石化熱電廠NID脫硫工藝
摘要:結(jié)合某石化熱電廠煙氣脫硫工程，本文詳細(xì)介紹了NID技術(shù)各工藝系統(tǒng)和主要設(shè)備選型。鍋爐煙氣脫硫后，SO2和粉塵排放大幅降低，達(dá)到國家第3時段排放標(biāo)準(zhǔn)，并有顯著的經(jīng)濟(jì)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(yīng)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(shè)計煤種1.8%，校核煤種 2.0%），對環(huán)境造成的污染較大。為減輕環(huán)境污染，項目立項時對各種脫硫工藝進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(jìn)入調(diào)試階段， 2006年6月順利通過試運行，尾氣排放達(dá)到國家第3時段排放標(biāo)準(zhǔn)。
2 NID脫硫原理、工藝流程、技術(shù)參數(shù)和主要設(shè)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(yīng)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(yù)除塵器） +NID+ESP2（電除塵器）”的工藝流程。從鍋爐空預(yù)器出來的煙氣溫度為130℃～150℃，經(jīng)雙室單電場預(yù)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(jìn)入矩形反應(yīng)器，與均勻混合在增濕循環(huán)灰中的吸收劑Ca(OH)2發(fā)生反應(yīng)。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(nèi)反應(yīng)，生成CaSO3、CaSO4、CaCl2和CaF2。煙氣將經(jīng)過反應(yīng)的干燥的脫硫循環(huán)灰?guī)牒笾玫碾p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(jīng)流化斜槽、流化底倉和循環(huán)灰給料機再次送入混合器。同時，向混合器內(nèi)不斷加入經(jīng)消化器新鮮消化過的生石灰。在混合器中，循環(huán)物料經(jīng)過增濕、攪拌混合后，含濕率從2％提高到5％左右，在流化和負(fù)壓的作用下進(jìn)入反應(yīng)器進(jìn)行再次循環(huán)。循環(huán)倍率達(dá)到30～150倍。在高的循環(huán)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(jīng)引風(fēng)機直接排入煙囪。該石化熱電廠脫硫除塵系統(tǒng)如下圖所示。
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2.3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)（見表1）
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2.4 主要設(shè)備選型（見表2）
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3 NID系統(tǒng)組成
NID系統(tǒng)主要包括煙氣系統(tǒng)、流化風(fēng)系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、生石灰輸送系統(tǒng)、物料循環(huán)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等。
3.1 煙氣系統(tǒng)
煙氣系統(tǒng)流程：鍋爐空氣預(yù)熱器出口-煙道- ESP1-反應(yīng)器入口煙道-流量測量裝置（文丘里）- 反應(yīng)器入口彎頭-反應(yīng)器-ESP2進(jìn)口喇叭（含機械預(yù)除塵）-ESP2-ESP2出口喇叭-引風(fēng)機入口煙道-引風(fēng)機-引風(fēng)機出口煙道-磚煙道-煙囪。
煙氣系統(tǒng)的作用是將鍋爐預(yù)除塵器后的煙氣引入脫硫裝置，經(jīng)脫硫后的凈煙氣經(jīng)煙囪排入大氣。煙氣的排放溫度為70℃～75℃。
3.2 流化風(fēng)系統(tǒng)
流化風(fēng)系統(tǒng)流程：流化風(fēng)進(jìn)口空氣過濾器-流化風(fēng)機入口管道-流化風(fēng)機-流化風(fēng)母管-各流化風(fēng)用氣點。
流化風(fēng)系統(tǒng)主要用于循環(huán)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(fēng)機的吸入作用下進(jìn)入空氣過濾器，過濾空氣中的粉塵顆粒，然后通過消音器，經(jīng)離心風(fēng)機升壓至23kPa左右，進(jìn)入到流化風(fēng)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(shè)置一組流化風(fēng)，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(fēng)主要用于消化器、混合器的噴嘴保護(hù)，防止噴嘴被濕的物料堵塞；密封風(fēng)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(fā)生堵塞，則極易造成相關(guān)設(shè)備的輸送不暢或流化狀態(tài)不好，導(dǎo)致物料板結(jié)，因此流化風(fēng)機入口的過濾器相當(dāng)重要。過濾器能自動清灰保持良好過濾狀態(tài)，在過濾器的兩端設(shè)有壓差測量裝3.3 工藝水系統(tǒng)系統(tǒng)流程：進(jìn)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(jīng)管道至閥門架，分別進(jìn)入消化水調(diào)節(jié)閥和增濕水調(diào)節(jié)閥，再通過管道送至各自對應(yīng)的消化器、混合器的噴嘴。通過噴嘴霧化達(dá)到一定粒徑的水霧，與消化器中的生石灰發(fā)生發(fā)應(yīng)，從而對混合器中的物料進(jìn)行增濕。
在冬季時，為防止水箱中的水結(jié)凍而影響系統(tǒng)運行，系統(tǒng)還設(shè)有水箱加熱系統(tǒng)。加熱系統(tǒng)采用蒸汽接入水箱的加熱方式進(jìn)行加熱。
3.4 壓縮空氣系統(tǒng)
壓縮空氣系統(tǒng)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(guān)和調(diào)節(jié)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(tǒng)各設(shè)備停用檢修時的吹掃用氣。石灰倉頂袋式除塵器和流化風(fēng)系統(tǒng)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(tǒng)
石灰輸送系統(tǒng)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(tǒng)運行過程中，變頻螺旋輸送機根據(jù)ESP2出口的SO2含量自動調(diào)節(jié)生石灰的給料量。該變頻螺旋輸送機在調(diào)試時需要標(biāo)定頻率和出力之間的關(guān)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(huán)系統(tǒng)
物料循環(huán)系統(tǒng)流程：混合器-反應(yīng)器-ESP2進(jìn)口喇叭-ESP2-ESP2灰斗-流化底倉-循環(huán)灰給料閥-混合器。
NID脫硫系統(tǒng)物料循環(huán)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?guī)臁Ａ硗膺有少量的灰通過反應(yīng)器彎頭的螺旋去除，然后經(jīng)倉泵輸送到脫硫灰?guī)臁?/p>
3.7 控制系統(tǒng)
該石化熱電廠煙氣脫硫除塵島設(shè)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(tǒng)DCS，并與鍋爐主廠房的DCS進(jìn)行通訊。該DCS設(shè)有完善的順序控制功能組和閉環(huán)控制回路，系統(tǒng)的正常啟停過程，只需要一鍵完成。
DCS主要調(diào)節(jié)回路如下：
（1）煙氣溫度控制：首先根據(jù)入口煙溫和設(shè)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(shù)經(jīng)多級PID調(diào)節(jié)控制增濕水流量來獲得穩(wěn)定的出口煙溫，再根據(jù)加水量計算循環(huán)灰量來控制循環(huán)灰鎖氣器的轉(zhuǎn)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(shè)備開始投運時，由于出口SO2濃度遠(yuǎn)大于設(shè)定值，整個流化底倉也無石灰含量，所以以預(yù)設(shè)定的最大加料量向系統(tǒng)投入石灰。當(dāng)出口排放濃度在設(shè)定值附近時，投入 PID調(diào)節(jié)，根據(jù)進(jìn)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(wěn)定在設(shè)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(diào)節(jié)消化水調(diào)節(jié)閥以控制消化水量，使消化器穩(wěn)定在設(shè)定溫度 85℃～110℃。
4 脫硫前后經(jīng)濟(jì)對比分析
2006年6月，該石化電廠NID脫硫系統(tǒng)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(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)，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(qū)的大氣環(huán)境質(zhì)量，給企業(yè)帶來的經(jīng)濟(jì)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(yè)帶來經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。該地區(qū)有生產(chǎn)電石的化工企業(yè)，因此，可考慮聯(lián)合電石生產(chǎn)廠家，以廢治廢，采用生產(chǎn)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(jié)約成本約900萬元。
5 結(jié)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(dá)到了國家第3時段排放標(biāo)準(zhǔn)，不僅有顯著的社會環(huán)境效應(yīng)，還有可觀的經(jīng)濟(jì)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(xiàn)：（略）
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