氧化鎂脫硫在化工自備鍋爐中的應用

孫鳴（中材科技股份有限公司，江蘇南京210082）

氧化鎂脫硫在化工自備鍋爐中的應用

孫鳴（中材科技股份有限公司，江蘇南京210082）

中國二氧化硫排放總量已居世界第一,其中50%以上的排放來自于燃煤鍋爐排放,濕法脫硫是減少SO2排放的主要手段。氧化鎂脫硫工藝有投資少、運行費用低、設備簡單、無二次污染等特點，本文介紹了該工藝在一臺化工自備鍋爐（75t/h）中的實踐應用，對主要設計參數及運行流程進行了簡單描述。

氧化鎂脫硫；化工自備鍋爐

我國是世界上SO2排放量最大的國家之一，年排放量接近2000萬噸，煤炭占比過高的能源結構是造成SO2排放量過高的主要原因。目前，能源結構無法迅速改變，對燃用煤炭產生的煙氣進行脫硫處理，成為降低SO2排放量的主要途徑。

濕法脫硫技術是應用最廣的煙氣脫硫技術(FGD)。其優點是設備簡單，氣液接觸良好，脫硫效率高，吸收劑利用率高，處理能力大，運行費用較低。根據吸收劑不同，濕法脫硫工藝有石灰石-石膏法、氧化鎂法、鈉法、雙堿法、氨法、海水法等。

其中，氧化鎂脫硫，是一種較為成熟的脫硫工藝，在日本、臺灣、東南亞得到了廣泛應用，但在中國大陸應用實踐較少，特別是中小型鍋爐。本文中介紹了氧化鎂脫硫工藝在一臺化工自備鍋爐煙氣脫硫的應用實例。

1 氧化鎂脫硫的工藝介紹

1.1 反應機理

氧化鎂脫硫機理與氧化鈣脫硫機理相似，都是堿性氧化物與水反應生成氫氧化物，再與二氧化硫等酸性物質反應生成亞硫酸溶液進行酸堿中和反應，氧化鎂反應生成亞硫酸鎂和硫酸鎂，生產的亞硫酸鎂氧化后生成硫酸鎂。

脫硫工程中發生的主要化學反應有：

當對副產物進行強制氧化制MgSO4·7H2O出售時

1.2 主要優點

氧化鎂脫硫工藝，具有效率高、費用低、不易堵塞、運行可靠等特點。

u脫硫效率高

在化學反應活性方面氧化鎂要遠遠大于鈣基脫硫劑，在其它條件相同的情況下氧化鎂的脫硫效率要高于鈣法的脫硫效率。一般情況下氧化鎂的脫硫效率可達到95-98%以上，而石灰石/石膏法的脫硫效率僅達到90-95%左右。

u運行費用低

決定脫硫系統運行費用的主要因素是脫硫劑的費用和電耗的費用。氧化鎂的價格比碳酸鈣高一些，但是脫除同樣SO2等酸性物質，氧化鎂的用量是碳酸鈣的40%；

濕法脫硫的液氣比直接關系到電耗等運行費用，較小的液氣比、循環漿液噴淋量，可大大降低循環泵的運行功率，可以減少很大一部分運行費用。對石灰石石膏工藝而言，液氣比一般都在15L/m3以上，本項目中液氣比僅為5.53 L/m3。

u不易結垢，不會堵塞，運行可靠

氧化鎂脫硫產生的脫硫產物（硫酸鎂）是一種溶解度很大的物質，因此在脫硫反應過程中，不似石灰石石膏工藝會產生結垢或堵塞的問題，能保證整個脫硫系統能夠安全有效的運行，同時漿液PH值控制在6.0-6.5之間，在這種條件下設備腐蝕問題也得到了一定程度的解決?？偟膩碚f，氧化鎂脫硫在實際工程中的運行可靠性很高。

2 工程介紹

2.1 工程概況

本項目建有75t/h鍋爐一臺，需對原有脫硫系統進行技術升級，在進行多輪技術對比后，選擇了氧化鎂脫硫工藝，在進行詳細設計后，脫硫系統主要參數如下：

鍋爐型號最大連續蒸發量單臺鍋爐耗煤量鍋爐排煙最高溫度鍋爐排煙最低溫度鍋爐排煙平均溫度燃用煤收到基硫脫硫設備入口煙氣處理量（工況）脫硫設備入口SO2濃度化學計量比MgO/去除的SO2 SO2脫除率液氣比（工況）氧化鎂（規定品質,≥80%）SOx以SO2表示除霧器出口液滴含量吸收塔型式流向（順流/逆流）空塔流速漿液pH值吸收塔總高度吸收塔直徑吸收塔材質殼體/內襯循環泵流量循環泵揚程噴淋層數單位/ t/h t/h℃℃℃% m3/h mg/Nm3mol/mol % L/m3Kg/h mg/Nm3mg/Nm3/ / m/s / m m / m3/h m層數值UG-75/5.3-M8 75*1.1101501301421.516000015001.05≥97.335.53209.140＜75噴淋塔逆流3.5395.5-628.24碳鋼/玻璃鱗片295 22 3

2.2 工藝流程

2.3 工藝簡述

鍋爐煙氣由引風機送入脫硫塔內，脫硫塔采用空塔結構的方式，塔內布置3層霧化噴淋層，在滿足吸收SO2所需的比表面積的同時，還可滿足不同鍋爐負荷和含硫量的要求，把噴淋造成的壓力損失減少到最小。每個噴淋層都裝有多個霧化噴嘴，交叉布置，噴嘴采用空心錐噴嘴。脫硫塔內噴淋出的霧化Mg (OH)2溶液充分吸收SO2、SO3、HCl和HF等酸性氣體，生成MgSO3等脫硫產物。

在吸收塔頂部設置二級折流板除霧器，利用水膜分離原理實現氣水分離。當帶有液滴的煙氣進入人字形板片構成的狹窄、曲折的通道時，由于流線偏折產生離心力，將液滴分離出來，液滴撞擊板片，部分黏附在板片壁面上形成水膜，緩慢下流，匯聚成較大的液滴落下，從而除去煙氣中懸浮的濕氣和漿液霧滴。另外除霧器配備一套工藝水沖洗設備在一級除霧器前后方和二級除霧器前方設置水沖洗系統，用作除霧器的日常運行沖洗，防止除霧器的堵塞。

脫硫產物落入吸收塔底，在吸收塔底部由曝氣鼓風機鼓入了大量的壓縮空氣，使反應生成的MgSO3強制氧化成MgSO4。同時落入脫硫塔塔底的吸收液經漿液循環泵重新輸送至吸收塔上部噴淋區，繼續與煙氣發生反應。

吸收塔塔底漿液經循環使用后，其中的Cl-濃度將不斷增大，部分煙氣中的懸浮固體如粉塵等在吸收過程被洗滌下來落入吸收塔底，使得粉塵濃度不斷增加，副產物亞硫酸鎂（大部分已氧化為硫酸鎂）、硫酸鎂也逐漸累積。為了確保系統的安全運行及物料、熱量平衡，定期從吸收塔底外排部分循環液。

排出的脫硫產物經多級曝氣、分級沉淀、pH值調整后，可達到廢水三級排放要求直接排放，少量固體殘留物與爐渣一并定期處理，不產生新的二次污染物。

最后凈化后的煙氣從脫硫塔出口，進入煙囪排入大氣。

3 結語

本工程2014年6月開工建設，2014年12月正式投產使用，實際二氧化硫排放濃度長期低于20mg/m3，優于設計及國家排放濃度要求，提前達到目前國內最為嚴格的“超低排放”要求（35mg/m3），各項技術經濟指標達到國內先進水平。

同時，該工程間或層后每年減少SO2排放量1190噸，能有效的減少對當地區域大氣環境的污染，并使企業在發展的同時，對環境的污染降到最低，提升企業社會公眾形象，提高企業的可持續發展能力與競爭力。

本工程是氧化鎂法工藝在化工自備鍋爐的典型應用，具有良好的經濟及社會效益，為該工藝的廣泛應用奠定了基礎。

[1]曹霞，陳秀萍，淺談氫氧化鎂法脫硫技術，《有色冶金設計與研究》，2000年3月，第21卷第1期，47-51.

[2]陳向鋒，劉曉慧，氫氧化鎂在煙氣脫硫中的應用，《海湖鹽與化工》，第35卷第3期，34-36.