燃煤電廠鍋爐煙氣NID 脫硫技術與工程應用
摘要：簡要闡述了燃煤電廠鍋爐煙氣NID 脫硫技術與工程應用。
關鍵詞：NID, 脫硫工藝,燃煤電廠鍋爐,工程應用
1 概述
目前，國內燃煤電廠鍋爐煙氣脫硫技術有了很大發展，新建機組配套脫硫和在役機組脫硫改造成為一種必然的發展趨勢。根據爐后煙氣脫硫過程中工藝水的應用特點，將爐后煙氣脫硫技術分為濕法、干法和半干法三大類。其中，半干法脫硫是指在脫硫過程中有少量工藝水投入，但脫硫產物最終是以干態的形式出現。特別是在役機組的脫硫改造，受已有條件限制，脫硫工藝和方案布置受到很大制約。300MW以下機組改造選用半干法脫硫工藝的較多，半干法脫硫主要有脫硫除塵一體化脫硫工藝(NID)、煙氣循環流化床法（CFB）等。NID 脫硫工藝以其獨到的設計和相好的性能越來越受到重視和應用。
2 NID脫硫工藝
NID（NovelIntegratedDesulphurization）脫硫除塵一體化脫硫技術由ALSTOM公司在20 世紀90 年代初從噴霧干燥法開發而成，用于燃煤、燃油電廠、工業鍋爐、垃圾焚燒電廠的煙氣脫硫及有害氣體的處理。
2.1 工藝原理及流程
NID 是利用含有CaO 的吸收劑或消石灰（氫氧化鈣）與二氧化硫反應生成CaSO3 和Ca- SO4。除塵器收集下來有一定堿性的粉塵與CaO 混合增濕后再進入除塵器入口煙道和煙箱，反復循環。NID工藝特征是吸收劑的低濕度和高比例循環。在吸收劑的大表面積和低濕度作用下，煙溫快速下降，吸收劑水份快速蒸發。由于水份蒸發時間很短，使得反應器容積減小。NID 脫硫工藝可與除塵器組合為一體，結構簡單，占地面積小，物料循環倍率可達30～50 次以上。正常情況下，脫硫率一般可達85 以上。
2.2 性能特點
根據國家發展和改革委員會最新發布的《火力發電廠煙氣脫硫設計技術規程 DL/T5196- 2004》中關于脫硫工藝選擇的一般性原則的要求，焦作電廠#2 機組已投產約25 年，屬于剩余壽命低于10 年的老機組，本工程設計的燃煤含硫量Sar<2.0，且吸收劑來源和副產品處置均能充分落實，適宜優先采用半干法、干法或其他費用較低的成熟脫硫技術。NID 半干法脫硫工藝能保證脫硫效率在80 以上，并滿足SO2 達標排放和排放總量控制要求。設備占地面積很小，更有利于現有電廠燃煤機組的改造。設備安裝簡單，建設周期短。對于現有電廠，設備改動小，一般在正常的大修停機期間就可完成。輔助設備都可布置在除塵器下，無需占用更多額外空間。能脫除煙氣中80 以上的SO2，是一種非常有效的脫硫方法，SO3、HCI 和HF 的脫除率高達98，用于中、低硫煤時最經濟。而且脫硫效率根據不同的環保要求或煤種的變化，通過調整CaO 或Ca（OH）2 的加入量和再循環灰量及操作溫度，確保能滿足SO2 的排放標準。 NID 脫硫工藝脫除單位量SO2 的總費用較低，約550- 950 元/ 噸。由于工藝簡單，組成部件較少，且可利用現有的設備和公共設施，占地面積小，平均每1150Nm3/h 的煙氣量需1m2 場地。系統運行的維護費和動力消耗較低。
NID 脫硫工藝典型配置的除塵器是袋式除塵器。由于布袋表面吸附的粉塵與SOX等接觸相當于一個氣固相反應器，所以NID 脫硫工藝與袋式除塵器相配時更有利于脫硫效率的提高。采用石灰粉，由石灰石煅燒取得，焦作附近太行山腳下石灰粉生產企業較多，以用量定產。部分企業的石灰粉經焦作市產品質量監督檢驗所等單位檢驗，CaO 純度≥85。脫硫副產品與粉煤灰一起從煙氣中分離出來，是含濕量較低的固態粉末，組成中的CaSO3·1/2H2O 十分穩定，其分解溫度為436℃，與空氣長期接觸自然氧化成CaSO4·2H2O，對環境不會造成影響。根據經驗，可用作煤礦回填、筑路、造磚等。目前，土壤資源越來越寶貴，一些地方已不允許燒紅磚，脫硫渣的綜合利用越來越受到重視。同時，該工藝不會產生廢水，不會造成二次污染。
2.3 半干法脫硫工藝的比較
NID 脫硫工藝國內主要應用業績有包頭第二熱電廠1×200MW機組，某自備電廠1× 210MW機組，淄博齊魯石化1×125MW機組等。
CFB 循環流化床法煙氣脫硫工藝是八十年代末德國魯奇(LURGI)公司開發的一種新的干法脫硫工藝，這種工藝以鍋爐循環流化床原理為基礎，通過吸收劑的多次再循環，延長吸收劑與煙氣的接觸時間，大大提高了吸收劑的利用率。正常情況下，脫硫率一般可達85 以上。煙氣從吸收塔底部引入，并通過吸收塔底部文丘里管加速，進入吸收塔循環流化床體。物料在循環流化床里，氣固兩相由于氣流的作用，產生激烈的湍動與混合，充分接觸，在上升的過程中，不斷形成聚團物向下返回，而聚團物在激烈湍動中又不斷解體重新被氣流提升，使得氣固間的滑移速度很高，強化了氣固間的傳質與傳熱。除塵器除下的固體顆粒大部分通過除塵器下的再循環系統返回吸收塔，繼續參加反應。國內主要應用業績有：山西榆社2×300MW機組，焦作華潤2×135MW機組等。
RCFB 回流式煙氣循環流化床：德國Wulff 公司在Lurgi 技術基礎開發出回流式煙氣循環流化床工藝，簡稱RCFB，脫硫率可達85 以上。已在廣州恒運自備電廠一臺210MW 機組使用。Wulff 公司的RCFB 工藝流程基本與魯奇 CFB 相同，RCFB 最大特點是反應塔的流場和塔頂結構設計上，使反應塔中煙氣吸收劑顆粒在向上遠動中有一部分因回流從塔頂向下返回塔中。這股向下的固體回流與煙氣的方向相反，而且是一股很強的內部湍流，從而增加了煙氣與吸收劑接觸時間，形成內部再循環。
CDS 循環干法工藝：國內引進美國環境技術公司（EEC）循環干法煙氣脫硫技術工藝。脫硫工藝原理與CFB 基本相同，脫硫率可達85 以上。循環流化床系統主要由消石灰貯存輸送系統、循環流化床吸收塔、噴水增濕系統、回料系統、脫硫渣輸送系統、除塵器及控制系統組成。目前國內應用該脫硫工藝的電廠機組有北方電力內蒙古烏海熱電有限公司2×200MW 機組。
3 現役鍋爐改造脫硫系統的配置
脫硫工藝的選擇應根據鍋爐容量和調峰要求、燃煤煤質（特別是折算硫分）、二氧化硫控制規劃和環評要求的脫硫效率、脫硫工藝的成熟程度、脫硫劑的供應條件、水源情況、脫硫副產物和飛灰的綜合利用條件、脫硫廢水、廢渣排放條件、場地布置條件等因素，經全面技術經濟比較后確定。
4 工程應用實例
4.1 工程概況
河南焦作電廠（以下簡稱焦作電廠）#2 機組煙氣治理工程是在焦作電廠實施的第一個脫硫工程項目。焦作電廠#2 機組（220MW）于 1980 年1 月建成投產，配套鍋爐為哈爾濱鍋爐廠生產的HG- 670/13.7- 5 型超高壓一次再熱自然循環煤粉爐。1989 年將#2 爐原設計配備的旋風除塵器改造為蘭州電力修造廠生產的 KFH／JZl70.1 型雙室三電場臥式靜電除塵器。焦作電廠已進行過2 臺機組的電除塵器改袋式除塵器的改造工程，采用的是長袋低壓脈沖袋式除塵技術，改造后的袋式除塵器使用效果良好，并積累了一定的袋式除塵器的應用經驗。本次#2 機組煙氣治理工程的主要包括脫硫、除塵、氣力輸灰和引風機等四個部分，重點是甄選和制訂符合焦作電廠生產實際的煙氣脫硫技術方案。
4.2 脫硫設計方案
焦作電廠#2 機組煙氣治理工程為老機組改造工程，爐后沒有預留脫硫場地，而且臨近市內公路，可利用的改造場地非常有限。本工程采用從ALSTOM引進的NID 循環半干法脫硫技術。系統總體布置方式為“NID 脫硫系統布袋除塵器”，一套系統由四條獨立工藝線組成。除灰系統采用氣力輸灰方式，輸送到灰庫外運。主要設計參數：脫硫效率（保證值）≥85，處理煙氣量1100000Nm3/h，煙氣SO2 排放濃度≤400mg/Nm3，煙塵排放濃度≤50mg/Nm3。吸收劑給料系統，變頻螺旋給料機轉速由進出口 SO2 量及煙氣量反饋調節。除塵器采用ALSTOM 典型設計的低壓脈沖布袋除塵器，總過濾面積為27520m2，布袋數量8600 個，濾袋材料采用進口PPS 針刺氈。系統設有NID 工藝關斷擋板，用于在低負荷運行期間或其中一條NID 線檢修時切斷NID 工藝線。設置旁路系統，用于避免系統內部接露、進口溫度超過180℃或 NID緊急停運情況下啟用旁路系統，保護布袋除塵器不被損壞。
煙氣在線監測系統，系統自配一套用于控制的在線檢測系統，由于一套系統有四條獨立控制線，在線監測分為四條線路監測，反饋信號用于系統調節控制。
引風機采用2 臺雙吸雙支高效離心式引風機，加裝液力耦合器進行調速。引風機入口設置聯絡煙道。脫硫工況下系統額定負荷運行，流量為751227.5m3/h，全壓7200Pa，介質溫度 70℃。
5 結論
環境保護是我國的一項基本國策，是可持續性發展戰略的重要內容。電力工業是國家的基礎工業，也是燃煤大戶，電站鍋爐進行高效率除塵和脫硫的任務非常艱巨，也非常迫切。通過對在役燃煤鍋爐煙氣脫硫項目的逐步實施，將產生明顯的社會效益和經濟效益，對促進地區經濟發展、保護環境、落實當地環保關于二氧化硫的排放控制要求、保持地區經濟可持續發展等具有重要的實際意義。電廠脫硫項目不設預除塵，采用的布袋除塵器和NID 半干法脫硫工藝均為目前國內技術領先的實用性技術，其功能、設計參數等均符合高效除塵和脫硫的需要，對于促進新技術新工藝的應用具有十分現實的作用。
參考文獻
[1] 火力發電廠煙氣脫硫設計技術規范DL/ T5196-2004，國家發展和改革委員會，2004 年 10 月20 日.
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