1. 前言

NID(Novel Integrated Desulfurization，新型一體化脫硫除塵技術(shù))煙氣脫硫技術(shù)是ALSTOM在傳統(tǒng)干法/半干法脫硫技術(shù)基礎(chǔ)上開發(fā)出來的半干法煙氣脫硫技術(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[1]。2021年7月安德里茨集團(tuán)已與GE Steam Power簽署協(xié)議，收購其部分空氣質(zhì)量控制系統(tǒng)(AQCS)工藝技術(shù)，包括位于瑞典V?xj?的技術(shù)中心,安德里茨收購并接管了工業(yè)除塵、干/半干煙氣處理和工業(yè)洗滌產(chǎn)品組合，其中包括NID煙氣脫硫技術(shù)[2]。

[1]胡赟，朱明倫，張正潔，等. NID 煙氣脫硫反應(yīng)器設(shè)計(jì).環(huán)境工程，2008，26(5)：7-11

[2]https://www.andritz.cn/china-cn/news/安德里茨從GE Steam Power收購部分空氣質(zhì)量控制系統(tǒng) (AQCS) 業(yè)務(wù)

2. NID脫硫脫除技術(shù)介紹

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，同時煙氣的相對濕度大大增加，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)停留時間1秒左右，有效地降低反應(yīng)器的體積。

(4) 整個脫硫裝置結(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)對煙氣中的汞有較好的脫除效果[3]。

[3] 楊立國，段鈺鋒，王運(yùn)軍，等. 新式整體半干法煙氣脫硫技術(shù)的脫汞實(shí)驗(yàn)研究.中國電機(jī)工程學(xué)報，2008，28(2)：66-71

2.4 主要設(shè)備及系統(tǒng)

2.4.1 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反應(yīng)器內(nèi)壁的磨損。

圖2 NID反應(yīng)器

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。

[4] Lorentz Rivelius，High Performance DFGD，ESKOM Scrubber Seminar,2007,April 12th~13th

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，對應(yīng)布袋除塵器每列氣室有一個流化底倉，每個流化倉底部設(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。每個流化底倉都設(shè)置有高高、高、低及低低四個料位開關(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。

[5] Lawrence Gatton. Next Generation NID for PC Market.Coal-Gen conference & Exhibition,2011,Aug.17th ~19th

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)場地靈活調(diào)整每個除塵室的大小，具有很強(qiáng)的場地適應(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性。每個流化底倉設(shè)置數(shù)個進(jìn)風(fēng)口，通往每個模塊的流化風(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

3.隴西索通炭材料項(xiàng)目上的應(yīng)用介紹

3.1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)有限公司合作于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)。

3.2 脫硫系統(tǒng)入口煙氣條件

表1.入口煙氣條件

3.3 煙氣排放指標(biāo)

表2.系統(tǒng)排放指標(biāo)

3.4供貨和設(shè)計(jì)的界區(qū)劃分

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。

3.5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)，吸收劑儲存及上料系統(tǒng)，氣力輸灰及儲存系統(tǒng)，工藝水系統(tǒng)。工藝流程圖如下：

（作者單位：上海環(huán)境工程設(shè)計(jì)研究院有限公司)

編輯：趙凡