孫江穎(北京國電龍源環保工程有限公司，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備體積小、操作簡單、高效而得到非常高的關注。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。目前工業中應用到的都是些技術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，但因為各自的優缺點，導致了應用場景的不同。為了相關人員更好的掌握這些脫硫工藝的優缺點，以便在最合適的環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，發展至今，技術相對成熟，在日本，有100多個項目應用了濕式氧化鎂法脫硫工藝，美國、德國也均有150MW機組應用了濕式氧化鎂法脫硫工藝，并且，有更多應用了濕式氧化鎂法脫硫工藝的項目正在建設之中。

1.1 工藝原理

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

熟化反應：由氧化鎂和水反應生成氫氧化鎂，化學式如下所示。

其中水需要加到氫氧化鎂固體變為液體，成為氫氧化鎂漿液。此時，煙氣中的SO2與氫氧化鎂反應，生成亞硫酸鎂和硫酸鎂，主要反應化學式如下所示。

將這些含有硫酸鹽的漿液經過離心機、回轉干燥窯進行脫水和干燥，除去結晶水后可以得到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經水合后又成為Mg(OH)2，可繼續作為吸收液循環使用。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物利用原理

1.2 工藝特點

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

(2)根據反應特性，吸收塔內的pH值應控制在6～7，在這種環境下，設備的腐蝕程度有了很好的保障。

(3)反應產生的副產物均有極高的應用價值。MgO經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，當前我國已探明的氧化鎂儲量就已經達到了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”，因此更加貼近環保理念。

(5)濕式氧化鎂法脫硫工藝所需設備不多，工藝也不復雜，因此所需空間不大，安裝施工時間較短，且后續的調試、維護難度也較低，減少了投產后的運維成本。

(6)SO2氣體經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生結垢等問題，運行簡易。

(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，發展至今，其工藝已相當成熟。全球范圍內有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

由鍋爐引風機來的熱煙氣經脫硫風機升壓后，進入噴淋吸收塔進行脫硫。在吸收塔內，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，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而被吸收。脫硫后的飽和煙氣經吸收塔頂部除霧器除去夾帶的霧滴后排入煙囪。氧化空氣風機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晶生成石膏(CaSO4·2H2O)。產生的石膏漿液通過石膏漿液排出泵連續抽出，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行脫水或將漿液送回吸收塔，其反應式如下所示。

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

(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，能達到95%以上，因此在全球范圍內得到了廣泛的應用，并且鈣的利用率也能達到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，甚至部分地區可以做到就地取材。

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

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

(5)單機處理能力強大，常用于大型鍋爐煙氣脫硫系統中。

3 氧化鎂法同石灰石-石膏濕式脫硫工藝比較

脫硫系統的運行費用主要由脫硫劑、工藝水、廢水處理和轉動設備消耗電能產生，其中耗電是整個脫硫系統中費用消耗占比最高的，能占到6～7成。下面以1臺600MW燃煤機組采用2種脫硫工藝所產生的詳細參數及費用進行對比，設SO2氣體平均進口濃度為2200mg/Nm3，年運行時間為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，參數如表1所示，費用如表2所示。

表1 主要參數對比

表2 運行費用對比 單位：萬元/年

4 結語

(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，盛產這種原材料的地區，此2種脫硫工藝可大力推廣。

(2) 此2種脫硫工藝均會產生有用的副產品，應與需要石膏和硫酸、硫磺的企業積極建立聯系，做到物盡其用。

(3) 脫硫工藝不僅局限于這2種，應根據工作環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。隨著未來環境的發展，無二次污染的脫硫工藝必將成為發展趨勢。