浅谈NID脱硫技术的应用

浅谈NID脱硫技术的应用

在我国的能源结构中，煤炭占有约70%以上的比重，燃煤电站锅炉每年排放出大量的烟气，而工业锅炉、冶金烧结机、玻璃窑炉等的烟气排放量也不容小视。这些烟气中含有大量的SO2，面对日益严格的环保政策，必须对这些烟气进行脱硫。全球的脱硫技术研究早在几十年前就已经开始，目前国内外主要使用的脱硫方式分为湿法脱硫和干法脱硫两大类。NID（New Integrated Desulfurization-- 新型脱硫除尘一体化）脱硫技术是一种经过实践检验的干法脱硫技术。本文将对NID 脱硫技术的原理、特点、适用性、工程业绩和实例进行阐述，并初步总结其适用范围。

1. NID 脱硫技术理论和特点

1.1 NID脱硫原理

NID 艺的原理是利用干CaO或Ca(OH)2粉经加水增湿后吸收烟气中的SO2和其它酸性气体，反应式为：

CaO+H2O = Ca(OH)2 Ca(OH)2+SO2=CaSO3·1/2 H2O+1/2H2O Ca(OH)2+SO3=CaSO4·1/2H2O+1/2H2O CaSO3·1/2H2O+1/2O2=CaSO4·1/2H2O Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2O 2Ca(OH)2+2HCl=CaCl2·Ca(OH)2·2H2O（＞120℃） Ca(OH)2+2HF=CaF2+2H2O

1.2 NID脱硫工艺流程

NID脱硫工艺的流程如图1所示，主要由反应器、脱硫除尘器、物料再循环及排放、工艺水、仪表控制系统等5 个部分组成。

    烟气经反应器底部进入反应器，和均匀混合在增湿循环灰中的吸收剂发生反应。在降温增湿的条件下，烟气中的SO2与吸收剂反应生成亚硫酸钙和硫酸钙。反应后的烟气携带大量的干燥固体颗粒进入脱硫后布袋除尘器收集净化。

    经过脱硫后布袋除尘器的捕集，干燥的循环灰被除尘器从烟气中分离出来，由输送设备再输送给混合器，同时也向混合器加入消化过的石灰，经过增湿及混合搅拌进行再次循环。净化后的烟气温度大于70℃，高于水露点温度15℃左右，无须再热，直接经过增压风机排入烟囱。

    控制系统通过调节混合器中加入水量的多少来保证反应器中反应的温度及恒定的烟气出口温度，同时对进出口烟气量连续监测，进口、出口SO2浓度和烟气流量决定了系统吸收剂的加入量。循环脱硫灰在除尘器的灰斗中得到收集，当高于灰斗的最大料面时，通过溢流方式排出。由于排出的脱硫灰含水率只有2%左右，流动性好，适宜采用气力输送装置外送，系统采用正压浓相输送系统送至新建的脱硫灰库中，再通过汽车运输等方式送至灰场或综合利用点。

    化学反应过程产生的副产物呈干粉状态，其化学成分主要由粉煤灰、CaSO3、CaSO4和未反应完的吸收剂Ca(OH)2等组成。

1.3 NID脱硫技术的特点

    与其他干法脱硫工艺相比，NID工艺良好的脱硫反应环境，保证了其具有下列优点: 生石灰消化系统精炼，占地小；不存在浆液堵塞喷嘴的困扰；反应时间短，大约仅1 秒；在塔外混合，不存在后置除尘器糊袋或粘壁的情况；无废水排除；脱硫灰可以综合利用；脱硫效率较高，能达到90～95%；对机组负荷变化的跟踪能力强；同时具有脱硫和除尘两个过程，能保证粉尘排放≤50mg/Nm3。

2. NID 脱硫技术的适用性

2.1 对燃料的适用性

    含硫量：根据经验表明NID脱硫技术适用于含硫量小于3.5%的燃料，此阶段内烟气脱硫前的含硫浓度范围约为：<5000mg/Nm3，相对应的钙硫比基本约为1.3，比较经济合理。如果煤种的含硫量大于3.5%，则钙硫比大大上涨，而脱硫效果增加有限，就不经济了。

    含灰量：NID是脱硫除尘一体化技术，而且后置的大多是布袋除尘器，因此对于燃料的含灰量没有限制。但对于脱硫前收集的粉煤灰有市场需求的项目，建议上预除尘器。

2.2 对机组大小的适用性

    脱硫反应器为模块化设备，已成系列。脱硫反应器截面为矩形，其型号采用"宽度×厚度"表示。针对不同的机组的适用性见表1：

    说明：上表中的数据是按实际工程的BMCR 工况取得，若燃料种类、成分、锅炉效率、过量空气系数、漏风率、烟温、当地大气压等因素发生变化，则反应器的型号也应调整。对于负荷比较稳定的小于50MW 的机组，为了节省造价，可以采用几台机组共用1 台反应器的方式。

2.3 对烟温的适用性

NID最适合的烟气范围为120~160℃。若烟温低于120℃，则在反应器内遇水降温后烟温会低于酸露点，对于钢构件和后置除尘器产生硫酸腐蚀。而对于电站来讲烟温低于120℃的情况是基本不存在的。

若烟温高于160℃，则可考虑更换滤料材质，适当提高后置除尘器布袋的抗高温、抗氧化能力；或者考虑先对烟气进行喷水降温。于是，NID的温度适用范围为120~240℃。

2.4 对改造和新建项目的适用性

    对于改造项目，从系统上一般将NID系统加在引风机和烟囱之间，同时增加增压风机完成驱动烟气的使命；从实际布置上一般布置在烟囱后面的场地。

    对于新建项目，则直接将NID装置布置在锅炉后面，而将引风机布置在NID装置和烟囱之间。

2.5 对运行负荷的适用性

    对于50MW及以下机组（即配置1 台反应器的机组：60%～110% 对于100MW、125MW、135MW 机组（即配置2 台反应器的机组：30%～110%对于200MW机组（即配置4台反应器的机组：15%～110%

2.6 对吸收剂供应的适用性

    一般采用生石灰作为脱硫剂，如果有足够的电石渣（主要成分为Ca(OH)2）也可以，而且能够节约运行成本。

3. NID 工程实例

    国内目前采用NID脱硫技术的有山东齐鲁石化热电厂、辽宁沈海热电厂、河南鹤煤集团电厂、北京首钢动力厂、河南AES 焦作万方电厂、吉化集团动力厂等电厂，现就河南AES焦作万方电厂举例说明。

3.1 河南焦作AES万方电厂项目概况

    爱依斯万方电力有限公司2×125MW抽凝汽轮发电机组，配两台420t/h超高压再热煤粉锅炉，锅炉基本情况见表2：

每年排放SO2气体16380t、粉尘1890t，对环境造成恶劣影响。

3.2 工程配置主要设备

2007年爱依斯万方电力有限公司采用了NID脱硫技术，对炉后进行了脱硫除尘改造工程。其中1#机组工程情况如下：

A、反应器：4000mm×1600mm×2台 B、混合器：4：70，2 台 C、消化器：2：70，2台D、布袋除尘器：1台，保证效率：99.996% E、增压风机：1台设备型式：静叶可调轴流式风机电动机额定功率：1600kWF、工艺水泵：1台流量：50m3/h扬程：125mH2O功率：37kWG、流化风机：3台流量：175m3/min扬程： 21kPa功率：132kW

3.3 脱硫除尘效果     实测数据见表3：

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为什么烟温低于120就不适合呢？