增湿灰循环脱硫(NID)技术简介.doc

增湿灰循环脱硫（NID）技术简介 汇龙公司 祝启斌NID(New Integrated Desulfurization System)增湿灰循环脱硫技术是ABB公司开发的一种半干法脱硫技术，我国的浙江菲达公司、武汉凯迪蓝天公司引进了此技术，我公司已安装了山东齐鲁石化乙烯自备电厂2100MW NID FGD系统，而且河南义马电厂4260th立式旋风炉NID FGD系统已经中标。系统是从锅炉的空预器出来的烟气，经一级电除尘器及引风机后，再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。在降温和增湿的条件下，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除尘器收集净化。经过脱硫后除尘器的捕集，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。净化后的烟气比露点温度高15左右，无须再热，经过引风机排入烟囱。控制系统通过调节混合器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，也可用汽车运输等方式送至灰场。传统的干法（半干法）烟气循环流化床脱硫工艺是将水和石灰配制成浓度为3550%的浆液或将水直接喷入烟气中以降低烟气温度，形成必要的反应条件。独特的NID工艺将水均匀分配到循环灰粒子表面，在一体化的增湿器中加水增湿使循环灰的水份含量从2%增加到5%左右，然后以流化风为动力借助烟道负压进入截面为矩形的脱硫反应器。含5%水分的循环灰由于具有极好的流动性，克服了传统的干法（半干法）脱硫工艺可能出现的粘壁问题。NID工艺中，循环物料量比传统的干法（半干法）脱硫工艺大，且水份均匀的分布在循环灰粒子表面，使得大量的脱硫循环灰进入反应器后可形成非常大的蒸发表面积，因此水份蒸发很快，烟气中循环灰的干燥时间大大缩短。烟气温度很快从140左右冷却到70左右，烟气相对湿度则很快增加到4050%，形成了最佳的脱硫反应环境，从而大大缩短了烟气在反应器中所需的停留时间。NID工艺良好的脱硫反应环境，保证了在采用较小尺寸反应器的情况下也能够达到很高的脱硫效率，减少了占地面积和初投资。NID反应器比传统干法烟气脱硫的脱硫塔小很多，这种结构的缩小同时能使烟气的相对湿度充分增加，有利于脱硫反应的进行。由于烟气温度的降低及湿度的增加，使得烟气中的SO2等酸性气体分子更容易在吸收剂的表面冷凝、吸附并离子化，对提高脱硫效率非常有利；另外，由于循环灰颗粒间的剧烈摩擦，使得被钙盐硬壳所覆盖的未反应部分吸收剂重新暴露出来继续参加反应（表面更新作用）。同时，因吸收剂是在混合器中预先混合、增湿并多次循环的，故吸收剂的有效利用率很高；新鲜吸收剂的连续补充和大量脱硫灰的循环，经过增湿混合，使吸收剂在反应器始终维持着较高的有效浓度，这就确保了较高的脱硫效率。 NID技术工艺流程从锅炉来的未处理的热烟气交替通过一级电除尘器进入到NID反应器的过程中，经历了气体分散剂，自由流体接触，飞灰和石灰粉末喷湿等阶段。它的组成物被粉末中的碱性组分快速吸收。与此同时水蒸发使烟气温度到达SO2的最佳吸收温度。气体分布、粉末流速和分布、增湿水量的有效控制确保了SO2最适宜脱除率的最佳条件。处理过的废烟气流经脱硫后除尘器，在这里烟气中的粉尘被脱除。颗粒除尘器出口的烟气由引风机输送到烟囱。收集下来的固体颗粒通过增湿系统再循环到NID系统。漏斗控制粉末掉到残渣斗，以便进一步处理。吸收剂NID系统往往采用生石灰（CaO）或消石灰（Ca(OH)2）作为吸收剂。当石灰消耗量高时，一般采用生石灰作为吸收剂，这是因为同等工效比较，生石灰的重量比消石灰的重量要小得多。当使用消石灰时，就可以去除在石灰消化器内石灰消化的工序。如果使用生石灰，有必要采用石灰消化器。NID工序可以在不同质量的石灰下工作，只要石灰能提供足够的活性CaO。石灰颗粒尺寸应充分小以便于消化。如果颗粒不够小，在消化之前石灰应被粉碎。吸收剂存放在分散的储藏地坑仓中，由地坑仓输送到石灰仓，再送到消化器中。交替的，地坑仓位于消化器附近以便于吸收剂可以直接从地坑进入到消化器。石灰斗装备有不同容量CaO或Ca(OH)2的进料器，这由NIDIC系统控制。从仓斗进料器中投入到消化器或直接混合的CaO或Ca(OH)2的量经过测量，测量信号反馈到NIDIC控制器。吸收剂运行温度/吸收原理NID工艺的原理是利用干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)2Ca(OH)2 + SO2 CaSO31/2H2O + 1/2H2OCa(OH)2 + 2HCl + 2H2O CaCl24H2OCaSO31/2H2O + 3/2H2O + 1/2O2 CaSO42H2OCa(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2OCa(OH)2 + SO3 CaSO4 + H2O送入到NID系统中的水的数量与经过NID反应器进口和出口间气体的温度相关（所谓的“喷射降温”）。喷射降温越大，蒸发的水量越多。一般来说，吸收效率和石灰利用率与离开反应器的相关增湿烟气息息相关。出口温度越靠近水的绝热饱和温度，石灰利用率越高。最终产物的运输工具不受什么限制。最适宜的温度通常在“逼近温度”上下1520度。SO2是烟气中相对“惰性”的组分，反应器出口温度保持在露点附近时（例如更高的相关湿度条件下），单个颗粒在表面保持有更长时间的水膜，这样推进了SO2和Ca(OH)2间的反应。吸收的程度和石灰利用的化学计算可以被优化。SO3和氢化物（HCl，HF等）比SO2酸性更强。在反应条件下，在SO2被吸收的同时它们几乎完全被吸收。在数量适中条件下，酸性氢化物对SO2脱除扮演了援助的角色，因为氢化物的钙盐是具有吸湿特性的，这样使“烘干小液滴”在潮湿条件下保持更长时间，于是加强了由低“逼近温度”得到的最佳条件。 石灰消化原理 ALSTOM/ABB发展了一套NID系统的持续石灰消化装置。石灰消化器为适于混合而专门设计这是NID技术中的关键。其主要优点是整体消除了内在输送。重力流动的作用自动使产物以适宜的数量不间断地进入到增湿混合器中。根据实时监控的烟气中的SO2的浓度，并根据此来控制加入到系统工序中的石灰量。 关于ALSTOM的专利增湿混合器 混合器以一定的比例混合消石灰，循环灰和增湿水，以达到希望的气体出口温度和需要的SO2脱除效率。混合器的设计非常精良，在混合时间很短时也可以混合良好。近120套NID系统的实践经验证明混合器的设计非常关键。 加入的水在粉末颗粒表面形成一层水膜，这样使酸性气体和碱性粉末间的接触面积很大。 关于ALSTOM的NID反应器混合器和反应器的优化综合确保吸收剂在通过烟气输送管横截面时合理分配，避免低于化学计算条件下的分布面积。设计的悬浮流动反应器产生足够的扰动，以保证气体和吸收剂在整个负荷范围内能高效的混合。反应器内粉末和气体的分配对系统工序的顺利运行至关重要。吸收剂和SO2间紧密接触面积大，确保了两者的反应迅速和高效，从而使反应器的体积可以保持在较小的水平。NID系统具有两端卸载系统的特征，这意味着NID反应器中的灰和末端除尘器一样隔一段时间会卸载。两端卸载系统的优点是避免了气体通路的堵塞，这种堵塞情形甚至在扰动工序也时有发生。 与SO2被吸收的同时，存在于炉膛烟气中的少量的SO3在NID系统中基本上被完全吸收，而形成硫酸盐。由于缺乏自由水，伴随湿法系统中经常器出现的酸雾现象几乎消失（这主要由于水滴中高SO3浓度）。NID系统通常不需要任何废气再热体系。脱硫灰的利用和处理再循环粉尘从流化输送槽输送和卸载，然后通过一个大容量的回转阀返回到混合器。多余的粉尘（失去功效的吸收剂和飞灰）通过分散的回转式给料器卸载，送到最终产物处理系统(干出灰系统)。NID系统SO2吸收剂的副产品为一种白色间杂灰色的可以自由流动的粉末，可以作为飞灰处理掉。国外的做法是将这些产物通过密集相传送系统输送到最终产物储存仓。仓中的原料经过一段时间的暂时存储后，作为干粉末卸载，用于铺垫土地或回收。原料根据飞灰含量的多少、当地法律规定和要求，可以作为富含硫的肥料。原料也可以代替砂砾用于道路建设等FGD最终产物化学组成成分随预除尘器脱灰效率，煤中硫含量，SO2脱除率等的改变而不同。下面这张表表示了一种最终产物的典型成分。这种产物是在燃烧含硫1%-5%（含氯0.1%）的煤，烟气高效脱硫，并除去了大部分的飞灰所得。灰与硫的比率将决定副产品中的飞灰比例。主要组分典型数据 (%)飞灰/惰性石灰不包括CaSO365CaSO412Ca(OH)212CaCO36CaCl23H2O(free)2伴随这些主要组分，最终产物中含有微量元素，这是与飞灰和石灰含量相关联的。最终产物中微量元素含量通常比飞灰和土壤中的微量元素要低。归结于浓缩和碱性，可推定最终产物的低可滤性特性。下面这张表给出了微量金属元素的含量范围：微量金属元素FGD 最终产物含量mg/kgCd0.1-5Hg0.1-0.5As1-50Co0.5-60Cr60-100Ni1-100Se3-30Pb10-60NID最终产物的容积密度一般在650到700 kg/m3，随产物中飞灰量的改变而改变。水溶性。副产品的水溶性很小。除了CaCl2以外，不同的组分的水溶性均较差。18-25 oC下的水溶性(g/l H2O)CaSO30.043CaSO4 (as gypsum)2.1Ca(OH)21.5CaCO30.014CaCl2可溶解 在空气条件下，亚硫酸钙在较短时间内缓慢氧化成硫酸钙，与此同时，氢氧化钙吸收空气中的CO2转变成碳酸钙。最终产物则由气力输送装置外送；也可用水力冲灰或汽车运输等方式去灰场。脱硫灰根据当地具体情况，可作以下几方面的综合利用：（1）免烧砖。（2）筑路、矿床回填、平整。（3）码头等的砌筑料。（4）肥料，盐碱地改良。（5）海涂围垦、填埋。（6）水泥混合材和缓凝剂。NID技术的主要特点1 NID技术克服了其他干法（半干法）脱硫工艺脱硫剂消化系统的复杂性及运用中产生的一系列粘结、堵塞、崩塌等严重问题。生石灰消化及增湿的一体化设计不仅对提高脱硫效率十分有利，同时也降低了吸收剂消化系统的投资和维修费用。2利用循环灰携带水份，当水与大量的粉尘接触时，不再呈现水滴的形式，而是在粉尘颗粒的表面形成水膜，在尽可能短的时间内形成温度和湿度适合的理想反应环境。同时也克服了传统半干法活化反应器中可能出现的粘壁问题。3 NID技术的烟气在反应器内停留时间只须1秒左右，可有效降低脱硫反应器高度。4 采用普通压力喷嘴，不需要大量的雾化空气，可节约压缩空气站的投资和运行费用。5 整个装置结构紧凑、占用空间小，运行可靠。装置的负荷适应性好。6 脱硫付产物为干态，系统无污水产生。脱硫渣流动性好。7 对所须吸收剂要求不高，可广泛取得；循环灰的循环倍率可达30150倍，使吸收剂的利用率提高到95%以上。8通过减少反应器的尺寸和占地面积降低以及避免采用复杂的消化制备系统，大大降低了初投资和运行费用。9 无单独CaO消化、输送、存储系统，现场干净，文明生产。10脱硫后烟气不必再加热，可直接排放，脱硫后烟气温度达到7075，高于酸露点15以上，对风机、烟道、烟囱系统无腐蚀。11 脱硫剂要求不高，就地都可解决，价廉易得。12 脱硫效率高，脱硫效率可达92%左右。