石化热电厂NID脱硫工艺
摘要:结合某石化热电厂烟气脱硫工程，本文详细介绍了NID技术各工艺系统和主要设备选型。锅炉烟气脱硫后，SO2和粉尘排放大幅降低，达到国家第3时段排放标准，并有显著的经济效益。文章建议采用电石渣作为脱硫剂，可降低运行成本。
1 烟气脱硫工程概况
某石化热电厂是石化公司为解决乙烯厂电力和蒸汽供应而兴建的自备电厂，新建的2台410t/h燃煤锅炉机组，由于煤含硫量较高（设计煤种1.8%，校核煤种 2.0%），对环境造成的污染较大。为减轻环境污染，项目立项时对各种脱硫工艺进行了技术经济比较，确定采用法国ALSTOM公司的NID脱硫除尘一体化工艺。
该项目于2004年正式启动，2005年底进入调试阶段， 2006年6月顺利通过试运行，尾气排放达到国家第3时段排放标准。
2 NID脱硫原理、工艺流程、技术参数和主要设备选型
2.1 NID脱硫原理
NID脱硫是利用干CaO粉消化或Ca(OH)2粉加水增湿后，吸收烟气中的SO2、HCl和其它酸性气体，反应式为：
CaO+H2O→Ca(OH)2
Ca(OH)2+SO2→CaSO3·1/2H2O+1/2H2O
Ca(OH)2+2HCl+2H2O→CaCl2·4H2O
Ca(OH)2+2HF→CaF2+2H2O
CaSO3·1/2H2O+3/2H2O+1/2O2→CaSO4·2H2O
Ca(OH)2+CO2→CaCO3+H2O
Ca(OH)2+SO3→CaSO4+H2O 2.2 工艺流程
该电厂NID脱硫工艺采用“ESP1（预除尘器） +NID+ESP2（电除尘器）”的工艺流程。从锅炉空预器出来的烟气温度为130℃～150℃，经双室单电场预除尘器收集粉煤灰后，烟气通过文丘里流量测量装置和弯曲烟道进入矩形反应器，与均匀混合在增湿循环灰中的吸收剂Ca(OH)2发生反应。在降温和潮湿的条件下，烟气中的SO2、SO3、HCl、HF等酸性气体与吸收剂在很短的时间内反应，生成CaSO3、CaSO4、CaCl2和CaF2。烟气将经过反应的干燥的脱硫循环灰带入后置的双室四电场电除尘器。固体物料从烟气中分离出来，落入灰斗中，经流化斜槽、流化底仓和循环灰给料机再次送入混合器。同时，向混合器内不断加入经消化器新鲜消化过的生石灰。在混合器中，循环物料经过增湿、搅拌混合后，含湿率从2％提高到5％左右，在流化和负压的作用下进入反应器进行再次循环。循环倍率达到30～150倍。在高的循环倍率下，吸收剂的利用率在95％以上。净化后的烟气温度高于露点10℃～15℃，无须再加热和防腐，经引风机直接排入烟囱。该石化热电厂脱硫除尘系统如下图所示。
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2.3 技术经济参数（见表1）
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2.4 主要设备选型（见表2）
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3 NID系统组成
NID系统主要包括烟气系统、流化风系统、工艺水系统、压缩空气系统、生石灰输送系统、物料循环系统、控制系统等。
3.1 烟气系统
烟气系统流程：锅炉空气预热器出口-烟道- ESP1-反应器入口烟道-流量测量装置（文丘里）- 反应器入口弯头-反应器-ESP2进口喇叭（含机械预除尘）-ESP2-ESP2出口喇叭-引风机入口烟道-引风机-引风机出口烟道-砖烟道-烟囱。
烟气系统的作用是将锅炉预除尘器后的烟气引入脱硫装置，经脱硫后的净烟气经烟囱排入大气。烟气的排放温度为70℃～75℃。
3.2 流化风系统
流化风系统流程：流化风进口空气过滤器-流化风机入口管道-流化风机-流化风母管-各流化风用气点。
流化风系统主要用于循环物料的流化和输送、消化混合器的轴承密封和喷嘴雾化。外界的空气在流化风机的吸入作用下进入空气过滤器，过滤空气中的粉尘颗粒，然后通过消音器，经离心风机升压至23kPa左右，进入到流化风母管，在靠近NID操作平台处通过管道送到各用气点。流化底仓和流化斜槽耗气量为18000m3 /h，主要用于物料的流化和辅助输送；两个混合器的底部各设置一组流化风，起辅助流化输送和强化混合的作用，每个混合器耗气量为800m3 /h；喷嘴流化风主要用于消化器、混合器的喷嘴保护，防止喷嘴被湿的物料堵塞；密封风主要用于消化混合器各轴承的密封。
由于各用气点的流化布一旦发生堵塞，则极易造成相关设备的输送不畅或流化状态不好，导致物料板结，因此流化风机入口的过滤器相当重要。过滤器能自动清灰保持良好过滤状态，在过滤器的两端设有压差测量装3.3 工艺水系统系统流程：进水管-水箱-工艺水泵-出口管路-阀门架-消化水管道、增湿水管道-消化器喷嘴、混合器喷嘴。
电厂来水通过工艺水泵升压至1.2MPa后，经管道至阀门架，分别进入消化水调节阀和增湿水调节阀，再通过管道送至各自对应的消化器、混合器的喷嘴。通过喷嘴雾化达到一定粒径的水雾，与消化器中的生石灰发生发应，从而对混合器中的物料进行增湿。
在冬季时，为防止水箱中的水结冻而影响系统运行，系统还设有水箱加热系统。加热系统采用蒸汽接入水箱的加热方式进行加热。
3.4 压缩空气系统
压缩空气系统包括仪用压缩空气、检修和反吹用压缩空气。
仪用压缩空气流程：脱硫岛空压站压缩空气管道- 脱硫岛仪用压缩空气母管-阀门架、热工控制用气。仪表用气主要用于阀门架上气动阀门的开关和调节控制，以及热工仪表用气。仪表用气压力为0.7MPa。检修和反吹用压缩空气流程：脱硫岛空压站压缩空气母管-脱硫岛空压站检修吹扫口、袋式除尘器气包。检修用气是NID系统各设备停用检修时的吹扫用气。石灰仓顶袋式除尘器和流化风系统空气过滤器采用脉冲清灰。清灰用气压力为0.5～0.7MPa。
3.5 石灰输送系统
石灰输送系统流程：石灰罐车-输送管道-石灰仓-石灰仓锥斗插板门-变频螺旋-一级输送螺旋- 二级输送螺旋-消化器。
在系统运行过程中，变频螺旋输送机根据ESP2出口的SO2含量自动调节生石灰的给料量。该变频螺旋输送机在调试时需要标定频率和出力之间的关系曲线。为保证生石灰粉的活性，石灰仓中不宜存储过多的生石灰粉。
3.6 物料循环系统
物料循环系统流程：混合器-反应器-ESP2进口喇叭-ESP2-ESP2灰斗-流化底仓-循环灰给料阀-混合器。
NID脱硫系统物料循环过程中的排灰主要是通过流化底仓下的仓泵完成的，然后输送至脱硫灰库。另外还有少量的灰通过反应器弯头的螺旋去除，然后经仓泵输送到脱硫灰库。
3.7 控制系统
该石化热电厂烟气脱硫除尘岛设置一个独立的集中控制室，采用北京和比利时的分散控制系统DCS，并与锅炉主厂房的DCS进行通讯。该DCS设有完善的顺序控制功能组和闭环控制回路，系统的正常启停过程，只需要一键完成。
DCS主要调节回路如下：
（1）烟气温度控制：首先根据入口烟温和设定的出口烟温及烟气流量计算加水量作为前馈量，再综合出口烟温等参数经多级PID调节控制增湿水流量来获得稳定的出口烟温，再根据加水量计算循环灰量来控制循环灰锁气器的转速。由多级PID控制加前馈控制完成。
（2）SO2出口排放浓度控制：分两段控制，在设备开始投运时，由于出口SO2浓度远大于设定值，整个流化底仓也无石灰含量，所以以预设定的最大加料量向系统投入石灰。当出口排放浓度在设定值附近时，投入 PID调节，根据进出口SO2浓度、烟气流量来控制石灰的加料量，使出口的SO2浓度稳定在设定值。
（3）消化器控制：以消化器温度传感器的温度值作为主控制量，再综合生石灰量、消化器电流来调节消化水调节阀以控制消化水量，使消化器稳定在设定温度 85℃～110℃。
4 脱硫前后经济对比分析
2006年6月，该石化电厂NID脱硫系统顺利投运， SO2排放浓度低于400mg/Nm3 ，粉尘排放浓度小于 100mg/Nm3 （详见表3）。
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工程正式投产后，该电厂每年可减少SO2排放量 22572吨，按照项目立项时每排放1kgSO2交排污费0.2元计，可减少排污费约451万元。按照新的排污费标准，每排放1kgSO2交排污费0.63元计，可减少排污费约1422万元。同时，由于脱硫后采用了高效的电除尘器，粉尘排放也降低到100mg/Nm3以下。可见，安装NID脱硫除尘一体化装置能够明显改善周边地区的大气环境质量，给企业带来的经济效益也十分可观。目前，该电厂脱硫用生石灰粉需要外购，价格在 250元/t左右。正常投运后，按装置年运行7500小时计算，两台炉每年外购生石灰粉共需耗费960万元，将会给企业带来经济负担。该地区有生产电石的化工企业，因此，可考虑联合电石生产厂家，以废治废，采用生产电石的废料电石渣作为脱硫剂。电石渣的价格十分便宜，约10元/t。这样每年又可节约成本约900万元。
5 结语
NID脱硫工艺是一种成熟可靠的脱硫工艺。该电厂在采用了脱硫措施后，大幅减少了SO2和粉尘的排放，达到了国家第3时段排放标准，不仅有显著的社会环境效应，还有可观的经济效益。考虑到脱硫装置的运行成本，建议采用电石渣代替生石灰粉作为脱硫剂。
参考文献：（略）
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