石化熱電廠NID脫硫工藝
摘要:結合某石化熱電廠煙氣脫硫工程，本文詳細介紹了NID技術各工藝系統和主要設備選型。鍋爐煙氣脫硫后，SO2和粉塵排放大幅降低，達到國家第3時段排放標準，并有顯著的經濟效益。文章建議采用電石渣作為脫硫劑，可降低運行成本。
1 煙氣脫硫工程概況
某石化熱電廠是石化公司為解決乙烯廠電力和蒸汽供應而興建的自備電廠，新建的2臺410t/h燃煤鍋爐機組，由于煤含硫量較高（設計煤種1.8%，校核煤種 2.0%），對環境造成的污染較大。為減輕環境污染，項目立項時對各種脫硫工藝進行了技術經濟比較，確定采用法國ALSTOM公司的NID脫硫除塵一體化工藝。
該項目于2004年正式啟動，2005年底進入調試階段， 2006年6月順利通過試運行，尾氣排放達到國家第3時段排放標準。
2 NID脫硫原理、工藝流程、技術參數和主要設備選型
2.1 NID脫硫原理
NID脫硫是利用干CaO粉消化或Ca(OH)2粉加水增濕后，吸收煙氣中的SO2、HCl和其它酸性氣體，反應式為：
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 工藝流程
該電廠NID脫硫工藝采用“ESP1（預除塵器） +NID+ESP2（電除塵器）”的工藝流程。從鍋爐空預器出來的煙氣溫度為130℃～150℃，經雙室單電場預除塵器收集粉煤灰后，煙氣通過文丘里流量測量裝置和彎曲煙道進入矩形反應器，與均勻混合在增濕循環灰中的吸收劑Ca(OH)2發生反應。在降溫和潮濕的條件下，煙氣中的SO2、SO3、HCl、HF等酸性氣體與吸收劑在很短的時間內反應，生成CaSO3、CaSO4、CaCl2和CaF2。煙氣將經過反應的干燥的脫硫循環灰帶入后置的雙室四電場電除塵器。固體物料從煙氣中分離出來，落入灰斗中，經流化斜槽、流化底倉和循環灰給料機再次送入混合器。同時，向混合器內不斷加入經消化器新鮮消化過的生石灰。在混合器中，循環物料經過增濕、攪拌混合后，含濕率從2％提高到5％左右，在流化和負壓的作用下進入反應器進行再次循環。循環倍率達到30～150倍。在高的循環倍率下，吸收劑的利用率在95％以上。凈化后的煙氣溫度高于露點10℃～15℃，無須再加熱和防腐，經引風機直接排入煙囪。該石化熱電廠脫硫除塵系統如下圖所示。
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2.3 技術經濟參數（見表1）
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2.4 主要設備選型（見表2）
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3 NID系統組成
NID系統主要包括煙氣系統、流化風系統、工藝水系統、壓縮空氣系統、生石灰輸送系統、物料循環系統、控制系統等。
3.1 煙氣系統
煙氣系統流程：鍋爐空氣預熱器出口-煙道- ESP1-反應器入口煙道-流量測量裝置（文丘里）- 反應器入口彎頭-反應器-ESP2進口喇叭（含機械預除塵）-ESP2-ESP2出口喇叭-引風機入口煙道-引風機-引風機出口煙道-磚煙道-煙囪。
煙氣系統的作用是將鍋爐預除塵器后的煙氣引入脫硫裝置，經脫硫后的凈煙氣經煙囪排入大氣。煙氣的排放溫度為70℃～75℃。
3.2 流化風系統
流化風系統流程：流化風進口空氣過濾器-流化風機入口管道-流化風機-流化風母管-各流化風用氣點。
流化風系統主要用于循環物料的流化和輸送、消化混合器的軸承密封和噴嘴霧化。外界的空氣在流化風機的吸入作用下進入空氣過濾器，過濾空氣中的粉塵顆粒，然后通過消音器，經離心風機升壓至23kPa左右，進入到流化風母管，在靠近NID操作平臺處通過管道送到各用氣點。流化底倉和流化斜槽耗氣量為18000m3 /h，主要用于物料的流化和輔助輸送；兩個混合器的底部各設置一組流化風，起輔助流化輸送和強化混合的作用，每個混合器耗氣量為800m3 /h；噴嘴流化風主要用于消化器、混合器的噴嘴保護，防止噴嘴被濕的物料堵塞；密封風主要用于消化混合器各軸承的密封。
由于各用氣點的流化布一旦發生堵塞，則極易造成相關設備的輸送不暢或流化狀態不好，導致物料板結，因此流化風機入口的過濾器相當重要。過濾器能自動清灰保持良好過濾狀態，在過濾器的兩端設有壓差測量裝3.3 工藝水系統系統流程：進水管-水箱-工藝水泵-出口管路-閥門架-消化水管道、增濕水管道-消化器噴嘴、混合器噴嘴。
電廠來水通過工藝水泵升壓至1.2MPa后，經管道至閥門架，分別進入消化水調節閥和增濕水調節閥，再通過管道送至各自對應的消化器、混合器的噴嘴。通過噴嘴霧化達到一定粒徑的水霧，與消化器中的生石灰發生發應，從而對混合器中的物料進行增濕。
在冬季時，為防止水箱中的水結凍而影響系統運行，系統還設有水箱加熱系統。加熱系統采用蒸汽接入水箱的加熱方式進行加熱。
3.4 壓縮空氣系統
壓縮空氣系統包括儀用壓縮空氣、檢修和反吹用壓縮空氣。
儀用壓縮空氣流程：脫硫島空壓站壓縮空氣管道- 脫硫島儀用壓縮空氣母管-閥門架、熱工控制用氣。儀表用氣主要用于閥門架上氣動閥門的開關和調節控制，以及熱工儀表用氣。儀表用氣壓力為0.7MPa。檢修和反吹用壓縮空氣流程：脫硫島空壓站壓縮空氣母管-脫硫島空壓站檢修吹掃口、袋式除塵器氣包。檢修用氣是NID系統各設備停用檢修時的吹掃用氣。石灰倉頂袋式除塵器和流化風系統空氣過濾器采用脈沖清灰。清灰用氣壓力為0.5～0.7MPa。
3.5 石灰輸送系統
石灰輸送系統流程：石灰罐車-輸送管道-石灰倉-石灰倉錐斗插板門-變頻螺旋-一級輸送螺旋- 二級輸送螺旋-消化器。
在系統運行過程中，變頻螺旋輸送機根據ESP2出口的SO2含量自動調節生石灰的給料量。該變頻螺旋輸送機在調試時需要標定頻率和出力之間的關系曲線。為保證生石灰粉的活性，石灰倉中不宜存儲過多的生石灰粉。
3.6 物料循環系統
物料循環系統流程：混合器-反應器-ESP2進口喇叭-ESP2-ESP2灰斗-流化底倉-循環灰給料閥-混合器。
NID脫硫系統物料循環過程中的排灰主要是通過流化底倉下的倉泵完成的，然后輸送至脫硫灰庫。另外還有少量的灰通過反應器彎頭的螺旋去除，然后經倉泵輸送到脫硫灰庫。
3.7 控制系統
該石化熱電廠煙氣脫硫除塵島設置一個獨立的集中控制室，采用北京和比利時的分散控制系統DCS，并與鍋爐主廠房的DCS進行通訊。該DCS設有完善的順序控制功能組和閉環控制回路，系統的正常啟停過程，只需要一鍵完成。
DCS主要調節回路如下：
（1）煙氣溫度控制：首先根據入口煙溫和設定的出口煙溫及煙氣流量計算加水量作為前饋量，再綜合出口煙溫等參數經多級PID調節控制增濕水流量來獲得穩定的出口煙溫，再根據加水量計算循環灰量來控制循環灰鎖氣器的轉速。由多級PID控制加前饋控制完成。
（2）SO2出口排放濃度控制：分兩段控制，在設備開始投運時，由于出口SO2濃度遠大于設定值，整個流化底倉也無石灰含量，所以以預設定的最大加料量向系統投入石灰。當出口排放濃度在設定值附近時，投入 PID調節，根據進出口SO2濃度、煙氣流量來控制石灰的加料量，使出口的SO2濃度穩定在設定值。
（3）消化器控制：以消化器溫度傳感器的溫度值作為主控制量，再綜合生石灰量、消化器電流來調節消化水調節閥以控制消化水量，使消化器穩定在設定溫度 85℃～110℃。
4 脫硫前后經濟對比分析
2006年6月，該石化電廠NID脫硫系統順利投運， SO2排放濃度低于400mg/Nm3 ，粉塵排放濃度小于 100mg/Nm3 （詳見表3）。
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工程正式投產后，該電廠每年可減少SO2排放量 22572噸，按照項目立項時每排放1kgSO2交排污費0.2元計，可減少排污費約451萬元。按照新的排污費標準，每排放1kgSO2交排污費0.63元計，可減少排污費約1422萬元。同時，由于脫硫后采用了高效的電除塵器，粉塵排放也降低到100mg/Nm3以下。可見，安裝NID脫硫除塵一體化裝置能夠明顯改善周邊地區的大氣環境質量，給企業帶來的經濟效益也十分可觀。目前，該電廠脫硫用生石灰粉需要外購，價格在 250元/t左右。正常投運后，按裝置年運行7500小時計算，兩臺爐每年外購生石灰粉共需耗費960萬元，將會給企業帶來經濟負擔。該地區有生產電石的化工企業，因此，可考慮聯合電石生產廠家，以廢治廢，采用生產電石的廢料電石渣作為脫硫劑。電石渣的價格十分便宜，約10元/t。這樣每年又可節約成本約900萬元。
5 結語
NID脫硫工藝是一種成熟可靠的脫硫工藝。該電廠在采用了脫硫措施后，大幅減少了SO2和粉塵的排放，達到了國家第3時段排放標準，不僅有顯著的社會環境效應，還有可觀的經濟效益。考慮到脫硫裝置的運行成本，建議采用電石渣代替生石灰粉作為脫硫劑。
參考文獻：（略）
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