sources.However,it is antici- pated that these energy sources will be depleted in less than 100 years.As such,the development of new energy technologies is urgent- ly needed.Biomass is one of the earliest sources of energy,and is used especially in rural areas where it is often the only one that is accessible and affordable.With the depletion of fossil fuels and increasing environmental degradation,biomass energy is attracting in- creasing attention around the world.Compared with fossil fuel,biomass is carbon neutral and sustainable,and has a smaller green- house gas footprint and lower SO emission levels.In addition,biomass energy remains the only renewable green energy that can be stored and transported.A number of countries have developed mature and proven combustion technologies,but these technologies are mainly based on wood biomass fuels.Unlike these developed countries,China is a large agricultural country with a limited amount of available firewood.As such,foreign experience cannot be fully applied in China.Although biomass fuels typically have relatively low fuel-N contents,this fuel-N between 70%-100%mass fraction is converted to NO,during combustion.In addition,the combustion of straw and other biomass fuels emits more NO,than wood fuels.In recent years,the air quality in China has become a serious public health concern,and NO,is a widespread atmospheric pollutant with significant impacts on human health and the economy.In this pa- per,an overview of biomass combustion technologies and NO.control systems in China and around the world was presented,and their 收稿日期：2017-12-01 基金项目：天津市重点研发计划科技支荐重点资助项目(18Y下ZCNC01410):天津市应用基础与前沿技术研究计划（青年项目）资助项目 (15 JCONJC15200):天津市科技支撑重点资助项目(16 YFZCSF00410)
工程科学学报,第 41 卷,第 1 期:1鄄鄄11,2019 年 1 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 41, No. 1: 1鄄鄄11, January 2019 DOI: 10. 13374 / j. issn2095鄄鄄9389. 2019. 01. 001; http: / / journals. ustb. edu. cn 生物质锅炉氮氧化物排放控制技术研究进展 毛洪钧1) , 李悦宁1) , 林应超1) , 王 婷1) 苣 , 李维尊2) , 鞠美庭2) , 朱复东3) 1) 南开大学环境科学与工程学院城市交通污染防治研究中心,天津 300071 2) 南开大学天津市生物质类固废资源化技术工程中心,天津 300071 3) 江苏东工生物质能研究院有限公司,盐城 224007 苣 通信作者,E鄄mail: wangting@ nankai. edu. cn 摘 要 生物质燃料中含有的燃料氮含量较低,但是大约 70% ~ 100% (质量分数)的氮最终会转化为 NOx,并且秸秆等生物 质燃料燃烧排放的 NOx 含量较木质燃料等更高. 此外,近年来,我国空气质量面临严峻态势,NOx 是常见的大气污染物,对居 民身体健康、生产和生活有很大影响. 因此,本文对目前国内外的 NOx 燃烧控制技术进行综述,总结了各类技术的优缺点,及 我国目前对于生物质锅炉 NOx 控制技术遇到的瓶颈,并对该研究领域的未来趋势做出展望. 关键词 生物质;燃料燃烧;氮氧化物;控制技术;脱硝 分类号 X511 收稿日期: 2017鄄鄄12鄄鄄01 基金项目: 天津市重点研发计划科技支撑重点资助项目(18YFZCNC01410); 天津市应用基础与前沿技术研究计划(青年项目) 资助项目 (15JCQNJC15200);天津市科技支撑重点资助项目(16YFZCSF00410) Overview of advances in emission control technologies for nitric oxides from biomass boilers MAO Hong鄄jun 1) , LI Yue鄄ning 1) , LIN Ying鄄chao 1) , WANG Ting 1) 苣 , LI Wei鄄zun 2) , JU Mei鄄ting 2) , ZHU Fu鄄dong 3) 1) Centre for Urban Transport Emission Research,College of Environmental Science and Engineering, Nankai University, Tianjin 300071, China 2) Tianjin Municipal Biomass Solid Waste Resources Technology and Engineering Center, Nankai University, Tianjin 300071, China 3) Jiangsu Donggong Biomass Energy Research Institute Co. , Ltd, Yancheng 224007, China 苣 Corresponding author, E鄄mail: wangting@ nankai. edu. cn ABSTRACT Currently, fossil fuels such as oil, coal, and natural gas are the world蒺s primary energy sources. However, it is antici鄄 pated that these energy sources will be depleted in less than 100 years. As such, the development of new energy technologies is urgent鄄 ly needed. Biomass is one of the earliest sources of energy, and is used especially in rural areas where it is often the only one that is accessible and affordable. With the depletion of fossil fuels and increasing environmental degradation, biomass energy is attracting in鄄 creasing attention around the world. Compared with fossil fuel, biomass is carbon neutral and sustainable, and has a smaller green鄄 house gas footprint and lower SO2 emission levels. In addition, biomass energy remains the only renewable green energy that can be stored and transported. A number of countries have developed mature and proven combustion technologies, but these technologies are mainly based on wood biomass fuels. Unlike these developed countries, China is a large agricultural country with a limited amount of available firewood. As such, foreign experience cannot be fully applied in China. Although biomass fuels typically have relatively low fuel鄄N contents, this fuel鄄N between 70% 鄄鄄100% mass fraction is converted to NOx during combustion. In addition, the combustion of straw and other biomass fuels emits more NOx than wood fuels. In recent years, the air quality in China has become a serious public health concern, and NOx is a widespread atmospheric pollutant with significant impacts on human health and the economy. In this pa鄄 per, an overview of biomass combustion technologies and NOx control systems in China and around the world was presented, and their
2 工程科学学报，第41卷，第1期 advantages and disadvantages were summarized.The main bottleneck was identified in NO,control technologies with respect to biomass boilers in China and the development of new technologies in this field was predicted. KEY WORDS biomass fuel;combustion;nitric oxides;control technology;de-NO. 目前，尽管世界上的主要燃料为煤、石油、天然 应用于锅炉进行集中燃烧供能，燃烧效率不足 气等传统的常规能源，但是，全球目前已探明储量的 15%[] 可供开采的石油、天然气和煤炭资源分别将在25、 1.2生物质燃料的特性 27和97a后用尽耗竭山；此外，化石燃料的开采、运 生物质能是可再生能源，具有生态意义上的碳 输以及使用过程中会造成较为严重的环境污染.随 的零排放，燃烧产物相对清洁.由于目前大气污染 着化石能源的日益枯竭和环境问题的日趋严重，洁 较为严重而且能源日益短缺，因此开发与利用生物 净可再生能源的开发与利用已经引起了世界的广泛 质能具有十分巨大的能源与环境保护战略意义.目 关注.生物质能是唯一一种可运输和储存的可再生 前，我国还没有颁布关于生物质固体成型燃料的统 绿色能源，并且由于具有能量高转换效率和环境友 一的国家标准，普遍认为的生物质固体成型燃料是 好的优点，越来越受到世界各国的重视.我国是一 指利用农林废弃物（稻壳、秸杆、树皮、木屑等）作为 个农业大国，薪柴资源短缺，因此，国外成熟的木质 原材料，通过一系列的预处理（收集、干燥、粉碎 生物质燃料燃烧器并不适用，需要针对我国国情，开 等)，采用特殊的生物质固体成型设备，将预处理后 发适合的利用方法及燃烧技术.此外，近年来，我国 的生物质材料挤压成规则的、密度较大的棒状、块状 空气质量面临严峻态势，与木质燃料和传统化石燃 或颗粒状等形状的成型燃料.通过调研和文献对 料相比，秸秆等生物质燃料燃烧排放的NO,含量较 比，表1列出了各种典型的生物质燃料及传统燃煤 高，因此，对于生物质燃料的燃烧，传统煤炭锅炉亦 的工业组分、元素组成、热值等参数的汇总结果 不完全适用，亟需开发高效的生物质燃料燃烧器，在 由表1可见，生物质燃料产生出的热值较高，通 能源高效利用的同时降低NO,污染物的排放. 常为17~20M·kg1,且秸秆与稻壳的挥发分质量 分数高达70%~85%，因此具有优良的点火燃烧性 1生物质资源的研究现状 能以及良好的代煤效果.此外，生物质燃料硫含量 1.1我国生物质资源现状 几乎为零，氨含量极低而且灰分含量较低，因此，生 生物质能源是一种以生物质为载体的能量，即 物质燃料的二氧化硫(SO,)与氨氧化物(NO)排放 通过光合作用将获得的太阳能转化为化学能并贮存 低，二氧化碳(C0,)零排放，排渣少，飞灰少，灰渣可 在生物质中的能量形式，它直接或间接地来源于绿 还田，因此，具有显著的环保特性4].尽管生物质 色植物的光合作用，是太阳能的一种廉价储存方式. 成型燃料的制作需要经过收集、运输、加工等过程， 目前的技术水平下具备开发价值的农村生物质资源 会带来一定的成本，但是与现在原煤及型煤相比，生 一般包括农作物秸秆、林木生物质残余物、禽畜粪便 物质原料价格低廉，因此，生物质成型燃料在价格上 与能源作物等[2-)].从2001年到2015年，我国农业 仍然具有较大的优势，这也在很大程度上有助于生 总产量逐年提高，2015年农业总产量为2.24×109 物质能源的推广与使用. J,其中种植业产量为1.53×10°J(68.47%),林业、 虽然，生物质燃料清洁可再生，具有十分广阔的 畜牧业与渔业产量分别为4.64×1018、2.04×1018与 应用潜力，但是，实现生物质燃料高效、清洁燃烧需 3.89×10”J4,其中，可用于作为农业生物质能的 要使用专门设计的燃烧器.从20世纪30年代开 资源高达9.10×108] 始，美国、日本、芬兰等许多发达国家逐渐重视并都 然而，我国生物质资源的品位较低，分散性较 投人了大量精力来研究生物质成型技术和木质成型 大，大量生物质资源被随意填埋与焚烧，成为影响环 燃料：80年代以后，成型技术已日渐成熟，并形成了 境的废弃物).目前，生物质资源化利用率较高的 一定的推广规模223)；到了90年代，在木质颗粒燃 为种植业副产物农作物秸秆，已被用作工业原料和 料燃烧器方面，部分美欧以及日本等国家的燃烧器 生物燃料，总量为4.29×1018J,占种植业产量的 已经逐渐定型，而且在加热、供暖、干燥等领域大范 27.79%,其中，玉米、水稻、小麦等农作物秸秆产量 围的推广与应用该项技术，并形成了产业化规 占秸秆总产量的70.24%[6).但是，大部分的秸秆资 模24-5].就我国实际情况而言，我国是一个农业大 源仍被直接焚烧或随意丢弃，仅有极少部分秸秆被 国，具有丰富的生物质资源，一直以来，生物质能源
工程科学学报,第 41 卷,第 1 期 advantages and disadvantages were summarized. The main bottleneck was identified in NOx control technologies with respect to biomass boilers in China and the development of new technologies in this field was predicted. KEY WORDS biomass fuel; combustion; nitric oxides; control technology; de鄄NOx 目前,尽管世界上的主要燃料为煤、石油、天然 气等传统的常规能源,但是,全球目前已探明储量的 可供开采的石油、天然气和煤炭资源分别将在 25、 27 和 97 a 后用尽耗竭[1] ;此外,化石燃料的开采、运 输以及使用过程中会造成较为严重的环境污染. 随 着化石能源的日益枯竭和环境问题的日趋严重,洁 净可再生能源的开发与利用已经引起了世界的广泛 关注. 生物质能是唯一一种可运输和储存的可再生 绿色能源,并且由于具有能量高转换效率和环境友 好的优点,越来越受到世界各国的重视. 我国是一 个农业大国,薪柴资源短缺,因此,国外成熟的木质 生物质燃料燃烧器并不适用,需要针对我国国情,开 发适合的利用方法及燃烧技术. 此外,近年来,我国 空气质量面临严峻态势,与木质燃料和传统化石燃 料相比,秸秆等生物质燃料燃烧排放的 NOx 含量较 高,因此,对于生物质燃料的燃烧,传统煤炭锅炉亦 不完全适用,亟需开发高效的生物质燃料燃烧器,在 能源高效利用的同时降低 NOx 污染物的排放. 1 生物质资源的研究现状 1郾 1 我国生物质资源现状 生物质能源是一种以生物质为载体的能量,即 通过光合作用将获得的太阳能转化为化学能并贮存 在生物质中的能量形式,它直接或间接地来源于绿 色植物的光合作用,是太阳能的一种廉价储存方式. 目前的技术水平下具备开发价值的农村生物质资源 一般包括农作物秸秆、林木生物质残余物、禽畜粪便 与能源作物等[2鄄鄄3] . 从 2001 年到 2015 年,我国农业 总产量逐年提高,2015 年农业总产量为 2郾 24 伊 10 19 J,其中种植业产量为 1郾 53 伊 10 19 J(68郾 47% ),林业、 畜牧业与渔业产量分别为 4郾 64 伊 10 18 、2郾 04 伊 10 18与 3郾 89 伊 10 17 J [4] ,其中,可用于作为农业生物质能的 资源高达 9郾 10 伊 10 18 J [5] . 然而,我国生物质资源的品位较低,分散性较 大,大量生物质资源被随意填埋与焚烧,成为影响环 境的废弃物[2] . 目前,生物质资源化利用率较高的 为种植业副产物农作物秸秆,已被用作工业原料和 生物燃料,总量为 4郾 29 伊 10 18 J,占种植业产量的 27郾 79% ,其中,玉米、水稻、小麦等农作物秸秆产量 占秸秆总产量的70郾 24% [6] . 但是,大部分的秸秆资 源仍被直接焚烧或随意丢弃,仅有极少部分秸秆被 应用于锅炉进行集中燃烧供能, 燃烧效率不足 15% [7] . 1郾 2 生物质燃料的特性 生物质能是可再生能源,具有生态意义上的碳 的零排放,燃烧产物相对清洁. 由于目前大气污染 较为严重而且能源日益短缺,因此开发与利用生物 质能具有十分巨大的能源与环境保护战略意义. 目 前,我国还没有颁布关于生物质固体成型燃料的统 一的国家标准,普遍认为的生物质固体成型燃料是 指利用农林废弃物(稻壳、秸杆、树皮、木屑等)作为 原材料,通过一系列的预处理 ( 收集、干燥、粉碎 等),采用特殊的生物质固体成型设备,将预处理后 的生物质材料挤压成规则的、密度较大的棒状、块状 或颗粒状等形状的成型燃料. 通过调研和文献对 比,表 1 列出了各种典型的生物质燃料及传统燃煤 的工业组分、元素组成、热值等参数的汇总结果. 由表 1 可见,生物质燃料产生出的热值较高,通 常为 17 ~ 20 MJ·kg - 1 ,且秸秆与稻壳的挥发分质量 分数高达 70% ~ 85% ,因此具有优良的点火燃烧性 能以及良好的代煤效果. 此外,生物质燃料硫含量 几乎为零,氮含量极低而且灰分含量较低,因此,生 物质燃料的二氧化硫(SO2 )与氮氧化物(NOx)排放 低,二氧化碳(CO2 )零排放,排渣少,飞灰少,灰渣可 还田,因此,具有显著的环保特性[4鄄鄄5] . 尽管生物质 成型燃料的制作需要经过收集、运输、加工等过程, 会带来一定的成本,但是与现在原煤及型煤相比,生 物质原料价格低廉,因此,生物质成型燃料在价格上 仍然具有较大的优势,这也在很大程度上有助于生 物质能源的推广与使用. 虽然,生物质燃料清洁可再生,具有十分广阔的 应用潜力,但是,实现生物质燃料高效、清洁燃烧需 要使用专门设计的燃烧器. 从 20 世纪 30 年代开 始,美国、日本、芬兰等许多发达国家逐渐重视并都 投入了大量精力来研究生物质成型技术和木质成型 燃料;80 年代以后,成型技术已日渐成熟,并形成了 一定的推广规模[22鄄鄄23] ;到了 90 年代,在木质颗粒燃 料燃烧器方面,部分美欧以及日本等国家的燃烧器 已经逐渐定型,而且在加热、供暖、干燥等领域大范 围的推广与应用该项技术,并形成了产业化规 模[24鄄鄄25] . 就我国实际情况而言,我国是一个农业大 国,具有丰富的生物质资源,一直以来,生物质能源 ·2·
毛洪钧等：生物质锅炉氨氧化物排放控制技术研究进展 表1不同来源生物质燃料工业分析、元素组成和热值 Table I Statistics regarding industrial analysis index,elemental composition,and calorific value of different biomass fuels 工业分析/% 热值/ 元素质量分数/% 生物质燃料 参考文献 灰分 挥发分 固定碳(Mkg1) C H N 云杉木 1.50 70.20 29.30 20.50 51.40 6.10 0 0.30 [8-10] 原料 白杨木 2.70 84.81 12.49 19.38 48.45 5.85 0.01 0.47 [11-12] 木质 榉木 0.50 82.50 17.00 19.60 49.50 6.20 0.01 0.40 [8,13-14] 成型燃料 0.40 81.52 13.20 18.52 44.66 7.64 0.10 0.32 [15] 原料 2.80 82.20 15.00 10.73 49.40 5.60 0.10 0.60 [9,11,13] 玉米枯秆 成型燃料 8.96 69.18 17.62 15.29 43.76 5.60 0.18 1.09 [16] 原料 18.67 65.47 15.86 14.00 38.45 5.28 一 0.88 [8,12,17] 稻草 成型燃料 13.86 65.11 16.06 13.98 38.32 5.06 0.11 0.63 [18] 原料 7.02 75.27 17.71 19.30 49.40 6.10 0.17 0.70 〔8,12,14] 小麦秸秆 成型燃料 8.90 67.36 19.35 15.37 41.28 5.31 0.18 0.65 [18] 原料 2.80 59.30 37.90 一 53.60 6.60 0.10 1.50 [9,13] 核桃壳 成型燃料 0.68 80.8818.44 17.60 51.11 5.80 0.05 0.20 [19] 锯末 原料 2.80 82.20 15.00 18.02 55.34 5.83 0.00 0.09 [13,20-21] 成型燃料 0.96 80.30 18.70 18.64 52.15 5.37 0.01 0.10 [20-21] 原料 1.40 69.30 28.30 19.50 50.80 5.60 0.00 1.00 [8-10] 榛子壳 成型燃料 2.28 20.61 77.11 19.85 53.50 6.10 [22] 烟煤 20.6421.05 50.01 23.38 61.33 3.20 0.49 0.85 [18] 无烟煤 16.80 8.00 67.20 20.97 67.70 3.10 0.70 1.00 [18] 是农村地区的主要能源之一.在我国每年可生产7 1.3.2锅炉燃烧技术 亿多吨农作物秸秆，研究表明，秸秆直接燃烧值约为 随着锅炉燃烧技术的逐渐完善，目前已成为一 标准煤的55%，根据热值，如果全部用来燃烧，可折 种先进的生物质燃烧技术.该技术使用锅炉作为生 合大约4亿吨标准煤[2.然而，在我国，秸秆的利 物质燃烧器，以生物质作为锅炉燃烧的燃料，通过控 用存在较多的问题，例如利用情况落后、污染大等。 制燃料在锅炉中的燃烧状况，进而提高生物质的利 此外，国外的生物质燃烧主要以木质材料为主，而我 用效率.相对于直接燃烧技术，锅炉燃烧技术更适 国主要为农作物秸秆，因此根据我国生物质燃烧的 合于生物质资源的集中、大规模利用.但是由于锅 国情，不能照搬国外的经验与技术 炉结构较为复杂，控制参数较多，因此对该技术的使 1.3生物质燃料的利用方式 用要求较高.在国外，流化床技术是一种被广泛采 1.3.1直接燃烧技术 用的生物质能锅炉燃烧技术，由于国外发展较早，该 生物质直接燃烧技术就是将生物质直接作为燃 项技术已经有了相当大的规模，而且在这项技术运 料进行燃烧，利用产生的热能来进行生产与生活. 行方面，也有了很多较为成熟的经验 直接燃烧的技术要求较低，燃烧方式最为简单.骆 目前，生物质锅炉主要有两种炉型，即纯烧生物质 仲泱等26]研究表明，自20世纪80年代开始，在我 的水冷振动炉和混烧生物质的循环流化床锅炉.其中， 国政府的大力推广下，节柴灶在农村得到广泛使用， 循环流化床锅炉是将粒径为6~12mm的燃料和石灰 至1996年底，有1.7亿户家庭使用节柴灶，节柴灶 石注入炉或燃烧室，颗粒在一股向上流动的空气（占总 的推广使用每年可以为国家减少数千万吨标准煤的 空气体积分数的60%~70%)的作用下悬浮，二次风从 能源消耗.但是，根据张百良的研究，旧式炉灶不但 锅炉上方进入燃烧室，促进生物质颗粒的充分燃烧，燃 热效率低（通常只有10%左右）、浪费燃料，而且燃 烧温度为840~900℃左右[2】.水冷振动炉通过周期性 烧过程产生的颗粒物、硫氧化物、氨氧化物等会严重 的振动，燃料在炉排上被抛起，燃烧的同时跳跃前进， 污染环境[).因此，这种传统的生物质燃烧方式燃 炉渣也在这个过程中由炉排末端排出[] 烧效率较低，大量浪费能源和资源，且污染环境. 但是，水冷振动炉对燃料的适应性较差、燃烧效
毛洪钧等: 生物质锅炉氮氧化物排放控制技术研究进展 表 1 不同来源生物质燃料工业分析、元素组成和热值 Table 1 Statistics regarding industrial analysis index, elemental composition, and calorific value of different biomass fuels 生物质燃料 工业分析/ % 灰分 挥发分 固定碳 热值/ (MJ·kg - 1 ) 元素质量分数/ % C H S N 参考文献 云杉木 1郾 50 70郾 20 29郾 30 20郾 50 51郾 40 6郾 10 0 0郾 30 [8鄄鄄10] 木质 原料 白杨木 2郾 70 84郾 81 12郾 49 19郾 38 48郾 45 5郾 85 0郾 01 0郾 47 [11鄄鄄12] 榉木 0郾 50 82郾 50 17郾 00 19郾 60 49郾 50 6郾 20 0郾 01 0郾 40 [8, 13鄄鄄14] 成型燃料 0郾 40 81郾 52 13郾 20 18郾 52 44郾 66 7郾 64 0郾 10 0郾 32 [15] 玉米秸秆 原料 2郾 80 82郾 20 15郾 00 10郾 73 49郾 40 5郾 60 0郾 10 0郾 60 [9, 11, 13] 成型燃料 8郾 96 69郾 18 17郾 62 15郾 29 43郾 76 5郾 60 0郾 18 1郾 09 [16] 稻草 原料 18郾 67 65郾 47 15郾 86 14郾 00 38郾 45 5郾 28 — 0郾 88 [8, 12, 17] 成型燃料 13郾 86 65郾 11 16郾 06 13郾 98 38郾 32 5郾 06 0郾 11 0郾 63 [18] 小麦秸秆 原料 7郾 02 75郾 27 17郾 71 19郾 30 49郾 40 6郾 10 0郾 17 0郾 70 [8, 12, 14] 成型燃料 8郾 90 67郾 36 19郾 35 15郾 37 41郾 28 5郾 31 0郾 18 0郾 65 [18] 核桃壳 原料 2郾 80 59郾 30 37郾 90 — 53郾 60 6郾 60 0郾 10 1郾 50 [9, 13] 成型燃料 0郾 68 80郾 88 18郾 44 17郾 60 51郾 11 5郾 80 0郾 05 0郾 20 [19] 锯末 原料 2郾 80 82郾 20 15郾 00 18郾 02 55郾 34 5郾 83 0郾 00 0郾 09 [13, 20鄄鄄21] 成型燃料 0郾 96 80郾 30 18郾 70 18郾 64 52郾 15 5郾 37 0郾 01 0郾 10 [20鄄鄄21] 榛子壳 原料 1郾 40 69郾 30 28郾 30 19郾 50 50郾 80 5郾 60 0郾 00 1郾 00 [8鄄鄄10] 成型燃料 2郾 28 20郾 61 77郾 11 19郾 85 53郾 50 6郾 10 — — [22] 烟煤 20郾 64 21郾 05 50郾 01 23郾 38 61郾 33 3郾 20 0郾 49 0郾 85 [18] 无烟煤 16郾 80 8郾 00 67郾 20 20郾 97 67郾 70 3郾 10 0郾 70 1郾 00 [18] 是农村地区的主要能源之一. 在我国每年可生产 7 亿多吨农作物秸秆,研究表明,秸秆直接燃烧值约为 标准煤的 55% ,根据热值,如果全部用来燃烧,可折 合大约 4 亿吨标准煤 [25] . 然而,在我国,秸秆的利 用存在较多的问题,例如利用情况落后、污染大等. 此外,国外的生物质燃烧主要以木质材料为主,而我 国主要为农作物秸秆,因此根据我国生物质燃烧的 国情,不能照搬国外的经验与技术. 1郾 3 生物质燃料的利用方式 1郾 3郾 1 直接燃烧技术 生物质直接燃烧技术就是将生物质直接作为燃 料进行燃烧,利用产生的热能来进行生产与生活. 直接燃烧的技术要求较低,燃烧方式最为简单. 骆 仲泱等[26]研究表明,自 20 世纪 80 年代开始,在我 国政府的大力推广下,节柴灶在农村得到广泛使用, 至 1996 年底,有 1郾 7 亿户家庭使用节柴灶,节柴灶 的推广使用每年可以为国家减少数千万吨标准煤的 能源消耗. 但是,根据张百良的研究,旧式炉灶不但 热效率低(通常只有 10% 左右)、浪费燃料,而且燃 烧过程产生的颗粒物、硫氧化物、氮氧化物等会严重 污染环境[27] . 因此,这种传统的生物质燃烧方式燃 烧效率较低,大量浪费能源和资源,且污染环境. 1郾 3郾 2 锅炉燃烧技术 随着锅炉燃烧技术的逐渐完善,目前已成为一 种先进的生物质燃烧技术. 该技术使用锅炉作为生 物质燃烧器,以生物质作为锅炉燃烧的燃料,通过控 制燃料在锅炉中的燃烧状况,进而提高生物质的利 用效率. 相对于直接燃烧技术,锅炉燃烧技术更适 合于生物质资源的集中、大规模利用. 但是由于锅 炉结构较为复杂,控制参数较多,因此对该技术的使 用要求较高. 在国外,流化床技术是一种被广泛采 用的生物质能锅炉燃烧技术,由于国外发展较早,该 项技术已经有了相当大的规模,而且在这项技术运 行方面,也有了很多较为成熟的经验. 目前,生物质锅炉主要有两种炉型,即纯烧生物质 的水冷振动炉和混烧生物质的循环流化床锅炉. 其中, 循环流化床锅炉是将粒径为 6 ~ 12 mm 的燃料和石灰 石注入炉或燃烧室,颗粒在一股向上流动的空气(占总 空气体积分数的60% ~70%)的作用下悬浮,二次风从 锅炉上方进入燃烧室,促进生物质颗粒的充分燃烧,燃 烧温度为840 ~900 益左右[28] . 水冷振动炉通过周期性 的振动,燃料在炉排上被抛起,燃烧的同时跳跃前进, 炉渣也在这个过程中由炉排末端排出[29] . 但是,水冷振动炉对燃料的适应性较差、燃烧效 ·3·
工程科学学报，第41卷，第1期 率低，且对燃料的水分含量要求较高，造价较昂贵， 生产、生活有很大影响.由于我国主要的燃料为煤 而循环流化床混烧生物质锅炉与水冷振动炉排锅炉 炭，因此我国大气中有67%（质量分数）的N0,来自 相比，建设成本低，燃料适应性强，更适用于摻烧燃 燃煤排放[3].燃料过程中NO,主要来自三条途径： 料的燃烧，且运行安全，环保性能优异，负荷范围广， 热力型NO.(thermal NO.)、燃料型NO,(fuel NO.)和 因此，考虑我国生物质能源现状，采用循环流化床摻 快速型NO,(prompt NO,).热力型NO,约占燃料燃 烧生物质更适合我国国情 烧产生NO,的20%，是空气中的氮气在高温下氧化 此外，链条炉排炉和往复炉排炉也可适用于生 生成的[3]，热力型NO,的生成受温度因素的影响显 物质燃料的层燃燃烧，但是二者也各有优缺点，链条 著，有研究表明，当燃烧温度低于1300℃时，儿乎观 炉排炉的炉排片可以循环冷却，而往复炉排炉对燃 察不到热力型N0,的生成：而燃烧温度高于1300℃ 料尺寸的要求和燃料漏料量这两点上比链条炉排具 时，热力型NO,的生成量有着显著增加[).燃料型 有更显著的优势.因此，逐步发展出了联合炉排炉， NO,是指燃料中的含氨化合物在燃烧过程中发生热 即在燃烧设备中采用两套不同的炉排联合使用，例 解，然后发生氧化反应生成的氮氧化物，燃料型NO 如前炉排为倾斜往复炉排，增大炉膛的容积，有利于 的生成量约占燃料燃烧产生N0,质量分数的75% 挥发分的燃尽，后炉排连接重型鳞片式炉排，联合炉 ~90%,其生成机理非常复杂，主要由挥发分氮和焦 排比单一炉排具有更好的调节性能，使得燃烧更加 炭氨氧化而成（图1(a)).NO,的生成不仅受燃料 充分.但是生物质燃料在这几类锅炉上的燃烧尚属 探索阶段，技术有待进一步完善和成熟[30] 的种类和结构的影响，也受到浓度、温度、燃料成分 等燃烧条件的影响36,8】.快速型N0,是燃料中的 1.3.3生物质锅炉目前存在的问题 碳氢化合物在高温条件下生成的CH原子团，与空 生物质锅炉燃烧技术目前存在着一些问题，比 气中的N,分子发生撞击，进而导致HCN类化合物 如，为保证在特定的燃烧过程中燃料在流化床中处 于流化状态，需要较为严格地控制锅炉进料的颗粒 的生成，生成的HCN进一步被氧化而生成快速型 大小，为解决这一问题，就需要通过干燥、粉碎等前 NO,(图1(b)),快速型NO.的生成量很小，只在氧 处理步骤，使得生物质燃料在其尺寸、状态等方面均一 浓度较低的情况下才发生，而且生成过程不受温度 化.再有，在采用稻壳、木屑等密度较小、结构松散、蓄 因素的制约，快速型NO,占NO,总生成量的5% 热能力比较差的生物质作为燃烧材料时，为了维持正 (质量分数)以下[] 常燃烧所需的蓄热床料，在燃烧过程中还需要向燃料 燃料燃烧释放的NO,一部分来自于燃料本身 中不断地添加石英砂等物质，而这会引起燃烧产生质 含有的燃料氨，但相比于煤燃料，生物质燃料的燃料 地较硬的生物质飞灰，从而在燃烧过程中极易会对锅 氨含量较低.尽管生物质燃料中含有的燃料氨含量 炉的受热面造成磨损，石英砂等添加剂的混入，使得对 较少，但是有研究报道，大约质量分数70%~100% 灰渣的进一步加工与利用变得更为困难31-] 的燃料氨最终会在燃烧过程中转化为NO.我国是 目前，在直接燃烧生物质原料的基础上，发展出 一个农业大国，每年产生大量的生物质材料，而生物 了生物质固化成型燃料，即在一定温度和压力作用 质燃料以农作物秸秆为主，与国外常用的木质类生 下，通过专门设备将生物质压制成颗粒状，块状、棒 物质原料不同的是，秸秆类生物质燃料氨的质量分 状等形状的成型燃料.通过制备成型燃料，可以提 数一般较高，如玉米秸秆可以达到0.7%左右.因 高生物质燃料的储存和运输能力，改善燃烧性能，提 而，生物质燃料燃烧排放的污染物中，控制NO,的 高利用效率，大大扩展应用范围，使之成为一种清洁 排放是生物质清洁燃烧的重点.与其他大气污染物 环保的新型生物质燃料，进而能部分替代煤炭等化 相比，NO.在燃料燃烧过程中所产生的量最多，质量 石燃料，减少对传统化石能源的依赖.在我国，使用 分数在30%以上，然而，燃料燃烧过程产生的N0 固化成型技术将秸轩制备成的成型燃料既可作为发 中有70%来自于煤炭的直接燃烧[].挥发分的析 电供热等工业化燃料，又可作为农村居民的炊事和 出、焦炭燃烧和挥发分燃烧是NO,形成的主要过 取暖的燃料[33-34) 程，改变炉膛内的燃烧形式可以有效地减少污染物 的产生 2我国氮氧化物排放现状 2.2氨氧化物的危害 2.1燃料燃烧NO,的生成机理 随着我国经济的持续快速发展，能源消耗逐年 NO,是常见的大气污染物，对居民身体健康和 增加，大气中NO,的排放量也迅速增长.NO,成为
工程科学学报,第 41 卷,第 1 期 率低,且对燃料的水分含量要求较高,造价较昂贵, 而循环流化床混烧生物质锅炉与水冷振动炉排锅炉 相比,建设成本低,燃料适应性强,更适用于掺烧燃 料的燃烧,且运行安全,环保性能优异,负荷范围广, 因此,考虑我国生物质能源现状,采用循环流化床掺 烧生物质更适合我国国情. 此外,链条炉排炉和往复炉排炉也可适用于生 物质燃料的层燃燃烧,但是二者也各有优缺点,链条 炉排炉的炉排片可以循环冷却,而往复炉排炉对燃 料尺寸的要求和燃料漏料量这两点上比链条炉排具 有更显著的优势. 因此,逐步发展出了联合炉排炉, 即在燃烧设备中采用两套不同的炉排联合使用,例 如前炉排为倾斜往复炉排,增大炉膛的容积,有利于 挥发分的燃尽,后炉排连接重型鳞片式炉排,联合炉 排比单一炉排具有更好的调节性能,使得燃烧更加 充分. 但是生物质燃料在这几类锅炉上的燃烧尚属 探索阶段,技术有待进一步完善和成熟[30] . 1郾 3郾 3 生物质锅炉目前存在的问题 生物质锅炉燃烧技术目前存在着一些问题,比 如,为保证在特定的燃烧过程中燃料在流化床中处 于流化状态,需要较为严格地控制锅炉进料的颗粒 大小,为解决这一问题,就需要通过干燥、粉碎等前 处理步骤,使得生物质燃料在其尺寸、状态等方面均一 化. 再有,在采用稻壳、木屑等密度较小、结构松散、蓄 热能力比较差的生物质作为燃烧材料时,为了维持正 常燃烧所需的蓄热床料,在燃烧过程中还需要向燃料 中不断地添加石英砂等物质,而这会引起燃烧产生质 地较硬的生物质飞灰,从而在燃烧过程中极易会对锅 炉的受热面造成磨损,石英砂等添加剂的混入,使得对 灰渣的进一步加工与利用变得更为困难[31鄄鄄32] . 目前,在直接燃烧生物质原料的基础上,发展出 了生物质固化成型燃料,即在一定温度和压力作用 下,通过专门设备将生物质压制成颗粒状、块状、棒 状等形状的成型燃料. 通过制备成型燃料,可以提 高生物质燃料的储存和运输能力,改善燃烧性能,提 高利用效率,大大扩展应用范围,使之成为一种清洁 环保的新型生物质燃料,进而能部分替代煤炭等化 石燃料,减少对传统化石能源的依赖. 在我国,使用 固化成型技术将秸秆制备成的成型燃料既可作为发 电供热等工业化燃料,又可作为农村居民的炊事和 取暖的燃料[33鄄鄄34] . 2 我国氮氧化物排放现状 2郾 1 燃料燃烧 NOx 的生成机理 NOx 是常见的大气污染物,对居民身体健康和 生产、生活有很大影响. 由于我国主要的燃料为煤 炭,因此我国大气中有67% (质量分数)的 NOx 来自 燃煤排放[35] . 燃料过程中 NOx 主要来自三条途径: 热力型 NOx(thermal NOx)、燃料型 NOx(fuel NOx)和 快速型 NOx(prompt NOx). 热力型 NOx 约占燃料燃 烧产生 NOx 的 20% ,是空气中的氮气在高温下氧化 生成的[36] ,热力型 NOx 的生成受温度因素的影响显 著,有研究表明,当燃烧温度低于 1300 益 时,几乎观 察不到热力型 NOx 的生成;而燃烧温度高于 1300 益 时,热力型 NOx 的生成量有着显著增加[37] . 燃料型 NOx 是指燃料中的含氮化合物在燃烧过程中发生热 解,然后发生氧化反应生成的氮氧化物,燃料型 NOx 的生成量约占燃料燃烧产生 NOx 质量分数的 75% ~ 90% ,其生成机理非常复杂,主要由挥发分氮和焦 炭氮氧化而成(图 1( a)). NOx 的生成不仅受燃料 的种类和结构的影响,也受到浓度、温度、燃料成分 等燃烧条件的影响[36,38] . 快速型 NOx 是燃料中的 碳氢化合物在高温条件下生成的 CH 原子团,与空 气中的 N2分子发生撞击,进而导致 HCN 类化合物 的生成,生成的 HCN 进一步被氧化而生成快速型 NOx(图 1(b)),快速型 NOx 的生成量很小,只在氧 浓度较低的情况下才发生,而且生成过程不受温度 因素的制约,快速型 NOx 占 NOx 总生成量的 5% (质量分数)以下[38] . 燃料燃烧释放的 NOx 一部分来自于燃料本身 含有的燃料氮,但相比于煤燃料,生物质燃料的燃料 氮含量较低. 尽管生物质燃料中含有的燃料氮含量 较少,但是有研究报道,大约质量分数 70% ~ 100% 的燃料氮最终会在燃烧过程中转化为 NO. 我国是 一个农业大国,每年产生大量的生物质材料,而生物 质燃料以农作物秸秆为主,与国外常用的木质类生 物质原料不同的是,秸秆类生物质燃料氮的质量分 数一般较高,如玉米秸秆可以达到 0郾 7% 左右. 因 而,生物质燃料燃烧排放的污染物中,控制 NOx 的 排放是生物质清洁燃烧的重点. 与其他大气污染物 相比,NOx 在燃料燃烧过程中所产生的量最多,质量 分数在 30% 以上,然而,燃料燃烧过程产生的 NOx 中有 70% 来自于煤炭的直接燃烧[39] . 挥发分的析 出、焦炭燃烧和挥发分燃烧是 NOx 形成的主要过 程,改变炉膛内的燃烧形式可以有效地减少污染物 的产生. 2郾 2 氮氧化物的危害 随着我国经济的持续快速发展,能源消耗逐年 增加,大气中 NOx 的排放量也迅速增长. NOx 成为 ·4·
毛洪钧等：生物质锅炉氨氧化物排放控制技术研究进展 .5. HCH (a) 挥发分 NO NH 燃料 +HCN 固定碳 +C NO +CH NO HCN HCO 图1燃料型NO,(a)和快速型NO,(b)的生成机理 Fig.1 Mechanism of the formation of NO,fuel (a)and prompt NO,(b) 主要的一次污染物[o],其中主要以N0和NO2为 NO:在NO,产生量上，秸秆成型燃料燃烧NO,的排 主[4).NO,的排放引发的环境问题已经严重威胁 放量是木质燃料的2倍 了生态环境和人体健康，主要危害包括：参与臭氧层 表2不同生物质成型燃料N0,排放情况 的破坏：可以与碳氢化合物形成光化学烟雾：是形成 Table 2 NO.emission concentration of different biomass briquettes 酸雨酸雾的主要污染物：会对植物产生损害：对人体 NO,质量浓度/ 生物质燃料 后处理方式 参考文献 健康有致毒作用等.因此，控制和治理大气中的 （mgm3) NO,非常重要[42] 木质成型燃料 多管除尘器 207.9 [18] 2.3我国生物质燃烧氨氧化物的排放现状 木质成型燃料 水膜除尘器 337.4 [18] NO,污染防治的紧迫性还体现在，如果不对 花生壳成型燃料 水膜除尘器 264.6 [18] NO,的排放进行有效的控制，NO.排放的显著上升 棉花秸秆成型燃料水膜除尘器 375.1 [18] 会抵消削减S0,的努力，具体主要表现在京津冀、长 玉米秸秆成型燃料水膜除尘器 601.3 [18] 三角、珠三角等经济发达地区的灰霾天数增加，污染 2012年我国生物质发电厂的装机容量（不包括 程度加重，大气能见度下降，我国酸雨类型由硫酸型 蔗渣发电)达3.37GW],2013年我国生物质发电 向硝酸-硫酸复合型进行转变.因此，在“十二五” 量为3.7×100kW,h-1,生物质能消耗量为800万 期间，我国将NO.纳入总量控制，NO,成为联防联 吨（近400万吨煤当量）[45].预计到2015年和2020 控规划控制的重点污染物之一· 年，农林生物质直燃发电容量可分别达到4.5GW 不同生物质成型燃料NO,排放情况于表2中 和7.5GW【6).NO,是生物质燃烧发电过程中产生 列出，通过对比可以看出，尽管木质成型燃料较秸秆 的重要污染物之一，对其控制方法主要有燃烧控制 成型燃料的NO,排放量较低.但是还没有完全达到 与烟气净化，即燃烧控制是通过降低燃烧的温度来 现行排放标准GB13271一2014与标准GB13271征 防止局部产生高温，通常采用多级送风、低氧燃烧、 求意见稿-重点区域中规定的200mg·m-3的标 流化床燃烧等：烟气净化包括选择性催化还原法和 准[43]，与新标准的80mg·m-3的期望尚存在较大距 选择非催化还原法[).较燃煤不同，燃烧生物质燃 离.Vassilev等]也曾比较了在燃料点火和熄火过 料时，由于炉膛燃烧温度较高，一般在850℃以上， 程中木质燃料和玉米秸秆成型NO,的排放规律，在 生物质燃料含氨产物在燃烧过程中可以部分转化为 NO,组分上，研究发现秸秆成型燃料的整个点火过 NO,即会有大量的热力型NO.产生.因此，在役的 程中，烟气中的N0,含有N0和质量分数为2.6% 生物质锅炉比燃煤锅炉的NO,排放量要高.有研究 ~6.9%的NO2,而木质成型燃料烟气中的N0,只有 发现，未经技术改造燃煤工业锅炉在改燃生物质颗
毛洪钧等: 生物质锅炉氮氧化物排放控制技术研究进展 图 1 燃料型 NOx(a)和快速型 NOx(b)的生成机理 Fig. 1 Mechanism of the formation of NOx fuel (a) and prompt NOx(b) 主要的一次污染物[40] ,其中主要以 NO 和 NO2 为 主[41] . NOx 的排放引发的环境问题已经严重威胁 了生态环境和人体健康,主要危害包括:参与臭氧层 的破坏;可以与碳氢化合物形成光化学烟雾;是形成 酸雨酸雾的主要污染物;会对植物产生损害;对人体 健康有致毒作用等. 因此,控制和治理大气中的 NOx 非常重要[42] . 2郾 3 我国生物质燃烧氮氧化物的排放现状 NOx 污染防治的紧迫性还体现在,如果不对 NOx 的排放进行有效的控制,NOx 排放的显著上升 会抵消削减 SO2的努力,具体主要表现在京津冀、长 三角、珠三角等经济发达地区的灰霾天数增加,污染 程度加重,大气能见度下降,我国酸雨类型由硫酸型 向硝酸鄄鄄硫酸复合型进行转变. 因此,在“十二五冶 期间,我国将 NOx 纳入总量控制,NOx 成为联防联 控规划控制的重点污染物之一. 不同生物质成型燃料 NOx 排放情况于表 2 中 列出,通过对比可以看出,尽管木质成型燃料较秸秆 成型燃料的 NOx 排放量较低. 但是还没有完全达到 现行排放标准 GB13271—2014 与标准 GB13271 征 求意见稿鄄鄄 重点区域中规定的 200 mg·m - 3 的标 准[43] ,与新标准的 80 mg·m - 3的期望尚存在较大距 离. Vassilev 等[14]也曾比较了在燃料点火和熄火过 程中木质燃料和玉米秸秆成型 NOx 的排放规律,在 NOx 组分上,研究发现秸秆成型燃料的整个点火过 程中,烟气中的 NOx 含有 NO 和质量分数为 2郾 6% ~ 6郾 9% 的 NO2 ,而木质成型燃料烟气中的 NOx 只有 NO;在 NOx 产生量上,秸秆成型燃料燃烧 NOx 的排 放量是木质燃料的 2 倍. 表 2 不同生物质成型燃料 NOx 排放情况 Table 2 NOx emission concentration of different biomass briquettes 生物质燃料 后处理方式 NOx 质量浓度/ (mg·m - 3 ) 参考文献 木质成型燃料 多管除尘器 207郾 9 [18] 木质成型燃料 水膜除尘器 337郾 4 [18] 花生壳成型燃料 水膜除尘器 264郾 6 [18] 棉花秸秆成型燃料 水膜除尘器 375郾 1 [18] 玉米秸秆成型燃料 水膜除尘器 601郾 3 [18] 2012 年我国生物质发电厂的装机容量(不包括 蔗渣发电)达 3郾 37 GW [44] ,2013 年我国生物质发电 量为 3郾 7 伊 10 10 kW·h - 1 ,生物质能消耗量为 800 万 吨(近 400 万吨煤当量) [45] . 预计到 2015 年和 2020 年,农林生物质直燃发电容量可分别达到 4郾 5 GW 和 7郾 5 GW [46] . NOx 是生物质燃烧发电过程中产生 的重要污染物之一,对其控制方法主要有燃烧控制 与烟气净化,即燃烧控制是通过降低燃烧的温度来 防止局部产生高温,通常采用多级送风、低氧燃烧、 流化床燃烧等;烟气净化包括选择性催化还原法和 选择非催化还原法[47] . 较燃煤不同,燃烧生物质燃 料时,由于炉膛燃烧温度较高,一般在 850 益 以上, 生物质燃料含氮产物在燃烧过程中可以部分转化为 NOx,即会有大量的热力型 NOx 产生. 因此,在役的 生物质锅炉比燃煤锅炉的 NOx 排放量要高. 有研究 发现,未经技术改造燃煤工业锅炉在改燃生物质颗 ·5·
.6 工程科学学报，第41卷，第1期 粒燃料时，其NO.排放质量浓度达到330mg·m-3左 处位置靠近水冷壁，由于该区域远离火焰中心，温度 右4].王秦超[4]对五台装机容量不同的生物质锅 偏低，尽管在此位置的氧化比例较高，但是NO,的 炉排放情况进行了研究，结果显示，NO,排放质量浓 生成率依旧较低，最终实现了减少NO.生成与排放 度在207.9~601.3mg·m3之间，均超过排放限值， 的目的[38] 因此，应用传统燃煤锅炉改燃生物质燃料必须改进 低NO,燃烧器有低NO,预燃室燃烧器、分割火 燃烧方式或加装后处理装置 焰型燃烧器、阶段燃烧器、浓淡型燃烧器、混合促进 尽管目前正在实行的《锅炉大气污染物排放标 型燃烧器、自身再循环燃烧器等几大类.脱硝效率 准》(GB13271一2014)并没有规定生物质锅炉N0, 一般在30%~60%之间. 的排放限值，但燃烧玉米秸秆成型燃料时，生物质锅 3.1.2燃料再燃 炉的N0,排放质量浓度往往在207.9~601.3mg· 燃料再燃技术始于20世纪80年代，是一种炉 m-3之间，由于GB13271一2014中的排放限值为200 内NO,控制技术.降氨原理如下：根据燃料在炉内 mg·m~3,以此标准来衡量，玉米秸秆成型燃料时排 的燃烧过程，沿炉膛高度方向将炉膛分成主燃区、再 放的N0.排放浓度超标0.04~2.01倍18).《生物 燃区和燃尽区三个区域：利用燃料分级在炉膛再燃 质能发展“十二五”规划》表明，我国生物质成型燃 区形成强还原性气氛，在该区域将主燃区内形成的 料年利用量将在2015年达到1000万吨，相应替代 NO,还原为N,和其他含氨还原性基团(HCN和 500万吨标准煤(700万吨燃煤)，可减少0.91万吨 NH):之后，由于燃烧不充分所产生的尾气排放会 的NO,排放[1).因此，开展对大气NO,的污染控制 导致环境污染，从而在燃尽区补人部分空气，形成富 已迫在眉睫 氧燃烧段，从而在此区域将剩余的可燃物(CH:、CO 等)和含氨分子氧化].再燃技术的采用可以将燃 3生物质锅炉的氮氧化物治理技术 煤锅炉NO,排放量降至使用前的35%以下. 美国、欧盟、日本等发达国家或地区在NO,控 燃料再燃技术具有以下优，点：脱硝效率高、适用 性广、锅炉改造小、运行费用低，因此该技术受到了 制工作方面上起步较早，NO,控制的相关政策也相 普遍关注.再燃燃料种类繁多，气体（甲烷、合成气 对成熟.目前来讲，国外发达国家主要采用烟气再 等)、液体（水煤浆等）和固体燃料（煤粉、生物质等） 循环、多级燃烧、低氨燃烧器组合等方式可以减少 都可以用作再燃燃料.由于生物质中N、S等元素相 30%~70%的N0,排放.尽管低氨燃烧技术是我国 对较少，生物质的广泛利用可以大量减少大气污染 目前主要的NO,治理技术，该技术的采用可以控制 物的产生与排放，与此同时，生物质燃烧后的灰分中 锅炉排放的N0,浓度在200mg·m-3以下，但是仅依 的钠、钾等组分对NO,的还原具有促进作用.综上 靠该技术已经不能满足新标准的要求. 可知，生物质燃料可以作为一种较好的再燃燃 3.1燃烧改进技术 料[38].但是，目前对生物质再燃脱硝特性的研究相 燃烧改进技术是一种通过控制燃烧条件，调节 对较少.有研究表明，将生物质作为再燃燃料将会 燃烧区的温度和进气量，进而减少NO,的生成与排 使得NO,降低效率更高.Adams与Harding[so]使用 放的技术.相比于其他的降氮技术，低NO,燃烧技 木材作为再燃燃料，将再燃技术用于旋风燃烧器排 术是一种较为简单、经济而且应用最广的方法[3]. 放的NO.控制中，当再燃燃料在靠近后壁的旋风桶 目前采用的低NO,燃烧技术主要有以下五种：低 的区域且温度接近1600℃时注入再燃燃料，炉内停 NO,燃烧器、燃料再燃技术、低过量空气燃烧技术、 留时间0.3s,可使N0排放量降低量接近60%；随 空气分级燃烧技术和烟气再循环技术[】 着过热空气高速反向注入时，NO,降低效率最高，达 3.1.1低N0,燃烧器 到45%左右.Li山等s]研究发现，使用再燃技术可 低N0,燃烧器的采用，可以实现在燃料燃烧过 以使得N0质量分数降低50%~60%，同时对于锅 程中对NO,排放进行控制，同时有利于燃料的稳定 炉的操作方面没有明显的副作用. 着火燃烧和完全燃烧. 3.1.3低过量空气燃烧 低NO,燃烧器的工作原理是把燃烧一次风分 低过量空气燃烧的原理是通过减少烟气中的过 成浓相和淡相两个部分在不同的位置进行燃烧：浓 量氧气抑制NO,的生成，所以要尽可能保证燃烧在 相所处位置距离火焰中心较近，温度较高，但是由于 接近理论空气量的条件下进行，是一种相对简单的 氧化比例较少，因而降低了NO,的生成率：淡相所 降低NO排放的方法.但是，此方法的NO,脱除效
工程科学学报,第 41 卷,第 1 期 粒燃料时,其 NOx 排放质量浓度达到 330 mg·m - 3左 右[48] . 王秦超[49] 对五台装机容量不同的生物质锅 炉排放情况进行了研究,结果显示,NOx 排放质量浓 度在 207郾 9 ~ 601郾 3 mg·m - 3之间,均超过排放限值, 因此,应用传统燃煤锅炉改燃生物质燃料必须改进 燃烧方式或加装后处理装置. 尽管目前正在实行的《锅炉大气污染物排放标 准》(GB13271—2014)并没有规定生物质锅炉 NOx 的排放限值,但燃烧玉米秸秆成型燃料时,生物质锅 炉的 NOx 排放质量浓度往往在 207郾 9 ~ 601郾 3 mg· m - 3之间,由于 GB13271—2014 中的排放限值为200 mg·m - 3 ,以此标准来衡量,玉米秸秆成型燃料时排 放的 NOx 排放浓度超标 0郾 04 ~ 2郾 01 倍[18] . 《生物 质能发展“十二五冶规划》表明,我国生物质成型燃 料年利用量将在 2015 年达到 1000 万吨,相应替代 500 万吨标准煤(700 万吨燃煤),可减少 0郾 91 万吨 的 NOx 排放[18] . 因此,开展对大气 NOx 的污染控制 已迫在眉睫. 3 生物质锅炉的氮氧化物治理技术 美国、欧盟、日本等发达国家或地区在 NOx 控 制工作方面上起步较早,NOx 控制的相关政策也相 对成熟. 目前来讲,国外发达国家主要采用烟气再 循环、多级燃烧、低氮燃烧器组合等方式可以减少 30% ~ 70% 的 NOx 排放. 尽管低氮燃烧技术是我国 目前主要的 NOx 治理技术,该技术的采用可以控制 锅炉排放的 NOx 浓度在 200 mg·m - 3以下,但是仅依 靠该技术已经不能满足新标准的要求. 3郾 1 燃烧改进技术 燃烧改进技术是一种通过控制燃烧条件,调节 燃烧区的温度和进气量,进而减少 NOx 的生成与排 放的技术. 相比于其他的降氮技术,低 NOx 燃烧技 术是一种较为简单、经济而且应用最广的方法[38] . 目前采用的低 NOx 燃烧技术主要有以下五种:低 NOx 燃烧器、燃料再燃技术、低过量空气燃烧技术、 空气分级燃烧技术和烟气再循环技术[38] . 3郾 1郾 1 低 NOx 燃烧器 低 NOx 燃烧器的采用,可以实现在燃料燃烧过 程中对 NOx 排放进行控制,同时有利于燃料的稳定 着火燃烧和完全燃烧. 低 NOx 燃烧器的工作原理是把燃烧一次风分 成浓相和淡相两个部分在不同的位置进行燃烧:浓 相所处位置距离火焰中心较近,温度较高,但是由于 氧化比例较少,因而降低了 NOx 的生成率;淡相所 处位置靠近水冷壁,由于该区域远离火焰中心,温度 偏低,尽管在此位置的氧化比例较高,但是 NOx 的 生成率依旧较低,最终实现了减少 NOx 生成与排放 的目的[38] . 低 NOx 燃烧器有低 NOx 预燃室燃烧器、分割火 焰型燃烧器、阶段燃烧器、浓淡型燃烧器、混合促进 型燃烧器、自身再循环燃烧器等几大类. 脱硝效率 一般在 30% ~ 60% 之间. 3郾 1郾 2 燃料再燃 燃料再燃技术始于 20 世纪 80 年代,是一种炉 内 NOx 控制技术. 降氮原理如下:根据燃料在炉内 的燃烧过程,沿炉膛高度方向将炉膛分成主燃区、再 燃区和燃尽区三个区域;利用燃料分级在炉膛再燃 区形成强还原性气氛,在该区域将主燃区内形成的 NOx 还原为 N2 和其他含氮还原性基团 ( HCN 和 NH3 );之后,由于燃烧不充分所产生的尾气排放会 导致环境污染,从而在燃尽区补入部分空气,形成富 氧燃烧段,从而在此区域将剩余的可燃物(CHi、CO 等)和含氮分子氧化[49] . 再燃技术的采用可以将燃 煤锅炉 NOx 排放量降至使用前的 35% 以下. 燃料再燃技术具有以下优点:脱硝效率高、适用 性广、锅炉改造小、运行费用低,因此该技术受到了 普遍关注. 再燃燃料种类繁多,气体(甲烷、合成气 等)、液体(水煤浆等)和固体燃料(煤粉、生物质等) 都可以用作再燃燃料. 由于生物质中 N、S 等元素相 对较少,生物质的广泛利用可以大量减少大气污染 物的产生与排放,与此同时,生物质燃烧后的灰分中 的钠、钾等组分对 NOx 的还原具有促进作用. 综上 可知, 生物质燃料可以作为一种较好的再燃燃 料[38] . 但是,目前对生物质再燃脱硝特性的研究相 对较少. 有研究表明,将生物质作为再燃燃料将会 使得 NOx 降低效率更高. Adams 与 Harding [50]使用 木材作为再燃燃料,将再燃技术用于旋风燃烧器排 放的 NOx 控制中,当再燃燃料在靠近后壁的旋风桶 的区域且温度接近 1600 益时注入再燃燃料,炉内停 留时间 0郾 3 s,可使 NO 排放量降低量接近 60% ;随 着过热空气高速反向注入时,NOx 降低效率最高,达 到 45% 左右. Liu 等[51] 研究发现,使用再燃技术可 以使得 NO 质量分数降低 50% ~ 60% ,同时对于锅 炉的操作方面没有明显的副作用. 3郾 1郾 3 低过量空气燃烧 低过量空气燃烧的原理是通过减少烟气中的过 量氧气抑制 NOx 的生成,所以要尽可能保证燃烧在 接近理论空气量的条件下进行,是一种相对简单的 降低 NOx 排放的方法. 但是,此方法的 NOx 脱除效 ·6·
毛洪钧等：生物质锅炉氨氧化物排放控制技术研究进展 7 率只有15%~20%，而且燃料在此燃烧环境下可能 出，将20%比例的燃气重新送入锅炉中进行再循环 燃烧不够充分，进而会产生热损失，从而降低锅炉效 利用，不仅可以保证不影响燃烧效率而且还可以降 率.此外，由于过量空气较少，炉内的某些区域会形 低NO的排放 成还原性气氛，容易造成炉壁结焦和腐蚀， 3.2烟气脱硝 3.1.4空气分级 根据是否使用脱硝催化剂，尾部烟气脱硝主要 空气分级于20世纪50年代在美国率先发展起 有以下两种：选择性催化还原(SCR)和选择性非催 来，是控制NO排放的一次技术之一，目前应用较 化还原(SNCR)[s] 为广泛.该技术减少了燃烧区的空气量，燃料首先 3.2.1选择性催化还原 在缺氧条件下燃烧，之后再送入剩余空气进一步将 选择性催化还原技术是将还原剂（常用的为 未燃尽的燃料燃尽.空气分级技术的采用使得燃料 NH,)送入烟道使之与烟气混合，在催化剂的作用 与空气在一次燃烧区内混合量降低，延迟了主燃区 下，在320~420℃的低温状态下将燃烧过程中产生 燃烧过程：同时，由于一次风风量的控制，一次燃烧 的NO,还原为N2和H2O,从而实现NO.的减排. 区的氧气含量较少，使得燃料的燃烧不够充分，进而 一般而言，常用的催化剂是由Fe02、Ag20,和W03制 降低了燃烧温度，由于该区域的燃料含量仍然较高， 得的混合物. 因而形成还原性的气氛，在还原性的气氛中NO.的 3.2.2选择性非催化还原 生成速率较低.空气分级燃烧技术最高可达约30% 选择性非催化还原技术是在不加入催化剂的情 的脱硝效率. 况下，将氨水或尿素等作为还原剂直接喷入到900~ 石本改等[2的研究表明，过剩空气系数增加， 1100℃的高温烟气中，在高温条件下，氨水、尿素等 NO的生成量明显降低.郭飞强等[]将三次配风 还原剂先分解为NH及其他副产物，之后，烟气中的 技术应用于生物质燃料锅炉，研究了各级配风供给 NO,与分解产生的NH进一步发生氧化还原反应， 量以及污染性气体的质量浓度及锅炉的热损失随配 将烟气中的NO,还原为N2和H,O. 风比例和过剩空气系数的变化.炉排底部供入的一 选择性催化还原技术与选择性非催化还原技术 次风主要用于实现燃料的层燃：炉膛喉口处二次风， 的区别主要在于二者的反应条件不同，具体体现在 主要用于扰动挥发分：位于气化燃烧室区的三次风 是否使用催化剂、还原剂的类型、反应温度高低等 用于彻底燃烧残余挥发分[s)].物料加入炉膛后先 方面 进入热解气化区，由于热解气化区不直接配风，所以 选择性催化还原技术与选择性非催化还原技术 在缺氧的条件下，生物质会生成半焦类固体可燃物 的优点与不足主要体现在以下几个方面：选择性催 和还原性烟气(H,、C0等)[].一方面，生成的半焦 化还原技术的脱硝效率较高，可以达到80%~ 类固体进入层燃燃烧区后，由于得到空气的补给，得 90%,缺点主要体现在一次投资费用和设备的运行 到充分燃烧，但是产生了NO,等污染物：另一方面， 成本高，而且由于我国目前选择性催化还原催化剂 还原性烟气受到二次风的扰动，在炉膛喉口处形成 的技术不够完善，较多的依赖国外技术，但是国外的 强烈的燃烧漩涡，可以与层燃燃烧区产生的NO,发 专利壁垒增加了选择性催化还原技术的运行与维护 生还原性反应2].同时研究还表明，在过剩空气系 成本，在一定程度上限制了选择性催化还原技术的 数为1.75且其中一次风、二次风、三次风的体积比 推广与使用.选择性非催化还原技术在脱硝过程中 为7：1：2时，NO,的排放质量浓度最低，可达到 不需要使用催化剂，是在900~1100℃的窗口温度 83.45mgm3,接近新标准的80mg·m-3的期望s]. 条件下，NO.与还原剂NH发生反应而实现脱硝，该 3.1.5烟气再循环 技术的缺点主要体现在：在实际的燃烧过程中，燃烧 烟气再循环技术的原理是在锅炉的空气预热器 负荷以及燃料种类等因素都会影响炉内的温度分 之前，抽取一部分低温烟气直接送入炉内，或者与一 布，进而会影响选择性催化还原的窗口温度，为了实 次风/二次风混合送入炉内，起到冷却和稀释的作 现更好的脱硝效果，喷氨的位置也要根据窗口温度 用，进而降低燃烧过程中的温度和氧浓度，从而控制 而进行相应的调整，这在实际使用过程中增加了操 NO,的生成速率[38】.但是，烟气再循环率太高也会 作的技术难度[6].目前国内大约96%的发电厂主 导致未完全燃烧热损失增加、燃烧不稳定等问题的 要采用的工艺技术是选择性催化还原法，而约占 产生，因此再循环率常常控制在10%~20%之间. 4%的发电厂采用的为选择性非催化还原脱硝 Zhou等s4)在秸秆固定床燃烧锅炉燃烧研究中指 技术[s列]
毛洪钧等: 生物质锅炉氮氧化物排放控制技术研究进展 率只有 15% ~ 20% ,而且燃料在此燃烧环境下可能 燃烧不够充分,进而会产生热损失,从而降低锅炉效 率. 此外,由于过量空气较少,炉内的某些区域会形 成还原性气氛,容易造成炉壁结焦和腐蚀. 3郾 1郾 4 空气分级 空气分级于 20 世纪 50 年代在美国率先发展起 来,是控制 NOx 排放的一次技术之一,目前应用较 为广泛. 该技术减少了燃烧区的空气量,燃料首先 在缺氧条件下燃烧,之后再送入剩余空气进一步将 未燃尽的燃料燃尽. 空气分级技术的采用使得燃料 与空气在一次燃烧区内混合量降低,延迟了主燃区 燃烧过程;同时,由于一次风风量的控制,一次燃烧 区的氧气含量较少,使得燃料的燃烧不够充分,进而 降低了燃烧温度,由于该区域的燃料含量仍然较高, 因而形成还原性的气氛,在还原性的气氛中 NOx 的 生成速率较低. 空气分级燃烧技术最高可达约 30% 的脱硝效率. 石本改等[52] 的研究表明,过剩空气系数增加, NOx 的生成量明显降低. 郭飞强等[53] 将三次配风 技术应用于生物质燃料锅炉,研究了各级配风供给 量以及污染性气体的质量浓度及锅炉的热损失随配 风比例和过剩空气系数的变化. 炉排底部供入的一 次风主要用于实现燃料的层燃;炉膛喉口处二次风, 主要用于扰动挥发分;位于气化燃烧室区的三次风 用于彻底燃烧残余挥发分[53] . 物料加入炉膛后先 进入热解气化区,由于热解气化区不直接配风,所以 在缺氧的条件下,生物质会生成半焦类固体可燃物 和还原性烟气(H2 、CO 等) [53] . 一方面,生成的半焦 类固体进入层燃燃烧区后,由于得到空气的补给,得 到充分燃烧,但是产生了 NOx 等污染物;另一方面, 还原性烟气受到二次风的扰动,在炉膛喉口处形成 强烈的燃烧漩涡,可以与层燃燃烧区产生的 NOx 发 生还原性反应[52] . 同时研究还表明,在过剩空气系 数为 1郾 75 且其中一次风、二次风、三次风的体积比 为 7 颐 1 颐 2 时,NOx 的排放质量浓度最低, 可达到 83郾 45 mg·m - 3 ,接近新标准的 80 mg·m - 3的期望[53] . 3郾 1郾 5 烟气再循环 烟气再循环技术的原理是在锅炉的空气预热器 之前,抽取一部分低温烟气直接送入炉内,或者与一 次风/ 二次风混合送入炉内,起到冷却和稀释的作 用,进而降低燃烧过程中的温度和氧浓度,从而控制 NOx 的生成速率[38] . 但是,烟气再循环率太高也会 导致未完全燃烧热损失增加、燃烧不稳定等问题的 产生,因此再循环率常常控制在 10% ~ 20% 之间. Zhou 等[54] 在秸秆固定床燃烧锅炉燃烧研究中指 出,将 20% 比例的燃气重新送入锅炉中进行再循环 利用,不仅可以保证不影响燃烧效率而且还可以降 低 NO 的排放. 3郾 2 烟气脱硝 根据是否使用脱硝催化剂,尾部烟气脱硝主要 有以下两种:选择性催化还原( SCR)和选择性非催 化还原(SNCR) [55] . 3郾 2郾 1 选择性催化还原 选择性催化还原技术是将还原剂( 常用的为 NH3 )送入烟道使之与烟气混合,在催化剂的作用 下,在 320 ~ 420 益的低温状态下将燃烧过程中产生 的 NOx 还原为 N2 和 H2O,从而实现 NOx 的减排. 一般而言,常用的催化剂是由 FeO2 、Ag2O5和 WO3制 得的混合物. 3郾 2郾 2 选择性非催化还原 选择性非催化还原技术是在不加入催化剂的情 况下,将氨水或尿素等作为还原剂直接喷入到 900 ~ 1100 益的高温烟气中,在高温条件下,氨水、尿素等 还原剂先分解为 NH3及其他副产物,之后,烟气中的 NOx 与分解产生的 NH3进一步发生氧化还原反应, 将烟气中的 NOx 还原为 N2 和 H2O. 选择性催化还原技术与选择性非催化还原技术 的区别主要在于二者的反应条件不同,具体体现在 是否使用催化剂、还原剂的类型、反应温度高低等 方面. 选择性催化还原技术与选择性非催化还原技术 的优点与不足主要体现在以下几个方面:选择性催 化还原技术的脱硝效率较高, 可以达到 80% ~ 90% ,缺点主要体现在一次投资费用和设备的运行 成本高,而且由于我国目前选择性催化还原催化剂 的技术不够完善,较多的依赖国外技术,但是国外的 专利壁垒增加了选择性催化还原技术的运行与维护 成本,在一定程度上限制了选择性催化还原技术的 推广与使用. 选择性非催化还原技术在脱硝过程中 不需要使用催化剂,是在 900 ~ 1100 益 的窗口温度 条件下,NOx 与还原剂 NH3发生反应而实现脱硝,该 技术的缺点主要体现在:在实际的燃烧过程中,燃烧 负荷以及燃料种类等因素都会影响炉内的温度分 布,进而会影响选择性催化还原的窗口温度,为了实 现更好的脱硝效果,喷氨的位置也要根据窗口温度 而进行相应的调整,这在实际使用过程中增加了操 作的技术难度[56] . 目前国内大约 96% 的发电厂主 要采用的工艺技术是选择性催化还原法,而约占 4% 的发电厂采用的为选择性非催化还原脱 硝 技术[57] . ·7·
8 工程科学学报，第41卷，第1期 3.3高级再燃 风、冷却风、氨水、压缩空气等：催化剂及吹灰系统包 高级再燃技术是将燃料再燃与选择性非催化还 括声波吹灰器、压缩空气、电磁阀等.选择性催化还 原相结合的脱硝技术，是目前一种极具应用前景的 原催化剂共2层，布置在省煤器和空预器之间.选 NO.控制技术，通过与选择性非催化还原脱硝技术 择性催化还原脱硝系统采用体积分数20%的氨水 的结合，可以实现在燃料再燃的基础上进一步降低 溶液作为还原剂，实践表明，选择性催化还原脱硝系 NO,排放的目的，使之成为一个更加彻底的NO,降 统能够将N0,排放水平控制在50mg·m-3以下，脱 低技术[，s8).高级再燃的原理为在再燃区或燃尽 硝效率超80%，氨逃逸质量浓度远低于设计要求的 区喷入还原剂，进一步减少NO,生成.高级再燃的 2.3mg·m-3,满足超低排放要求[6].嘉兴新嘉爱斯 技术关键是通过燃料再燃和选择性非催化还原两个 热电有限公司在每小时产气量130t生物质循环流 阶段的协同作用，拓宽反应温度窗口，减少较窄温度 化床锅炉采用了措施：采用板式催化剂，在催化剂 窗口对选择性非脱硝效率的影响[s9-6】 层上游1.5m设置自主研发设计的大颗粒飞灰收集 Han等[61]选择高级再燃技术来降低生物质锅 器，有效的解决了催化剂层堵塞的问题；适当增大 炉燃烧过程中排放的NO,首先，仅是单纯通过优化 催化剂层内流速，减少飞灰细颗粒的吸附概率，延长 操作条件，即可降低54%~67%的N0:继而，继续 催化剂化学活性寿命[].选择性非催化还原脱硝 喷入氨水、尿素、碳酸钠等还原剂，协同降低NO,的 技术能够有效脱除常规循环流化床燃煤锅炉上 排放，可将N0的去除率提高到85%~92%，脱硝 N0,而在每小时产气量130t生物质锅炉上达不到 效果非常可观. 预期效果.针对喷枪位置和数量做了大量的实验， 3.4生物质锅炉NO,控制技术研究进展 发现由于生物质锅炉内温度场的均匀性比燃煤锅炉 目前，针对生物质锅炉的N0,控制技术主要分 差，经常产生温度高区域和温度低区域交错分布，使 为炉内脱硝和烟气尾部脱硝两类 得喷入的还原剂（氨水）不能处于最佳的反应温度 炉内脱硝即低氨燃烧技术，就生物质锅炉而言， 区间，形成了NO,还原反应和氨氧化反应并存，且 常用的低氮燃烧技术有烟气再循环技术.烟气再循 反应速率相近的状态.在炉膛温度800℃、NH3/ 环技术有两种流程：(1)引风机后的烟气直接引到 NO,体积比近2的条件下，NO,脱除的最高效率仅 一次风机入口.该方案一次风机无需改动，再循环 达15%，因此选择性非催化还原技术不能作为全烧 烟气也不需要抽风机，省电节能，改造简单，NO,质 生物质锅炉的脱硝技术[6).脱硫塔pH值对NO 量分数可下降20%~40%.(2)引风机后的烟气直 的脱除也有一定的影响.在体积分数0.1%的氧化 接引到炉膛一次风室和二次风室.该方案一次风机 剂、pH值为6的条件下，NO,脱除的最高效率 需降负荷运行，再循环烟气也需要配备高温抽风机， 31%,因此选择性非催化还原技术不能作为全烧生 风压与一次风机相当.该方案增加了运行电耗，改 物质锅炉的脱硝技术[6】 造相对复杂，氨氧化物质量分数可下降25%~ 4生物质锅炉NO控制难点 50%.烟气再循环技术还会出现烟气中二氧化硫污 染物浓度升高和含水量升高的现象，但减少了烟气 4.1NO,控制技术储备不足 排放总量48,62] 目前而言，我国对NO,的控制尚处于试点和起 烟气尾部脱硝包括选择性催化还原和选择性非 步阶段，控制技术目前还不完全成熟.再有，由于我 催化还原.选择性催化还原脱硝技术是应用最广 国的生物质资源以秸秆等农业生产副产物为主，而 的，但是由于生物质燃料的特性（热值低、含钾多）， 国外长期以来以木质生物质及其成型燃料为主，因 生物质锅炉尾部烟气温度低(280℃)、含湿量大、飞 此国外的成熟经验和技术我国并不能完全套用，发 灰细颗粒比例大、钾金属含量高，容易出现常规催化 展出适合我国国情的生物质NO,控制技术尤为重 剂层中毒失活、堵塞、磨蚀等问题，造成NO,的超排 要.现阶段，我国主要采用低NO,燃烧方式来降低 现象.目前，国外催化剂脱硝连续运行时间最长为 N0.的排放，NO,控制效率约在30%~50%左右 三个月，因此如果采用选择性催化还原脱硝技术必 目前，尽管也有人采用加装尾端治理技术来实现脱 须解决催化剂中毒失活、堵塞、磨损的问题[6].选 硝，但运行效果和经济效益尚未达到理想水平 择性催化还原脱硝系统由烟气系统、氨制备及喷氨 4.2NO.控制成本大 系统、催化剂及吹灰系统组成.其中烟气系统包括 目前，锅炉NO,的控制改造存在着一些困难， 催化剂温度、压力等：氨制备及喷氨系统包括稀释 比如，工业锅炉的炉膛较小，若想运行低NO,燃烧
工程科学学报,第 41 卷,第 1 期 3郾 3 高级再燃 高级再燃技术是将燃料再燃与选择性非催化还 原相结合的脱硝技术,是目前一种极具应用前景的 NOx 控制技术,通过与选择性非催化还原脱硝技术 的结合,可以实现在燃料再燃的基础上进一步降低 NOx 排放的目的,使之成为一个更加彻底的 NOx 降 低技术[38, 58] . 高级再燃的原理为在再燃区或燃尽 区喷入还原剂,进一步减少 NOx 生成. 高级再燃的 技术关键是通过燃料再燃和选择性非催化还原两个 阶段的协同作用,拓宽反应温度窗口,减少较窄温度 窗口对选择性非脱硝效率的影响[59鄄鄄60] . Han 等[61] 选择高级再燃技术来降低生物质锅 炉燃烧过程中排放的 NOx,首先,仅是单纯通过优化 操作条件,即可降低 54% ~ 67% 的 NOx;继而,继续 喷入氨水、尿素、碳酸钠等还原剂,协同降低 NOx 的 排放,可将 NOx 的去除率提高到 85% ~ 92% ,脱硝 效果非常可观. 3郾 4 生物质锅炉 NOx 控制技术研究进展 目前,针对生物质锅炉的 NOx 控制技术主要分 为炉内脱硝和烟气尾部脱硝两类. 炉内脱硝即低氮燃烧技术,就生物质锅炉而言, 常用的低氮燃烧技术有烟气再循环技术. 烟气再循 环技术有两种流程: (1)引风机后的烟气直接引到 一次风机入口. 该方案一次风机无需改动,再循环 烟气也不需要抽风机,省电节能,改造简单,NOx 质 量分数可下降 20% ~ 40% . (2)引风机后的烟气直 接引到炉膛一次风室和二次风室. 该方案一次风机 需降负荷运行,再循环烟气也需要配备高温抽风机, 风压与一次风机相当. 该方案增加了运行电耗,改 造相对复杂, 氮氧化物质量分数可下降 25% ~ 50% . 烟气再循环技术还会出现烟气中二氧化硫污 染物浓度升高和含水量升高的现象,但减少了烟气 排放总量[48,62] . 烟气尾部脱硝包括选择性催化还原和选择性非 催化还原. 选择性催化还原脱硝技术是应用最广 的,但是由于生物质燃料的特性(热值低、含钾多), 生物质锅炉尾部烟气温度低(280 益 )、含湿量大、飞 灰细颗粒比例大、钾金属含量高,容易出现常规催化 剂层中毒失活、堵塞、磨蚀等问题,造成 NOx 的超排 现象. 目前,国外催化剂脱硝连续运行时间最长为 三个月,因此如果采用选择性催化还原脱硝技术必 须解决催化剂中毒失活、堵塞、磨损的问题[63] . 选 择性催化还原脱硝系统由烟气系统、氨制备及喷氨 系统、催化剂及吹灰系统组成. 其中烟气系统包括 催化剂温度、压力等;氨制备及喷氨系统包括稀释 风、冷却风、氨水、压缩空气等;催化剂及吹灰系统包 括声波吹灰器、压缩空气、电磁阀等. 选择性催化还 原催化剂共 2 层,布置在省煤器和空预器之间. 选 择性催化还原脱硝系统采用体积分数 20% 的氨水 溶液作为还原剂,实践表明,选择性催化还原脱硝系 统能够将 NOx 排放水平控制在 50 mg·m - 3以下,脱 硝效率超 80% ,氨逃逸质量浓度远低于设计要求的 2郾 3 mg·m - 3 ,满足超低排放要求[64] . 嘉兴新嘉爱斯 热电有限公司在每小时产气量 130 t 生物质循环流 化床锅炉采用了措施: 采用板式催化剂,在催化剂 层上游 1郾 5 m 设置自主研发设计的大颗粒飞灰收集 器,有效的解决了催化剂层堵塞的问题; 适当增大 催化剂层内流速,减少飞灰细颗粒的吸附概率,延长 催化剂化学活性寿命[63] . 选择性非催化还原脱硝 技术能够有效脱除常规循环流化床燃煤锅炉上 NOx,而在每小时产气量 130 t 生物质锅炉上达不到 预期效果. 针对喷枪位置和数量做了大量的实验, 发现由于生物质锅炉内温度场的均匀性比燃煤锅炉 差,经常产生温度高区域和温度低区域交错分布,使 得喷入的还原剂(氨水)不能处于最佳的反应温度 区间,形成了 NOx 还原反应和氨氧化反应并存,且 反应速率相近的状态. 在炉膛温度 800 益 、NH3 / NO2 体积比近 2 的条件下,NOx 脱除的最高效率仅 达 15% ,因此选择性非催化还原技术不能作为全烧 生物质锅炉的脱硝技术 [63] . 脱硫塔 pH 值对 NOx 的脱除也有一定的影响. 在体积分数 0郾 1% 的氧化 剂、pH 值 为 6 的 条 件 下, NOx 脱 除 的 最 高 效 率 31% ,因此选择性非催化还原技术不能作为全烧生 物质锅炉的脱硝技术[63] . 4 生物质锅炉 NOx 控制难点 4郾 1 NOx 控制技术储备不足 目前而言,我国对 NOx 的控制尚处于试点和起 步阶段,控制技术目前还不完全成熟. 再有,由于我 国的生物质资源以秸秆等农业生产副产物为主,而 国外长期以来以木质生物质及其成型燃料为主,因 此国外的成熟经验和技术我国并不能完全套用,发 展出适合我国国情的生物质 NOx 控制技术尤为重 要. 现阶段,我国主要采用低 NOx 燃烧方式来降低 NOx 的排放,NOx 控制效率约在 30% ~ 50% 左右. 目前,尽管也有人采用加装尾端治理技术来实现脱 硝,但运行效果和经济效益尚未达到理想水平. 4郾 2 NOx 控制成本大 目前,锅炉 NOx 的控制改造存在着一些困难, 比如,工业锅炉的炉膛较小,若想运行低 NOx 燃烧 ·8·
毛洪钧等：生物质锅炉氨氧化物排放控制技术研究进展 ·9 技术，在改造上存在困难，减排NO,的成本过高.现 [2]Mu X Z,Yu S S,Xu P.Review on utilizing rural biomass as en- 行的脱硫技术成本在每吨800元左右，而脱硝技术 ergy.Mod Chem Ind,2018,38(3):9 (穆献中，余漱石，徐鹏.农村生物质能源化利用研究综述 每吨需要近2000元.燃煤锅炉污染治理会大大增 现代化工，2018,38(3)：9) 加达标成本，因此需要通过电价优惠政策给予一定 [3]Gonzalez-Salazar M A,Morini M,Pinelli M,et al.Methodology 的补偿，《燃煤发电机组环保电价及环保设施运行 for estimating biomass energy potential and its application to Co- 监管办法》明确规定，燃煤发电机组必须安装脱硫、 lombia.Appl Energy,2014,136:781 脱硝、除尘等后处理设施，其上网电量在现行上网电 [4]Zhang B,Jin P F,Qiao H,et al.Exergy analysis of Chinese agri- culture.Ecol Indic,2017,https://doi.org/10.1016/j.ecolind. 价基础上执行脱硫、脱硝、除尘电价加价等环保电价 2017.08.054 政策，具体补偿标准为脱硫电价加价标准为1kW· [5]World Bioenergy Association.WBA global bioenergy statistics [1 h1时1.5分钱、脱硝电价为1分钱、除尘电价为0.2 OL].World Bioenergy Association (2018-12-18)[2018-03-14]. 分钱. https://worldbioenergy.org/uploads/WBA%20GBS%202017_ lq-pdf 但是，由于燃料、燃烧条件等因素的不同，燃煤 [6]Zeng X Y,Ma YT,Ma L R.Utilization of straw in biomass ener- 锅炉的烟气脱硝技术和设备尚不能直接应用于生物 gy in China.Renewable Sustainable Energy Rev,2007,11(5): 质锅炉，目前尚没有可用于生物质锅炉脱硝的成熟 976 技术：发展生物质锅炉脱硝技术，进行低NO.燃烧 [7]Li Q.Research on the Compression of Strae of Baler Disserta- tion ]Wuxi:Jiangnan University,2008 改造和加装脱硝装置，势必将增加环保成本，在经济 (李倩.秸秆打包机的分层叠压技术研究[学位论文].无锡： 上大大增加了生物质锅炉成本，在一定程度上限制 江南大学，2008) 了其发展 [8]Demirbas A.Potential applications of renewable energy sources, biomass combustion problems in boiler power systems and combus- 5发展趋势与展望 tion related environmental issues.Prog Energy Combust Sci, 2005,31(2):171 (1)从生物质燃料本身考虑，单纯燃烧秸秆（水 [9]Haykiri-Acma H.Combustion characteristics of different biomass 稻、小麦等)成型燃料通常灰分含量较高，并且热值 materials.Energy Convers Manage,2003,44(1):155 较木质材料等较低，在原料中混入核桃皮、花生壳等 [10]Shen J F,Zhu S G,Liu X Z,et al.The prediction of elemental 农业生产副产物制备混合成型燃料可以弥补这些不 composition of biomass based on proximate analysis.Energy Con- ers Manage,2010,51(5):983 足，成为生物质成型燃料制备的新发展趋势 [11]Sami M,Annamalai K,Wooldridge M.Co-firing of coal and bio- (2)从生物质燃料的燃烧设备考虑，目前，已经 mass fuel blends.Prog Energy Combust Sci,2001,27(2):171 成熟的商品化燃烧器对于木质生物质燃料的燃烧适 [12]Jenkins B M,Baxter LL,Miles T R.Combustion properties of 用性比较强，而对于秸秆类生物质燃料燃烧能力较 biomass.Fuel Process Technol,1998,54(1-3):17 [13]Demirbas A.Combustion characteristics of different biomass fu- 差，极易结焦结渣，难以最大限度的发挥燃料的热效 els.Prog Energy Combust Sci,2004,30(2):219 率，此外，即使加装后处理装置，产生NO,的含量也 [14]Vassilev S V,Baxter D,Andersen L K,et al.An overview of 难以达到国家标准，成为目前的一大技术难关.因 the chemical composition of biomass.Fuel,2010,89(5):913 此，如何对燃烧过程的温度变化进行精准控制，实现 [15]Jiang S J,Wei L X,Ai Y F,et al.Experimental research on 对燃烧过程生成NO0,的实时测量以及对生物质燃 emission behavior of pellet stove during ignition and shutting process.J Therm Sci Technol,2010,9(3):256 烧器NO排放过程的有效控制，将成为今后的发展 (蒋绍坚，魏烈旭，艾元方，等。生物质成型燃料炉点火和熄 方向之一. 火过程中排放行为的实验研究.热科学与技术，2010,9 (3)目前亟需成熟的生物质燃料燃烧排放NO, (3):256) [16]Sun K,Chen C,Xu Y,et al.Design and experiments study on 控制技术，今后的研究应从NO的产生机理出发， combustion engine of straw briquettes fuel.Chem Ind Forest 集中于优化燃料性质、进行精准的燃烧全过程控制 Prmd,2014,34(6):93 和开发高效低成本的烟气脱硝后处理技术的研究， (孙康，陈超，许玉，等.秸秆成型燃料锅炉燃烧机设计及试 探索提高脱硝效率和降低环保成本的设计与方案， 验研究.林产化学与工业，2014,34(6)：93) 在解决我国能源窘境的同时，达到清洁生产的目的. [17]Huang C,Han L,Yang Z,et al.Utimate analysis and heating value prediction of straw by near infrared spectroscopy.Waste 参考文献 Manage,2009,29(6):1793 [18]Zuo P L,Han BJ,Yue T,et al.Tests of air pollutants emissions [1]Shafiee S,Topal E.When will fossil fuel reserves be diminished? from biofuels-fired boilers and analysis on abatement potential / Energy Policy,2009,37(1):181 2014 Annual Meeting of Chinese Society for Environment Science
毛洪钧等: 生物质锅炉氮氧化物排放控制技术研究进展 技术,在改造上存在困难,减排 NOx 的成本过高. 现 行的脱硫技术成本在每吨 800 元左右,而脱硝技术 每吨需要近 2000 元. 燃煤锅炉污染治理会大大增 加达标成本,因此需要通过电价优惠政策给予一定 的补偿,《燃煤发电机组环保电价及环保设施运行 监管办法》明确规定,燃煤发电机组必须安装脱硫、 脱硝、除尘等后处理设施,其上网电量在现行上网电 价基础上执行脱硫、脱硝、除尘电价加价等环保电价 政策,具体补偿标准为脱硫电价加价标准为 1 kW· h - 1时1郾 5 分钱、脱硝电价为1 分钱、除尘电价为0郾 2 分钱. 但是,由于燃料、燃烧条件等因素的不同,燃煤 锅炉的烟气脱硝技术和设备尚不能直接应用于生物 质锅炉,目前尚没有可用于生物质锅炉脱硝的成熟 技术;发展生物质锅炉脱硝技术,进行低 NOx 燃烧 改造和加装脱硝装置,势必将增加环保成本,在经济 上大大增加了生物质锅炉成本,在一定程度上限制 了其发展. 5 发展趋势与展望 (1)从生物质燃料本身考虑,单纯燃烧秸秆(水 稻、小麦等)成型燃料通常灰分含量较高,并且热值 较木质材料等较低,在原料中混入核桃皮、花生壳等 农业生产副产物制备混合成型燃料可以弥补这些不 足,成为生物质成型燃料制备的新发展趋势. (2)从生物质燃料的燃烧设备考虑,目前,已经 成熟的商品化燃烧器对于木质生物质燃料的燃烧适 用性比较强,而对于秸秆类生物质燃料燃烧能力较 差,极易结焦结渣,难以最大限度的发挥燃料的热效 率,此外,即使加装后处理装置,产生 NOx 的含量也 难以达到国家标准,成为目前的一大技术难关. 因 此,如何对燃烧过程的温度变化进行精准控制,实现 对燃烧过程生成 NOx 的实时测量以及对生物质燃 烧器 NOx 排放过程的有效控制,将成为今后的发展 方向之一. (3)目前亟需成熟的生物质燃料燃烧排放 NOx 控制技术,今后的研究应从 NOx 的产生机理出发, 集中于优化燃料性质、进行精准的燃烧全过程控制 和开发高效低成本的烟气脱硝后处理技术的研究, 探索提高脱硝效率和降低环保成本的设计与方案, 在解决我国能源窘境的同时,达到清洁生产的目的. 参 考 文 献 [1] Shafiee S, Topal E. When will fossil fuel reserves be diminished? Energy Policy, 2009, 37(1): 181 [2] Mu X Z, Yu S S, Xu P. Review on utilizing rural biomass as en鄄 ergy. Mod Chem Ind, 2018, 38(3): 9 (穆献中, 余漱石, 徐鹏. 农村生物质能源化利用研究综述. 现代化工, 2018, 38(3): 9) [3] Gonzalez鄄Salazar M A, Morini M, Pinelli M, et al. Methodology for estimating biomass energy potential and its application to Co鄄 lombia. Appl Energy, 2014, 136: 781 [4] Zhang B, Jin P F, Qiao H, et al. Exergy analysis of Chinese agri鄄 culture. Ecol Indic, 2017, https: / / doi. org / 10. 1016 / j. ecolind. 2017. 08. 054 [5] World Bioenergy Association. WBA global bioenergy statistics [J/ OL]. World Bioenergy Association (2018鄄12鄄18) [2018鄄03鄄14]. https: / / worldbioenergy. org / uploads/ WBA% 20GBS% 202017 _ lq. pdf [6] Zeng X Y, Ma Y T, Ma L R. Utilization of straw in biomass ener鄄 gy in China. Renewable Sustainable Energy Rev, 2007, 11 (5): 976 [7] Li Q. Research on the Compression of Straw of Baler [ Disserta鄄 tion]. Wuxi: Jiangnan University, 2008 (李倩. 秸秆打包机的分层叠压技术研究[学位论文]. 无锡: 江南大学, 2008) [8] Demirbas A. Potential applications of renewable energy sources, biomass combustion problems in boiler power systems and combus鄄 tion related environmental issues. Prog Energy Combust Sci, 2005, 31(2): 171 [9] Haykiri鄄Acma H. Combustion characteristics of different biomass materials. Energy Convers Manage, 2003, 44(1): 155 [10] Shen J F, Zhu S G, Liu X Z, et al. The prediction of elemental composition of biomass based on proximate analysis. Energy Con鄄 vers Manage, 2010, 51(5): 983 [11] Sami M, Annamalai K, Wooldridge M. Co鄄firing of coal and bio鄄 mass fuel blends. Prog Energy Combust Sci, 2001, 27(2): 171 [12] Jenkins B M, Baxter L L, Miles T R. Combustion properties of biomass. Fuel Process Technol, 1998, 54(1鄄3): 17 [13] Demirbas A. Combustion characteristics of different biomass fu鄄 els. Prog Energy Combust Sci, 2004, 30(2): 219 [14] Vassilev S V, Baxter D, Andersen L K, et al. An overview of the chemical composition of biomass. Fuel, 2010, 89(5): 913 [15] Jiang S J, Wei L X, Ai Y F, et al. Experimental research on emission behavior of pellet stove during ignition and shutting process. J Therm Sci Technol, 2010, 9(3): 256 (蒋绍坚, 魏烈旭, 艾元方, 等. 生物质成型燃料炉点火和熄 火过程中排放行为的实验研究. 热科学与技术, 2010, 9 (3): 256) [16] Sun K, Chen C, Xu Y, et al. Design and experiments study on combustion engine of straw briquettes fuel. Chem Ind Forest Prod, 2014, 34(6): 93 (孙康, 陈超, 许玉, 等. 秸秆成型燃料锅炉燃烧机设计及试 验研究. 林产化学与工业, 2014, 34(6): 93) [17] Huang C, Han L, Yang Z, et al. Ultimate analysis and heating value prediction of straw by near infrared spectroscopy. Waste Manage, 2009, 29(6): 1793 [18] Zuo P L, Han B J, Yue T, et al. Tests of air pollutants emissions from biofuels鄄fired boilers and analysis on abatement potential / / 2014 Annual Meeting of Chinese Society for Environment Science. ·9·
.10 工程科学学报，第41卷，第1期 Chengdu,2014:1 (陈冠益，方梦祥，骆仲浃，等。燃用稻壳流化床锅炉的试验 (左朋菜，韩斌杰，岳涛，等.生物质成型燃料锅炉主要大气 研究及35/h锅炉的设计.动力工程，1997,17(6)：47) 污染物排放测试及减排潜力分析/2014中国环境科学学会 [32]Zhang Z D,Bie R S,Yang L D,et al.Development of SZF4-1. 学术年会.成都，2014：1) 25-D type fluidized bed boiler for rice husk.Energy Conserv [19]Yang L.Study on the Properties of Biomass Charcoal Produced by Technol,1995(5):8 Pyrolysis and Its By-Products Dissertation ]Kunming:Kun- (张子栋，别如山，杨励丹，等.SZF4-1.25-D型稻壳流化床 ming University of Science and Technology,2013 锅炉的研制.节能技术，1995(5)：8) (杨丽.热解法生产成型生物质炭及其副产物特性研究[学 [33]Xiu T C.Development and Experimental Study on Biomass Bre- 位论文].昆明：昆明理工大学，2013) quette Stores Dissertation ]Haerbin:Harbin Institute of Tech- [20]Jiang E C,He G S.Experimental research on low temperature nology,2009 pyrolysis of biomass extrusion bar of rice husk and sawdust. (修太春.生物质成型燃料炉具的研制及实验研究[学位论 Trans Chin Soc Agric Eng,2007,23(1):188 文].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2009) (蒋恩臣，何光设.稻壳，锯末成型燃料低温热解特性试验研 [34]Yu GS,Hou M.Development status and trend of biomass bri- 究.农业工程学报，2007,23(1)：188) quettes processing equipment.Forestry Mach Woodork Equip. [21]Stolarski MJ,Szczukowski S,Tworkowski J,et al.Comparison 2009,37(2):4 of quality and production cost of briquettes made from agricultural (俞国胜，侯孟.生物质成型燃料加工装备发展现状及趋势. and forest origin biomass.Renewable Energy,2013,57:20 林业机械与木工设备，2009,37(2)：4) [22]Demirbas A.Properties of charcoal derived from hazelnut shell [35]Zhang M,Chen J.Control and development situation of nitrogen and the production of briquettes using pyrolytic oil.Energy, oxide at domestic coal-fired power plant.Sichuan Chem Ind, 1999,24(2):141 2009.12(5):44 [23]Faborode MO,O'Callaghan J R.Theoretical analysis of the com- (张敏，陈军.国内燃煤电厂氨氧化物的控制现状及其发展 pression of fibrous agricultural materials.JAgric Eng Res,1986, 四川化工.2009,12(5)：44) 35(3):175 [36]Sartor K,Restivo Y,Ngendakumana P,et al.Prediction of SO, [24]Demirbas A,Sahin A.Evaluation of biomass residue:1.bri- and NO,emissions from a medium size biomass boiler.Biomass quetting waste paper and wheat straw mixtures.Fuel Process Bioenergy,2014,65:91 Technol,1998,55(2):175 [37]Gao P.Experiments and Mechanism Study of Advanced Reburning [25]Su JL,Wang Z K.Jiao Z W.The exploitation and application and Selective Non-catalytic Reduction on NO Removal Disserta- on biomass boiler by high efficiency and clean combustion.JAg- tion].Jinan:Shandong University,2008 ric Mechn Res,2009,31(8):202 (高攀.先进再燃及选择性非催化脱硝优化实验与机理研究 (苏俊林，王震坤，矫振伟.高效洁净生物质锅炉的开发及 [学位论文].济南：山东大学，2008) 应用.农机化研究，2009,31(8)：202) [38] Hao J T.High Level Reburning Denitrification Test of Biomass and [26]Luo Z Y,Zhou J S,Wang S R,et al.Technological evaluation Chemical Kinetics Simulation of NO Reduction Dissertation ] of China biomass energy utilization.Energy China,2004,26 Nanjing:Nanjing Normal University,2014 (9):39 (郝江涛.生物质高级再燃脱硝试验及NO还原化学动力学 (骆仲泱，周劲松，王树荣，等.中国生物质能利用技术评 模拟[学位论文].南京：南京师范大学，2014) 价.中国能源，2004,26(9)：39) [39]Gao J,Wang Y,Zhang B.Countermeasure of atmospheric nitro- [27]Zhang B L.Energy Engineering in Rural Area.Beijing:China gen oxide pollution in China.Environ Prot Sci,2004,30(5):1 Agriculture Press,1999 (高婕，王禹，张蓓。我国大气氨氧化物污染控制对策.环境 (张百良.农村能源工程学.北京：中国农业出版社，1999) 保护科学，2004,30(5)：1) [28]Saidur R,Abdelaziz E A,Demirbas A,et al.A review on bio- [40]Yang N,Wang X.Nitrogen oxide pollution and its prevention mass as a fuel for boilers.Renewable Sustainable Energy Rev, and control.Enrironmental Protection Circular Economy,2010, 2011,15(5):2262 30(11):63 [29]Xu ZG.Wang X H,Bai H J.Dynamic response analysis on wa- (杨楠，王雪.氮氧化物污染及防治.环境保护与循环经济 ter-cooled vibrating stoker of straw boiler.Boiler Manuf,2008 2010,30(11):63) (1):21 [41]Committee of Desulfurization and Dust Removal of Boiler and (许志贵，王新华，白红俊.桔秆锅炉水冷振动炉排动态特 Kiln.China development report on desulfurization denitration 性分析.锅炉制造，2008(1)：21) industry of power plant in 2009.China Environ Prot Ind,2010 [30]Li G F,Zhao X,Han Z S.Application of biomass fuel firing (6):17 technology on combined grates.Mod Manuf Technol Equip,2009 (中国环境保护产业协会锅炉炉窑脱硫除尘委员会.我国火 (4):52 电厂脱硫脱硝行业2009年发展综述.中国环保产业，2010 (李广风，赵旭，韩增颂.联合炉排在生物质燃料锅炉中的 (6):17) 应用.现代制造技术与装备，2009(4)：52) [42]Hao J M,Ma G D,Wang S X.Air Pollution Control Engineer- [31]Chen G Y,Fang M X,Luo Z Y,et al.Experimental studies of ing.Beijing:Higher Education Press,2010 rice husk-fired fluidized bed and design of a35t/h boiler.Pouer (郝吉明，马广大，王书肖.大气污染控制工程.北京：高等 Eng,1997,17(6):47 教育出版社，2010)
工程科学学报,第 41 卷,第 1 期 Chengdu, 2014: 1 (左朋莱, 韩斌杰, 岳涛, 等. 生物质成型燃料锅炉主要大气 污染物排放测试及减排潜力分析 / / 2014 中国环境科学学会 学术年会. 成都, 2014: 1) [19] Yang L. Study on the Properties of Biomass Charcoal Produced by Pyrolysis and Its By鄄Products [ Dissertation ]. Kunming: Kun鄄 ming University of Science and Technology, 2013 (杨丽. 热解法生产成型生物质炭及其副产物特性研究[学 位论文]. 昆明: 昆明理工大学, 2013) [20] Jiang E C, He G S. Experimental research on low temperature pyrolysis of biomass extrusion bar of rice husk and sawdust. Trans Chin Soc Agric Eng, 2007, 23(1): 188 (蒋恩臣, 何光设. 稻壳、锯末成型燃料低温热解特性试验研 究. 农业工程学报, 2007, 23(1): 188) [21] Stolarski M J, Szczukowski S, Tworkowski J, et al. Comparison of quality and production cost of briquettes made from agricultural and forest origin biomass. Renewable Energy, 2013, 57: 20 [22] Demirbas A. Properties of charcoal derived from hazelnut shell and the production of briquettes using pyrolytic oil. Energy, 1999, 24(2): 141 [23] Faborode M O, O蒺Callaghan J R. Theoretical analysis of the com鄄 pression of fibrous agricultural materials. J Agric Eng Res, 1986, 35(3): 175 [24] Demirba褘 A, 褗ahin A. Evaluation of biomass residue: 1. bri鄄 quetting waste paper and wheat straw mixtures. Fuel Process Technol, 1998, 55(2): 175 [25] Su J L, Wang Z K, Jiao Z W. The exploitation and application on biomass boiler by high efficiency and clean combustion. J Ag鄄 ric Mechn Res, 2009, 31(8): 202 (苏俊林, 王震坤, 矫振伟. 高效洁净生物质锅炉的开发及 应用. 农机化研究, 2009, 31(8): 202) [26] Luo Z Y, Zhou J S, Wang S R, et al. Technological evaluation of China biomass energy utilization. Energy China, 2004, 26 (9): 39 (骆仲泱, 周劲松, 王树荣, 等. 中国生物质能利用技术评 价. 中国能源, 2004, 26(9): 39) [27] Zhang B L. Energy Engineering in Rural Area. Beijing: China Agriculture Press, 1999 (张百良. 农村能源工程学. 北京: 中国农业出版社, 1999) [28] Saidur R, Abdelaziz E A, Demirbas A, et al. A review on bio鄄 mass as a fuel for boilers. Renewable Sustainable Energy Rev, 2011, 15(5): 2262 [29] Xu Z G, Wang X H, Bai H J. Dynamic response analysis on wa鄄 ter鄄cooled vibrating stoker of straw boiler. Boiler Manuf, 2008 (1): 21 (许志贵, 王新华, 白红俊. 秸秆锅炉水冷振动炉排动态特 性分析. 锅炉制造, 2008(1): 21) [30] Li G F, Zhao X, Han Z S. Application of biomass fuel firing technology on combined grates. Mod Manuf Technol Equip, 2009 (4): 52 (李广风, 赵旭, 韩增颂. 联合炉排在生物质燃料锅炉中的 应用. 现代制造技术与装备, 2009(4): 52) [31] Chen G Y, Fang M X, Luo Z Y, et al. Experimental studies of rice husk鄄fired fluidized bed and design of a 35 t / h boiler. Power Eng, 1997, 17(6): 47 (陈冠益, 方梦祥, 骆仲泱, 等. 燃用稻壳流化床锅炉的试验 研究及 35 t / h 锅炉的设计. 动力工程, 1997, 17(6): 47) [32] Zhang Z D, Bie R S, Yang L D, et al. Development of SZF4鄄1. 25鄄D type fluidized bed boiler for rice husk. Energy Conserv Technol, 1995(5): 8 (张子栋, 别如山, 杨励丹, 等. SZF4鄄1. 25鄄D 型稻壳流化床 锅炉的研制. 节能技术, 1995(5): 8) [33] Xiu T C. Development and Experimental Study on Biomass Bre鄄 quette Stoves [Dissertation]. Haerbin: Harbin Institute of Tech鄄 nology, 2009 (修太春. 生物质成型燃料炉具的研制及实验研究[学位论 文]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2009) [34] Yu G S, Hou M. Development status and trend of biomass bri鄄 quettes processing equipment. Forestry Mach Woodwork Equip, 2009, 37(2): 4 (俞国胜, 侯孟. 生物质成型燃料加工装备发展现状及趋势. 林业机械与木工设备, 2009, 37(2): 4) [35] Zhang M, Chen J. Control and development situation of nitrogen oxide at domestic coal鄄fired power plant. Sichuan Chem Ind, 2009, 12(5): 44 (张敏, 陈军. 国内燃煤电厂氮氧化物的控制现状及其发展. 四川化工, 2009, 12(5): 44) [36] Sartor K, Restivo Y, Ngendakumana P, et al. Prediction of SOx and NOx emissions from a medium size biomass boiler. Biomass Bioenergy, 2014, 65: 91 [37] Gao P. Experiments and Mechanism Study of Advanced Reburning and Selective Non鄄catalytic Reduction on NO Removal [Disserta鄄 tion]. Jinan: Shandong University, 2008 (高攀. 先进再燃及选择性非催化脱硝优化实验与机理研究 [学位论文]. 济南: 山东大学, 2008) [38] Hao J T. High Level Reburning Denitrification Test of Biomass and Chemical Kinetics Simulation of NO Reduction [ Dissertation ]. Nanjing: Nanjing Normal University, 2014 (郝江涛. 生物质高级再燃脱硝试验及 NO 还原化学动力学 模拟[学位论文]. 南京: 南京师范大学, 2014) [39] Gao J, Wang Y, Zhang B. Countermeasure of atmospheric nitro鄄 gen oxide pollution in China. Environ Prot Sci, 2004, 30(5): 1 (高婕, 王禹, 张蓓. 我国大气氮氧化物污染控制对策. 环境 保护科学, 2004, 30(5): 1) [40] Yang N, Wang X. Nitrogen oxide pollution and its prevention and control. Environmental Protection Circular Economy, 2010, 30(11): 63 (杨楠, 王雪. 氮氧化物污染及防治. 环境保护与循环经济, 2010, 30(11): 63) [41] Committee of Desulfurization and Dust Removal of Boiler and Kiln. China development report on desulfurization & denitration industry of power plant in 2009. China Environ Prot Ind, 2010 (6): 17 (中国环境保护产业协会锅炉炉窑脱硫除尘委员会. 我国火 电厂脱硫脱硝行业 2009 年发展综述. 中国环保产业, 2010 (6): 17) [42] Hao J M, Ma G D, Wang S X. Air Pollution Control Engineer鄄 ing. Beijing: Higher Education Press, 2010 (郝吉明, 马广大, 王书肖. 大气污染控制工程. 北京: 高等 教育出版社, 2010) ·10·