[原创]浅谈湿法脱硫技术——氧化镁法

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浅谈湿法脱硫技术——氧化镁法
近年来，我国实行了大气污染物的总量控制和排放浓度控制相结合的政策，加大了大气污染的冶理力度，实行了更严格的大气污染排放标准和排硫排尘的收费制度，使得湿法脱硫除尘技术在我国得到迅速的发展，现已取得长足的进步，技术上也逐渐趋于成熟。
湿法烟气脱硫技术特别适用于大、中型工业锅炉烟气的脱硫除尘，并且还具有设备简单、易操作、脱硫率高等优点，其中用得最多的是石灰石－石膏法，它主要以技术成熟、适用煤种广、脱硫率高、脱硫剂来源广等优点，现已成为我国重点提倡的一种湿法脱硫方法，但在实践中，存在着结垢堵塞、腐蚀、废液处理等问题，而要彻底解决这些问题则是改进湿式钙法脱硫技术的核心一环。
结垢主要包括以下几种类型：碳酸盐结垢、亚硫酸盐结垢、硫酸盐结垢。国内电厂大量运行实践表明，前两种结垢通常可以通过将pH值保持在9以下而得到控制。然而对于硫酸盐结垢，目前还难以得到有效控制。
由于钙法脱硫产生的硫酸钙结垢严重，而镁法脱硫产生的硫酸镁水溶性好，不易结垢，且可综合利用生产化肥或再生为氧化镁循环使用，所以发达国家早就开始用镁法脱硫逐渐取代钙法脱硫。1968年，美国在华盛顿地区开展镁法脱硫的研究。1978年美国建成并投产了世界上第一套商业运行的2台350兆瓦机组的镁法烟气脱硫装置。随后镁法脱硫在美国普及开来。经过30多年的商业运行实践证明，镁法脱硫技术成熟可靠，脱硫效率高，副产品可以综合利用，显示了越来越大的优越性。有资料显示，目前美国、欧洲、日本火电厂80%的机组容量均采用镁法脱硫，中国台湾电厂的95%机组容量也是采用镁法脱硫。
但镁法脱硫也有一个缺陷，那就是镁盐价格较高。发达国家和地区脱硫所用的镁盐一直是大量从中国进口，脱硫是氢氧化镁在这些国家的第一大市场。美国、加拿大、墨西哥、欧洲和日本的环保脱硫用氢氧化镁的消费量，分别占其总消费量的60%、49%、44%、86.5%和61%。
国内电厂脱硫发展较晚，由于政策一刀切的原因，国内脱硫一上就全面铺开，工程量很大，又缺乏相应的技术政策门槛，使得不少资质较差甚至没有资质的企业也纷纷进入脱硫市场。这些厂家为获取项目，不顾质量，恶意降价，造成国内脱硫技术装备水平较低，而价格较高但好用的镁脱硫剂在国内自然就难以打开市场了。
镁法的整个工艺流程可以分为副产品制硫酸和制七水硫酸镁两种，以下分别将工艺叙述以下：
(一)制硫酸从锅炉出来的烟气烟温大都在140℃以上，里面含有大量的二氧化碳、灰尘和二氧化硫，同时也包括氢氟酸、氢氯酸和三氧化硫等酸性气体。烟气首先进入除尘系统，通过静电除尘器或者布袋除尘器将99%以上的灰尘收集下来作为建筑材料出售给水泥厂等相关企业，既能增加企业收益又能避免因为尘粒而堵塞喷头降低脱硫效率。经除尘后的烟气从脱硫塔底部进入脱硫反应塔，在脱硫塔烟气入口处设有喷水降温的装置，将烟气的温度降到比较适于SO2发生化学反应，在烟气进口上方装有一层旋流板，目的是减缓烟气流速增加反应时间以及达到烟气在塔内均匀分布的效果。在旋流板的上面有三层喷头不断的喷淋脱硫剂浆液，与从下而上的烟气进行逆向接触，充分的进行反应。
为了减少设备的结构堵塞问题以及减小塔内压力损失过大保证烟气畅通，塔体内不设任何支撑或检修架。经洗涤后的烟气湿度比较大，需要对它进行脱水处理，一般是在吸收塔内喷淋层的上方安装两层除雾器。同时在除雾器的上面又安装了自动工艺水冲洗系统以便及时处理运行一段时间后除雾器上面的积灰。从脱硫塔内出来的烟气温度一般在55~60℃左右，并且烟气中仍含有少许水分，直接排放容易造成风机带水腐蚀风机叶片和烟囱。
因此，在风机前面通过加热将烟气温度提高后再进行排放，这样就能避免风机的烟囱的腐蚀。为了保证在脱硫塔内设备检修时不影响锅炉的正常运行，增加一旁路系统，通过挡板门控制烟气的走向，用于保护脱硫系统，同时也不会对锅炉的运行产生任何不利的影响。对于氧化镁来说，在吸收塔内与二氧化硫反应后变成亚硫酸镁，部分被烟气中的氧气氧化变成硫酸镁。混合浆液通过脱水和干燥工序除去固体的表面水分和结晶水。干燥后的亚硫酸镁和硫酸镁经再生工序内对其焙烧，使其分解，可得到氧化镁，同时析出二氧化硫。焙烧的温度对氧化镁的性质影响很大，适合氧化镁再生的焙烧温度为660~870℃。当温度超过1200℃时，氧化镁就会被烧结，不能再作为脱硫剂使用。焙烧炉排气中的二氧化硫浓度为10~16%，经除尘后可以用于制造硫酸，再生后的氧化镁重新循环用于脱硫。
1、烟气系统烟气系统是指包括预除尘器、旁路、烟气升温装置和烟囱在内的若干处理烟气的体系。在该系统内烟气经过除尘降温处理将从锅炉出来的烟气调整到比较适宜的反应条件，同时在设备出现故障或系统运行不正常时烟气可从旁路通过，保证整个电厂系统的正常运行，烟气升温的目的是为了降低烟气的含水率，利于从烟囱排出的烟气能够尽快扩散。
2、浆液制备系统外购氧化镁粒径如果符合脱硫要求，不需要粉碎可以直接进入消化装置制成浓度在15~25%的浆液，然后通过浆液输送泵送至吸收塔内，完成脱硫目的。
3、SO2吸收系统吸收塔是SO2吸收的主要场所，材质大都采用普通钢结构另加防腐层，塔底是浆液池，塔的中间是喷淋层，上面是除雾器。浆液在塔内不断的进行循环，当浆液浓度达到一定的程度时就通过浆液输出泵排到浆液处理系统中去。
4、浆液处理系统从吸收塔内出来的浆液主要是亚硫酸镁和硫酸镁溶液，在要求对氧化镁再生时首先应该将溶液提纯，然后进行浓缩、干燥，干燥后的亚硫酸镁在850℃下，存在碳的情况下煅烧重新生成氧化镁和二氧化硫，煅烧生成的氧化镁再返回吸收系统，收集到纯度较高的二氧化硫气体被送入硫酸装置制硫酸。
(二)制七水硫酸镁该工艺与上述工艺相差不大，只是在脱硫剂浆液的处理方式上有所不同。在脱硫塔内二氧化硫和氢氧化镁反应之后生成的亚硫酸镁进入吸收塔底浆液池，由鼓风机往浆液池强制送风，氧化成硫酸镁。含硫酸镁的水连续循环使用于脱硫过程，当循环水中硫酸镁浓度达到一定条件后由泵打入集水池内，接着送至硫酸镁脱杂系统。脱硫污水经脱杂设备去除杂质之后，硫酸镁溶液经浓缩设备结晶出七水硫酸镁。回收的七水硫酸镁经干燥后包装贮仓，水从七水硫酸镁( MgSO4?7H2O)分离回收后输送到脱硫塔循环使用。与上一过程相比，所不同的地方主要是
1、吸收系统为了提高硫酸镁的纯度在吸收塔的浆液槽内需要加强制氧化，因此吸收塔的结构与再生氧化镁的塔体结构就有所不同，氧化的同时需要不停的搅拌，动力消耗也会相应提高。
2、增加了除杂系统在吸收塔出来的浆液含有很多杂质，会影响硫酸镁的品质，因此需要增加除杂系统对硫酸镁溶液进行提纯。
3、浓缩系统提纯后的硫酸镁溶液需要进行浓缩，将溶液制成高浓度的浓溶液，然后再除去多余的水分将硫酸镁溶液转化成带七个结晶水的硫酸镁，最后可以根据用户的不同要求选择不同的包装方式进行成品处理就可以了。
(三)抛弃法很多情况下，用户企业自身的实际情况不允许对脱硫副产物进行处理，尤其是中小型锅炉的脱硫，由于规模小，副产品发生量也小，大多采用抛弃法。抛弃法的烟气系统、吸收剂制备系统、SO2吸收系统和烟气再热装置与上面两种方式基本相同，所不同的是将反应后的浆液经过固液分离后回收大部分水并将固体抛弃。抛弃法可以大大减少系统的投资费用，工序也简单了很多，同时也可以避免设备结垢、管路堵塞等一系列问题，后序部分的动力消耗也可以省去，只是脱硫剂的消耗费用较高，废弃固体处理起来较麻烦，但集中处理后不会造成二次污染。
四、结论通过上述分析，氧化镁脱硫是在理论上可行在实际应用中得到充分验证的一种比较适合新老锅炉改造的脱硫方式，在部分地区特别是富产氧化镁的地区有着很好的市场前景。由于该方式对脱硫剂循环使用并且副产物也能够带来一定的经济效益，同时又避免了大型湿法的诸多缺点，因此氧化镁脱硫技术将会逐步得到更广泛的应用。