NID脫硫除塵技術(shù)及在隴西索通炭材料項(xiàng)目上的應(yīng)用介紹

隴西索通炭材料有限公司隴西30萬噸鋁用炭材料項(xiàng)目是上海環(huán)境院與安德里茨（中國）公司聯(lián)合承接的EPC總承包項(xiàng)目，該項(xiàng)目采用NID技術(shù)對(duì)煙氣進(jìn)行脫硫、除塵，其廣泛應(yīng)用在燃煤、燃油電廠、鋼鐵廠燒結(jié)機(jī)、工業(yè)爐窯、垃圾焚燒爐等煙氣脫硫除塵及其它有害氣體的處理工程中。它具有運(yùn)行簡(jiǎn)單、設(shè)備緊湊、煙氣負(fù)荷適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。本文介紹NID工藝系統(tǒng)組成及特點(diǎn)，以及在項(xiàng)目上應(yīng)用情況，可為后續(xù)相關(guān)案例提供參考。

1. 隴西索通炭材料項(xiàng)目介紹

1.1工程概況

隴西索通炭材料有限公司“30萬噸/年預(yù)焙陽極生產(chǎn)系統(tǒng)”中陽極焙燒車間采用1臺(tái)74室（14料箱/室）敞開式焙燒爐，在焙燒生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生煙氣含粉塵、SO2、氟化物等污染物，煙氣溫度110℃～160℃。上海環(huán)境院與安德里茨(中國)有限公司組成聯(lián)合體，于2023年3月份中標(biāo)該項(xiàng)目；煙氣處理工藝采用安德里茨(Andritz)有限公司的NID一體化煙氣脫硫除塵技術(shù)；2023年7月份完成結(jié)構(gòu)及工藝施工圖設(shè)計(jì)；2023年8月開始安裝；預(yù)計(jì)2023年12月完成安裝。

1.2工程實(shí)施內(nèi)容

焙燒車間煙氣從焙燒廠房墻體外1米處開始，至煙囪之間的所有設(shè)備及管線，均由我方設(shè)計(jì)；脫硫裝置入口處開始至主排煙風(fēng)機(jī)出風(fēng)口后的煙道配套法蘭，由我方負(fù)責(zé)供貨和安裝。

焙燒車間煙氣從焙燒廠房墻體外1米處開始，至脫硫裝置入口處的煙道；主排煙風(fēng)機(jī)出風(fēng)口法蘭以后，至煙囪的煙道，由業(yè)主方負(fù)責(zé)供貨和施工。

1.3系統(tǒng)組成及工藝流程

隴西索通焙燒煙氣脫硫除塵系統(tǒng)采用NID典型設(shè)計(jì)，系統(tǒng)主要包括如下設(shè)備及系統(tǒng)：NID反應(yīng)器，混合器，消化器，灰循環(huán)系統(tǒng)，布袋除塵系統(tǒng)，吸收劑儲(chǔ)存及上料系統(tǒng)，氣力輸灰及儲(chǔ)存系統(tǒng)，工藝水系統(tǒng)。工藝流程圖如下：

1.4 煙氣排放指標(biāo)

該項(xiàng)目環(huán)評(píng)要求粉塵排放濃度為12mg/Nm3，SO2排放濃度為144mg/Nm3，考慮到以后標(biāo)準(zhǔn)提高的可能性，SO2排放濃度按火電超低排放設(shè)計(jì);本項(xiàng)目性能保證值如表1所示。

表1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)性能排放指標(biāo)

2. NID脫硫脫除技術(shù)介紹

NID（Novel Integrated Desulfurization）是一種新型一體化脫硫除塵技術(shù)，它借鑒了半干法技術(shù)的脫硫原理又克服了此種技術(shù)使用制漿系統(tǒng)而產(chǎn)生的弊端，具有占地面積小，脫硫效率高、運(yùn)行簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，尤其適用于燃煤電廠中小型機(jī)組和垃圾焚燒廠等煙氣處理。

2.1工藝及典型布置

煙氣進(jìn)入NID反應(yīng)器，在反應(yīng)器混合段和含有大量反應(yīng)劑的增濕循環(huán)灰接觸，通過循環(huán)灰顆粒內(nèi)部水分的蒸發(fā)，煙氣溫度快速降低至設(shè)定值，同時(shí)煙氣的相對(duì)濕度大大增加，形成很好的脫酸反應(yīng)條件。在反應(yīng)段中快速完成物理變化和化學(xué)反應(yīng)，煙氣中的SO2與反應(yīng)劑反應(yīng)生成亞硫酸鈣和硫酸鈣。反應(yīng)后的煙氣攜帶干燥后的固體顆粒進(jìn)入其后的布袋除塵器，固體顆粒被布袋除塵器捕集從煙氣中分離出來，經(jīng)過灰循環(huán)系統(tǒng)，補(bǔ)充新鮮的脫硫反應(yīng)劑，并對(duì)其進(jìn)行再次增濕混合，送入反應(yīng)器。如此循環(huán)多次，達(dá)到高效脫硫及提高反應(yīng)劑利用率的目的。脫硫除塵后的潔凈煙氣在水露點(diǎn)溫度15°C以上，無須再熱，經(jīng)過引風(fēng)機(jī)排入煙囪。

NID 脫硫系統(tǒng)典型布置及原理流程如下圖：

2.2 反應(yīng)原理 

NID脫硫技術(shù)的原理是利用生石灰或消石灰等堿性物質(zhì)作為反應(yīng)劑來吸收煙氣中的SO2和其他酸性氣體，反應(yīng)式為：

CaO+H2O=>Ca(OH)2

Ca(OH)2+SO2=>CaSO3?1/2H2O+1/2H2O

Ca(OH)2+SO3=>CaSO4+H2O

CaSO3?1/2H2O+3/2H2O+1/2O2 =>CaSO4?2H2O

Ca(OH)2+2HCl=>CaCl2+2H2O

Ca(OH)2+2HF=>CaF2+2H2O

2.3技術(shù)特點(diǎn) 

(1) NID技術(shù)采用生石灰CaO的消化及灰循環(huán)增濕一體化設(shè)計(jì)，相對(duì)于其他類似技術(shù)，減少了消化系統(tǒng)，降低了投資。

(2) 利用循環(huán)灰攜帶水分，克服了傳統(tǒng)半干法脫硫反應(yīng)器中可能出現(xiàn)的粘壁問題。

(3) NID系統(tǒng)中煙氣在反應(yīng)器內(nèi)停留時(shí)間1秒左右，有效地降低反應(yīng)器的體積。

(4) 整個(gè)脫硫裝置結(jié)構(gòu)緊湊，設(shè)備少，占地面積小，約為噴霧干燥技術(shù)(SDA)的50%。

(5) NID系統(tǒng)對(duì)煙氣中的汞有較好的脫除效果[3]。

2.4 主要設(shè)備及系統(tǒng)

2.4.1 NID 反應(yīng)器

 圖3 NID反應(yīng)器

NID反應(yīng)器的截面為矩形，設(shè)計(jì)煙氣流速度為18~25m/s，煙氣攜帶飛灰與循環(huán)灰充分接觸，在向上流動(dòng)的過程中完成脫硫反應(yīng)。反應(yīng)器分為入口彎頭、混合段、反應(yīng)段和出口彎頭四部分。煙氣的增濕減溫水通過循環(huán)灰混合后帶入，在反應(yīng)器內(nèi)蒸發(fā)形成適合脫硫反應(yīng)的溫度和濕度。在通過反應(yīng)段的過程中，含有消石灰的循環(huán)灰顆粒和煙氣全面均勻接觸，發(fā)生物理變化和化學(xué)反應(yīng)，脫除煙氣中大部分的SO2。反應(yīng)器混合段內(nèi)部使用防磨材料，能經(jīng)受混合物的摩擦，從最大程度上降低含塵煙氣對(duì)反應(yīng)器內(nèi)壁的磨損。

2. 4.2 消化器混合器一體化裝置

消化器與混合器為一體化結(jié)構(gòu)[4]，如圖3所示，生石灰從石灰料倉通過變頻給料機(jī)和螺旋輸送機(jī)輸送到消化器；消化過程分成兩個(gè)階段，第一階段，水和石灰進(jìn)行混合，為消化反應(yīng)的充分發(fā)生提供條件。第二階段，消化反應(yīng)充分進(jìn)行，CaO消化為的粉狀消石灰，消石灰通過溢流方式進(jìn)入混合器。

混合器呈開放式結(jié)構(gòu)，直接固定在反應(yīng)器上；物料得以在短距內(nèi)輸入反應(yīng)器，確保不會(huì)造成循環(huán)灰在設(shè)備內(nèi)的擁堵；混合器主要實(shí)現(xiàn)下面功能：

第一，使循環(huán)灰與由消化器提供的新鮮消石灰充分混合；

第二，水由位于混合器上部的噴嘴加入混合器中，均勻噴撒在循環(huán)物料使循環(huán)灰中水分含量控制在5%之內(nèi)。

2.4.3 灰循環(huán)及增濕系統(tǒng)

流化底倉為槽形設(shè)計(jì)，安裝在布袋除塵器灰斗下方，對(duì)應(yīng)布袋除塵器每列氣室有一個(gè)流化底倉，每個(gè)流化倉底部設(shè)有流化布。流化底倉內(nèi)的物料傳送通過流化物料實(shí)現(xiàn)，滿足系統(tǒng)內(nèi)大灰量循環(huán)要求。每個(gè)流化底倉都設(shè)置有高高、高、低及低低四個(gè)料位開關(guān)，流化底倉內(nèi)的物料高度由料位開關(guān)配合輸灰設(shè)備控制。脫硫系統(tǒng)運(yùn)行過程中，流化底倉內(nèi)的料位將維持在高、低料位之間，略低于高料位的位置。

由流化底倉進(jìn)入混合器的循環(huán)灰量通過循環(huán)灰變頻給料機(jī)控制；水由位于混合器上部的噴嘴加入混合器中，均勻地噴撒在循環(huán)物料的表面使循環(huán)灰中水分含量控制在合適范圍內(nèi)[5]；增濕系統(tǒng)的控制通過閥島實(shí)現(xiàn)，見圖4.a。

2.4.4 布袋除塵器

NID-C型布袋除塵器是脫硫反應(yīng)除塵器，安裝在反應(yīng)器出口，收集脫硫灰，實(shí)現(xiàn)脫硫除塵一體化。采用上進(jìn)氣方式，使原煙氣的流向與清灰粉餅的沉降方向一致，避免了逆流煙氣對(duì)下落粉塵的再次沖刷而產(chǎn)生的粉塵二次飛揚(yáng)并再次附著于布袋的現(xiàn)象。除塵器采用模塊化設(shè)計(jì)，各除塵室單元結(jié)構(gòu)形式相同，可根據(jù)場(chǎng)地靈活調(diào)整每個(gè)除塵室的大小，具有很強(qiáng)的場(chǎng)地適應(yīng)性。

2.4.5 流化風(fēng)系統(tǒng)

流化風(fēng)系統(tǒng)確保整個(gè)灰循環(huán)系統(tǒng)得以順暢運(yùn)行，增加流化底倉及混合器中脫硫灰的流動(dòng)性。每個(gè)流化底倉設(shè)置數(shù)個(gè)進(jìn)風(fēng)口，通往每個(gè)模塊的流化風(fēng)管路上都安裝了孔板流量裝置、就地壓力表及手動(dòng)碟閥。不同流化風(fēng)用氣部位的用氣量將在脫硫島調(diào)試期間，通過手動(dòng)蝶閥調(diào)節(jié)確定流化風(fēng)量，并在脫硫系統(tǒng)正常投運(yùn)后基本保持不變。風(fēng)機(jī)進(jìn)口設(shè)置有高效過濾器，出口設(shè)置有氣動(dòng)關(guān)斷門。

流化風(fēng)機(jī)出口管路配電加熱器，在脫硫除塵系統(tǒng)啟動(dòng)階段給流化風(fēng)加熱，加熱后的流化風(fēng)溫度在70℃以上。

2.4.6 NID 脫硫系統(tǒng)工藝控制

NID 脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，煙氣溫度、石灰給料量和循環(huán)灰給料量的控制是使SO2排放達(dá)到要求的關(guān)鍵控制過程；煙氣溫度的控制實(shí)際是通過增濕水的加入量調(diào)節(jié)進(jìn)行的，而增濕水是通過循環(huán)灰?guī)胂到y(tǒng)的，所以又與循環(huán)灰控制相關(guān)；為了維持系統(tǒng)的壓降在給定值范圍內(nèi)，布袋除塵器的噴吹控制也是一個(gè)重要的控制環(huán)節(jié)。

綜上所述，NID 脫硫系統(tǒng)的工藝控制主要由以下幾個(gè)部分組成：

煙氣溫度的控制

循環(huán)灰給料的控制

石灰給料的控制

布袋除塵器的噴吹控制

作者單位：上海環(huán)境工程設(shè)計(jì)研究院有限公司

編輯：李丹