四方仪器|烟气分析仪在生物质锅炉中的应用

导语：

生物质能源是一种以生物质为载体的能量，是通过光合作用获得太阳能，然后将太阳能转为化学能并贮存在生物质中的方式。生物质资源的利用方式一般为直接燃烧和生物质锅炉燃烧两种。生物质燃料中含有的氮会在燃烧期间形成NO，随着我国生态保护意识逐渐完善，对于生物质燃料的氮氧化物排放控制也有了全新需求。

一、生物质燃料特点及我国的应用现状

生物质燃料是可再生的能源，主要来源于农作物秸秆、林木生物质残余物、禽畜粪便等。通常情况下，各种生物质燃料之间的参数具有较大差异，需要结合实际需求与混合配比将燃料混合后进行使用。生物质燃料产生出的热值较高，具有优良的点火燃烧性能以及良好的代煤效果。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，但与原煤及型煤相比，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。

我国是一个农业大国，拥有丰富的生物质资源，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。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。

随着锅炉技术的不断完善，现在已经成为一种先进的生物质燃烧技术，以生物质作为锅炉燃烧的燃料，通过控制燃料在锅炉中燃烧情况，从而提高生物质的利用效率。但由于生物质燃料在燃烧中同样会释放NO_x，尽管目前最新实行的《锅炉大气污染物排放标准》（GB13271-2014）并没有规定生物质锅炉NO_x的排放限值，但燃烧玉米秸秆成型燃料时，生物质锅炉的NO_x排放质量浓度往往在207. 9~601. 3 mg/ m ³之间，由于锅炉排放标准中的排放限值为200mg/m³，以此标准来衡量，玉米秸秆成型燃料时排放的NO_x排放浓度超标0.04~2. 01倍。

二、生物质燃料的利用方式

1.直接燃烧技术

生物质直接燃烧技术是将生物质作为燃料进行燃烧，利用热能满足生产与生活。直接燃烧的技术要求很低，燃烧方式比较简单，燃烧的时候产生的颗粒物、硫氧化物、氮氧化物等会严重污染环境。

2.生物质锅炉燃烧

随着锅炉技术的不断完善，现在已经成为一种先进的生物质燃烧技术，以生物质作为锅炉燃烧的燃料，通过控制燃料在锅炉中燃烧情况，从而提高生物质的利用效率。

生物质锅炉分为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两种。水冷振动炉对燃烧的适应性比较差、燃烧效率低，对于水分含量很高，造价高。而循环流化床混烧生物质锅炉相比较下，成本很低，其燃烧适应性很强，运行安全，负荷范围广，所以循环流化床掺烧生物质更适合我国的国情。

另链条炉排炉和往复炉排炉也适用于生物质燃烧，链条炉排炉的炉排片可循环冷却，往复炉排炉对燃烧尺寸和燃料漏料量有很大的优势。生物质燃料在这几种锅炉上的燃烧还处在探索阶段，技术还需要不断成熟。

三、控制生物质锅炉氮氧化物排放的措施

NO_x是生物质燃烧发电过程中产生的重要污染物之一，对其控制方法主要分为燃烧控制与烟气净化。

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NO_x的生成与排放的技术。相比于其他的降氮技术，低氮燃烧技术是一种较为简单、经济而且应用最广的方法。目前采用的低氮燃烧技术主要有低氮燃烧器、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等五种。

2.烟气脱硝技术

烟气尾部脱硝根据是否使用脱硝催化剂，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）。

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℃的低温燃烧状态下将燃烧过程中产生的NO_x还原为N₂和H₂O，从而实现NO_x的减排。

选择性非催化还原脱硝技术则是在没有催化剂的作用下，将还原剂喷入炉内，在850~1100℃的环境下发生脱硝反应，还原剂在高温炉腔内迅速热解形成氨气，把烟气中的氮氧化物还原为氮气和水蒸气。

3.高级再燃技术

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NO_x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NO_x排放的目的，使之成为一个更加彻底的NO_x降低技术。

将选择性非催化还原脱硝技术与再燃技术有机整合，可更好实现氮氧化物及硫化物排放量的降低。其中高级再燃技术运行原理是在生物质锅炉燃尽区与再燃区中使用还原剂，防止NO的形成，其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。

除了对燃烧过程的控制和烟气净化之外，生物质锅炉运行中还需要根据行业标准和企业实际情况制定管理和监督体系，安装实时监测系统，增加对生物质锅炉烟气排放过程的监测与优化，减少烟气污染物的排放，实现生物质锅炉的环保运行。

目前行业中针对生物质锅炉排放的烟气检测，重难点在于满足超低量程及多组分气体的测量要求。对此，四方仪器自控系统有限公司最新研制的微流低量程红外气体传感器Gasboard-2100，采用微流红外双气室技术和传感器模块化设计，可准确测量低及超低量程SO₂、NO、CO、CO₂、CH₄的气体浓度；另外，采用高精度紫外差分吸收光谱气体分析技术的紫外烟气分析气体传感器Gasboard-2200，无需NO_x转换器即可准确测量NO、NO₂的气体浓度，测量范围小于100mg/m³ ，满足超低排放监测市场需要。

除了在模块化传感器平台取得重要成果之外，四方仪器还研发了两款直接应用于生物质锅炉氮氧化物排放监测管控的设备产品：烟气分析仪（低量程在线型）Gasboard-3000Plus和紫外烟气分析仪（超低量程）Gasboard-3000UV，采用隔半气室气路设计，测量准确度更高，漂移更低，测量范围小于200ppm，满足国家环保行业的普遍标准；并且可通过多种接口传输到上级集中控制系统；配置专业化预处理方案，无需人工值守即可实现实时在线监测。

结语：

开发使用生物质燃料锅炉，对节约常规能源、优化我国能源结构，减轻环境污染有着积极意义，想要更好控制生物质锅炉排放氮氧化物排放量，需要结合实际需求，通过科学方法有效地对生物质锅炉氮氧化物排放进行控制，安装实时在线监测设备，并运用高级再燃技术、燃料再燃技术等方法，确保氮氧化物排放控制力度快速提升。

（参考资料：高仰东《降低生物质锅炉排放氮氧化物及硫化物的控制分析》；毛洪钧，李悦宁等《生物质锅炉氮氧化物排放控制技术研究进展》）

（来源：工业过程气体监测技术）