氧化鎂法同石灰石法煙氣脫硫的比選

孫江穎(北京國電龍源環(huán)保工程有限公司，北京 100010)

0 引言

在眾多的煙氣脫硫工藝中，濕法脫硫工藝以其設(shè)備體積小、操作簡單、高效而得到非常高的關(guān)注。在國外，研究人員對濕法脫硫工藝的研究頗多，這其中以德日美三國研究最多。目前工業(yè)中應(yīng)用到的都是些技術(shù)較為成熟的脫硫工藝，就這些工藝本體而言，其原理大同小異，但因為各自的優(yōu)缺點(diǎn)，導(dǎo)致了應(yīng)用場景的不同。為了相關(guān)人員更好的掌握這些脫硫工藝的優(yōu)缺點(diǎn)，以便在最合適的環(huán)境中使用最合適的脫硫工藝，本文以濕式氧化鎂法和濕式石灰石-石膏法為例，比較和分析二者的工藝。

1 濕式氧化鎂法脫硫工藝介紹

濕式氧化鎂法脫硫工藝從上世界八十年代開始研究，發(fā)展至今，技術(shù)相對成熟，在日本，有100多個項目應(yīng)用了濕式氧化鎂法脫硫工藝，美國、德國也均有150MW機(jī)組應(yīng)用了濕式氧化鎂法脫硫工藝，并且，有更多應(yīng)用了濕式氧化鎂法脫硫工藝的項目正在建設(shè)之中。

1.1 工藝原理

濕式氧化鎂法作為一種集先進(jìn)、高效、經(jīng)濟(jì)于一體的脫硫工藝，其主要原理是使用氫氧化鎂作為脫硫劑進(jìn)行脫硫，氫氧化鎂是由氧化鎂經(jīng)熟化反應(yīng)后得到，主要工藝過程如下所示。

熟化反應(yīng)：由氧化鎂和水反應(yīng)生成氫氧化鎂，化學(xué)式如下所示。

其中水需要加到氫氧化鎂固體變?yōu)橐后w，成為氫氧化鎂漿液。此時，煙氣中的SO2與氫氧化鎂反應(yīng)，生成亞硫酸鎂和硫酸鎂，主要反應(yīng)化學(xué)式如下所示。

將這些含有硫酸鹽的漿液經(jīng)過離心機(jī)、回轉(zhuǎn)干燥窯進(jìn)行脫水和干燥，除去結(jié)晶水后可以得到MgSO3、MgSO4、MgO，MgO又可重新使用，然后再煅燒MgSO3、MgSO4使之分解。為了還原硫酸鎂，在緞燒爐內(nèi)添加少量焦炭，使硫酸鹽和亞硫酸鹽分解成高濃度的SO2氣體和MgO。MgO經(jīng)水合后又成為Mg(OH)2，可繼續(xù)作為吸收液循環(huán)使用。而高濃度的SO2氣體可用于制取硫酸或硫黃。濕式氧化鎂法脫硫工藝及各階段副產(chǎn)物利用原理如圖1所示。

圖1 濕式氧化鎂法脫硫工藝及各階段副產(chǎn)物利用原理

1.2 工藝特點(diǎn)

(1)采用濕式氧化鎂法脫硫工藝的項目，其設(shè)備不存在結(jié)垢、堵塞等問題，這使得整個項目的運(yùn)行更加安全、有效。

(2)根據(jù)反應(yīng)特性，吸收塔內(nèi)的pH值應(yīng)控制在6～7，在這種環(huán)境下，設(shè)備的腐蝕程度有了很好的保障。

(3)反應(yīng)產(chǎn)生的副產(chǎn)物均有極高的應(yīng)用價值。MgO經(jīng)水合后又可作為脫硫劑使用，高濃度的SO2氣體又可作為制取硫酸和硫磺的原材料，MgSO3又是造紙行業(yè)中不可缺少的原料，MgSO3、MgSO4均可制造含鎂肥料，水處理工藝中的絮凝劑也離開不MgSO3、MgSO4。這些副產(chǎn)物的處理難度非常低，無形中降低了濕式氧化鎂法脫硫工藝的運(yùn)行難度。

(4)作為制取脫硫劑Mg(OH)2原材料的MgO，其自身是一種無毒、安全的存在于自然界(以方鎂石形式存在于自然界)的物品，當(dāng)前我國已探明的氧化鎂儲量就已經(jīng)達(dá)到了160億t，儲量占全球的八成。而Mg(OH)2溶液又被稱為“綠色安全脫硫劑”，因此更加貼近環(huán)保理念。

(5)濕式氧化鎂法脫硫工藝所需設(shè)備不多，工藝也不復(fù)雜，因此所需空間不大，安裝施工時間較短，且后續(xù)的調(diào)試、維護(hù)難度也較低，減少了投產(chǎn)后的運(yùn)維成本。

(6)SO2氣體經(jīng)Mg(OH)2漿液后生成MgSO3、MgSO4，因MgSO3、MgSO4的溶解度相對較高，因此漿液吸收SO2氣體后，MgSO3、MgSO4是以硫酸鹽和亞硫酸鹽的形式存在于漿液中，因此，吸收了SO2氣體的漿液無需任何操作也不會發(fā)生結(jié)垢等問題，運(yùn)行簡易。

(7)鎂基脫硫劑相對于鈣基脫硫劑來說，其脫硫能力數(shù)十倍于后者，對不同濃度的SOx氣體均可有效去除，去除率高達(dá)95%。

2 濕式石灰石-石膏法脫硫工藝介紹

濕式石灰石-石膏法脫硫工藝從上世紀(jì)五十年代就開始研究了，相比濕式氧化鎂法脫硫工藝早了近三十年，發(fā)展至今，其工藝已相當(dāng)成熟。全球范圍內(nèi)有8成以上的脫硫項目采用了濕式石灰石-石膏法。

2.1 工藝原理

由鍋爐引風(fēng)機(jī)來的熱煙氣經(jīng)脫硫風(fēng)機(jī)升壓后，進(jìn)入噴淋吸收塔進(jìn)行脫硫。在吸收塔內(nèi)，煙氣與石灰石漿液逆流接觸，煙氣中的SO2和SO3與漿液中的石灰石反應(yīng)，形成亞硫酸鈣和硫酸鈣，煙氣中的HCl、HF也與漿液中的石灰石反應(yīng)而被吸收。脫硫后的飽和煙氣經(jīng)吸收塔頂部除霧器除去夾帶的霧滴后排入煙囪。氧化空氣風(fēng)機(jī)將空氣鼓入吸收塔漿池(持液槽)，將亞硫酸鈣氧化成硫酸鈣，過飽和的硫酸鈣溶液結(jié)晶生成石膏(CaSO4·2H2O)。產(chǎn)生的石膏漿液通過石膏漿液排出泵連續(xù)抽出，視吸收塔漿池的液位高低決定將石膏漿液送至石膏水力旋流器進(jìn)行脫水或?qū){液送回吸收塔，其反應(yīng)式如下所示。

工藝流程示意如圖2所示。

圖2 工藝流程示意

2.2 工藝特點(diǎn)

(1)效率高。濕式石灰石-石膏法脫硫工藝脫除SOx氣體的效率很高，能達(dá)到95%以上，因此在全球范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用，并且鈣的利用率也能達(dá)到90%以上，利用率也是極高的。

(2)原料廉價。此工藝采用價格低廉的石灰石作為脫硫劑原料，在各地均有較高的儲量，甚至部分地區(qū)可以做到就地取材。

(3)副產(chǎn)品可利用性高。此工藝的副產(chǎn)品是二水石膏，經(jīng)脫水后具有較高的利用價值。

(4)對煤炭品質(zhì)無要求。由圖2可知，采用此工藝的吸收塔是在煙道的最末尾，因此吸收塔的運(yùn)行不會對鍋爐產(chǎn)生影響，相反，鍋爐燃燒煤的品質(zhì)高低，也不會影響到吸收塔的運(yùn)行。

(5)單機(jī)處理能力強(qiáng)大，常用于大型鍋爐煙氣脫硫系統(tǒng)中。

3 氧化鎂法同石灰石-石膏濕式脫硫工藝比較

脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用主要由脫硫劑、工藝水、廢水處理和轉(zhuǎn)動設(shè)備消耗電能產(chǎn)生，其中耗電是整個脫硫系統(tǒng)中費(fèi)用消耗占比最高的，能占到6～7成。下面以1臺600MW燃煤機(jī)組采用2種脫硫工藝所產(chǎn)生的詳細(xì)參數(shù)及費(fèi)用進(jìn)行對比，設(shè)SO2氣體平均進(jìn)口濃度為2200mg/Nm3，年運(yùn)行時間為5000h，脫除效率按95%計算，氧化鎂580元/t，石灰石38元/t，水0.2元/t，電0.54元/t，參數(shù)如表1所示，費(fèi)用如表2所示。

表1 主要參數(shù)對比

表2 運(yùn)行費(fèi)用對比 單位：萬元/年

4 結(jié)語

(1) 氧化鎂法同石灰石-石膏濕式脫硫工藝中所需要的原材料在我國的儲藏量十分豐富，盛產(chǎn)這種原材料的地區(qū)，此2種脫硫工藝可大力推廣。

(2) 此2種脫硫工藝均會產(chǎn)生有用的副產(chǎn)品，應(yīng)與需要石膏和硫酸、硫磺的企業(yè)積極建立聯(lián)系，做到物盡其用。

(3) 脫硫工藝不僅局限于這2種，應(yīng)根據(jù)工作環(huán)境合理選擇脫硫工藝。

(4) 石灰石-石膏濕式脫硫工藝中存在著CO2排放、廢石膏的處理、耗水量巨大、結(jié)垢等問題，氧化鎂法也存在CO2排放、耗水量巨大等問題。隨著未來環(huán)境的發(fā)展，無二次污染的脫硫工藝必將成為發(fā)展趨勢。