供熱鍋爐氧化鎂法脫硫工程介紹

王道斌

作為國內重點旅游城市之一，大連市于2015年出臺了《大連市人民政府關于實施藍天工程的意見》，計劃投資19.5億元全面淘汰、升級改造燃煤鍋爐，優化能源結構，減少燃煤廢氣排放，多措并舉，綜合治理霧霾。我公司于2016 年7 月承接了大連某公司20t/h 供熱鍋爐氧化鎂法脫硫工程項目，2016 年10 月竣工。作為“藍天工程”的一部分，該項目脫硫技術改造后，SO2和煙塵排放量大幅降低，環境效益、經濟效益顯著。

該項目鍋爐所用的煤種含硫量為0.3%～1%（燃煤煤質見表1，燃煤消耗量見表2），排放煙氣中的SO2含量遠遠超過了允許值。2015 年第三方環保檢測機構的實測數據顯示，排放煙氣中的SO2含量高值達1 800mg/m3（標），而大連市的地方標準為100mg/m3（標），要嚴于國家標準。目前最高標準為超凈排放標準，排放值僅為35mg/m3（標），因此環保改造勢在必行。

表1 項目20t/h鍋爐燃煤煤質分析

表2 項目20t/h鍋爐燃煤消耗量*

1 工藝方案

1.1 脫硫工藝的選擇

本項目脫硫效率要求達95%以上，因此需要選用濕法脫硫工藝。目前國內成熟度最高的兩種濕法脫硫工藝分別是石灰石—石膏法及氧化鎂法。本工程最終選用氧化鎂法脫硫工藝，主要是基于以下幾個因素考量：

（1）原料來源充足

我國氧化鎂的儲量十分豐富，目前已探明的儲量約為160 億噸，占全世界80%左右，主要分布在遼寧、山東、四川、河北等省，其中遼寧省氧化鎂儲量約占總量的84.7%。本項目地處遼寧省內，充足的氧化鎂供應是選用該工藝的重要原因之一。

（2）系統運行可靠

鎂法脫硫相對于鈣法脫硫的最大優勢是系統不會發生設備結垢堵塞問題，氫氧化鎂、硫酸鎂和亞硫酸鎂均易溶于水，可保證整個脫硫系統能夠安全有效地運行。同時，氧化鎂法脫硫pH 值控制在6.0～6.5 之間，在這種條件下設備腐蝕問題也能得到一定程度的緩解。

（3）脫硫效率高

化學反應活性方面，氧化鎂遠遠高于鈣基脫硫劑，并且由于氧化鎂的分子量較碳酸鈣和氧化鈣均小，因此在其他條件相同的情況下，氧化鎂的脫硫效率要高于鈣法脫硫。一般情況下，氧化鎂的脫硫效率可達95%～98%以上，而石灰石—石膏法的脫硫效率為90%～95%左右。

（4）投資費用少

由于氧化鎂法脫硫工藝具有獨特的優越性，在進行吸收塔的結構設計、循環漿液量的計算、設備的功率選型時，都可以減小相應數值。氧化鎂法脫硫系統的投資費用和鈣法脫硫相比，一般可以降低20%以上。

（5）運行費用低

脫硫系統運行費用主要包括脫硫劑的費用和水電氣的消耗費用。氧化鎂的價格比碳酸鈣的價格高，但是脫除同樣的SO2，氧化鎂的用量僅為碳酸鈣的40%。在水電氣消耗方面，液氣比的大小是對整個系統脫硫效率以及運行費用影響最大的因素。對石灰石—石膏系統而言，液氣比一般都在15L/m3以上，而氧化鎂系統可以在7L/m3以下，這樣氧化鎂法脫硫工藝就能節省很大一部分運行費用。同時，氧化鎂法的副產物—硫酸鎂的出售也可以抵消一部分費用。

1.2 氧化鎂濕法脫硫工藝介紹

本項目的具體工藝流程見圖1。

經布袋除塵器凈化后的鍋爐煙氣由引風機進入脫硫塔，塔內煙氣與制漿系統提供的脫硫堿液充分接觸反應，由于塔內提供了良好的氣液接觸條件，氣體中的SO2被堿性液體有效吸收。

漿液是含有MgSO3晶體、MgSO4、少量未反應的氫氧化鎂和少量飛灰等的混合物，在循環地池內進行氧化反應，部分漿液溢流至沉淀地池，再通過泵抽出，經板框式壓濾機壓濾后輸送到指定地點。

1.2.1 堿液制備系統

氧化鎂漿液制備的反應方程式如下：

本系統由堿液制備槽（0.78m3儲罐，5h 加一次氧化鎂，建議采用熟化時間4～5h，純度90%的氧化鎂）、堿液儲槽（1.76m3儲罐）、堿液返料泵、堿液供給泵等設備及設施組成。氧化鎂由工作人員定量加入漿液制備槽內進行消化和配漿，使氧化鎂粉在制備槽內充分溶解，再由漿液返料泵抽到儲液儲槽中。待PLC 反饋的pH 值低于設定值時，將氧化鎂溶液通過堿液供給泵輸送進循環地池。

1.2.2 煙氣系統

原鍋爐引風機因壓力不足進行更換，將引風機的現出口煙道拆除，重新制作引風機出口煙道并與脫硫塔入口處連接，煙道采用Q235優質碳鋼制作，中間適當安裝煙道支架以保證管道的穩定性。

1.2.3 SO2吸收系統

吸收過程發生的主要反應如下：

圖1 脫硫工藝流程

脫硫塔是FGD 系統中的主體設備。煙氣在塔內的流速、停留時間和氣液接觸是否充分及塔的阻力大小等因素，都直接影響對煙氣中的煙塵、二氧化硫的捕集和吸收。由于脫硫塔的直徑比煙道的內徑大，所以塔內煙氣流速變緩，煙氣與制漿系統提供的脫硫堿液充分接觸反應。為了強化捕集及吸收過程，降低設備投資和運行費用，脫硫塔的設計需滿足以下要求：

（1）氣液間有充足的接觸面積和接觸時間；

（2）氣流均勻分布；

（3）操作彈性大，穩定性強；

（4）系統阻力小，能耗低。

塔內設有兩層噴淋、一層托盤、一套除霧器及除霧器清洗裝置。

脫硫塔塔體采用S304不銹鋼材質，按“煙塔合一”設計。塔體段直徑φ2 400mm，高度20m；煙囪段直徑φ1 200mm。煙氣在脫硫塔內空塔流速為2.88m/s，煙氣在塔內停留時間為5s左右。

增設一層不銹鋼托盤層，托盤采用多孔板結構，充分保證了煙氣在塔體內的均勻分布，增加了傳質效率。塔內的噴淋層及除霧器、除霧器清洗裝置也均采用不銹鋼材質，強度高，耐溫性能好，系統運行可靠。

脫硫塔總體阻力損失約1 000Pa，為使脫硫塔噴淋層分布更加合理，兩層噴淋采用交錯排布，以更好地覆蓋塔內煙氣。

除霧器選用優質高效折流板式除霧器，除霧效果好，材質為S316L不銹鋼。

沖洗水由除霧器沖洗水泵（管道泵）提供，同時用于補充循環地池中的水分蒸發損失。

1.2.4 脫硫渣處理系統

循環地池內的脫硫漿液和氧化風機鼓入的空氣進行氧化反應。氧化風機為一用一備，氧化風管為一根主管深入到循環地池底部，地池底部固定一排支管，主管與支管相連，支管上開設有均勻分布的朝上的排氣孔。主管、支管均為S316L不銹鋼材質。

氧化過程的化學反應如下：

脫硫漿液經過強制氧化反應后，部分漿液溢流至沉淀地池，達到一定濃度后再通過板框進料泵抽出，經由板框式壓濾機壓濾成濕渣，脫硫副產物為七水硫酸鎂。

1.2.5 工藝水系統

工藝水系統應滿足FGD 裝置正常運行和事故工況下脫硫工藝系統的用水。

工藝水系統負責向下列設備供水：

（1）吸收塔除霧器沖洗用水；

（2）氧化鎂制漿和循環地池液位調整；

（3）設計中需要的各種其他用水。

1.3 FGD布置

FGD系統的布置需要綜合考慮廠區布置條件、交通運輸和鍋爐房整體美觀和諧的需求，并滿足工藝設計及有利施工安裝、運行維護的需要，合理布局，節省空間。脫硫系統布置外觀見圖2。

2 工程質量及主要技術指標

工程質量標準及規范：執行現行中國標準的規定，并符合地方（大連市）大氣污染物排放標準。

工程驗收條件：SO2排放濃度（脫硫系統前的SO2濃度≤2 000mg/m3（標），氧濃度含量基于6%）≤100mg/m3（標）。

脫硫工程于2016 年11 月進行了考核驗收，排放指標遠遠優于合同規定值。系統運行過程中SO2排放濃度始終＜35mg/m3。脫硫系統的主要技術指標見表3。

3 環境、社會及經濟效益

表4 列出了鍋爐廢氣加裝煙氣脫硫裝置和不加煙氣脫硫裝置時主要空氣污染物的排放情況及由此產生的變化情況。

從表4 可以看出，加裝煙氣脫硫裝置后，本項目排放的SO2和煙塵明顯減少，SO2和煙塵排放濃度也大大降低。

設計煤種每小時SO2的排放量從0.084t/h減少到0.001 47t/h，按設備年利用時間3 600h（供暖周期5個月）計算，每年的SO2排放量可由302.4t/年減少到5.29t/年，比脫硫前每年減少SO2排放297.11t/年，SO2排放濃度（煙囪出口）由2 000mg/m3（標）下降到35mg/m3（標），遠遠優于《鍋爐大氣污染物排放標準》及地方（大連市）大氣污染物排放標準所允許的排放濃度。

粉塵排放濃度由30mg/m3（標）（經過布袋除塵器凈化后）下降到10mg/m3（標）以下，粉塵排放減少3.024t/年，實際排放濃度滿足排放標準要求。

本項目對現有的燃煤鍋爐廢氣進行氧化鎂濕法脫硫技術改造后，二氧化硫和煙塵的排放量大大降低，減輕了該地區SO2和煙塵污染負荷，并達到了控制污染物排放總量的目標，對改善該地區空氣環境質量起到了十分重要的作用，環境效益和社會效益明顯。

經濟效益方面，該項目的反應副產物是硫酸鎂。硫酸鎂在醫藥、農業、食品、化工等很多方面的應用都比較廣泛，市場需求量較大，可以根據用戶的不同要求選擇不同的包裝方式進行成品處理，經濟價值很高。

圖2 脫硫系統布置外觀

表3 項目主要技術指標

表4 本項目主要空氣污染物排放變化表*

4 結語

氧化鎂法脫硫是一種比較適用于中小型鍋爐改造的脫硫工藝，在部分地區，尤其是氧化鎂富集的地區有著極好的市場前景。該工藝脫硫效率高、投資及運行費用低、運行可靠，具有顯著社會環境效益的同時，其副產物也能帶來可觀的經濟效益，值得進一步推廣應用。