氧化鎂法脫硫技術的應用
目前脫硫市場上應用較為成熟的煙氣脫硫技術有20多種，各種不同的脫硫方式都有其獨特的優(yōu)點，因此在選擇脫硫工藝時應結合當?shù)氐膶嶋H情況來統(tǒng)籌考慮。其中氧化鎂法濕式煙氣脫硫技術就是比較經(jīng)濟實用并且具有良好市場前景的一種脫硫方式。
一、氧化鎂脫硫工藝的技術特點
1、技術成熟
氧化鎂脫硫技術是一種成熟度僅次于鈣法的脫硫工藝，氧化鎂脫硫工藝在世界各地都有非常多的應用業(yè)績，其中在日本已經(jīng)應用了100多個項目，臺灣的電站95%是用氧化鎂法，另外在美國、德國等地都已經(jīng)應用，并且目前在我國部分地區(qū)已經(jīng)有了應用的業(yè)績。
2、原料來源充足
在我國氧化鎂的儲量十分可觀，目前已探明的氧化鎂儲藏量約為160億噸,占全世界的80%左右。其資源主要分布在遼寧、山東、四川、河北等省，其中遼寧占總量的84.7%，其次是山東萊州，占總量的10%，其它主要是在河北邢臺大河，四川干洛巖岱、漢源，甘肅肅北、別蓋等地。因此氧化鎂完全能夠作為脫硫劑應用于電廠的脫硫系統(tǒng)中去。
3、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，并且由于氧化鎂的分子量較碳酸鈣和氧化鈣都比較小。因此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。
4、投資費用少
由于氧化鎂作為脫硫本身有其獨特的優(yōu)越性，因此在吸收塔的結構設計、循環(huán)漿液量的大小、系統(tǒng)的整體規(guī)模、設備的功率都可以相應較小，這樣一來，整個脫硫系統(tǒng)的投資費用可以降低20%以上。
5、運行費用低
決定脫硫系統(tǒng)運行費用的主要因素是脫硫劑的消耗費用和水電汽的消耗費用。氧化鎂的價格比氧化鈣的價格高一些，但是脫除同樣的SO2氧化鎂的用量是碳酸鈣的40%；水電汽等動力消耗方面，液氣比是一個十分重要的因素，它直接關系到整個系統(tǒng)的脫硫效率以及系統(tǒng)的運行費用。對石灰石石膏系統(tǒng)而言，液氣比一般都在15L/m3以上，而氧化鎂在5 L/m3以下，這樣氧化鎂法脫硫工藝就能節(jié)省很大一部分費用。同時氧化鎂法副產(chǎn)物的出售又能抵消很大一部分費用。
6、運行可靠
鎂法脫硫相對于鈣法的最大優(yōu)勢是系統(tǒng)不會發(fā)生設備結垢堵塞問題，能保證整個脫硫系統(tǒng)能夠安全有效的運行，同時鎂法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。總的來說，鎂法脫硫在實際工程中的安全性能擁有非常有力的保證。
7、綜合效益高
由于鎂法脫硫的反應產(chǎn)物是亞硫酸鎂和硫酸鎂，綜合利用價值很高。一方面我們可以進行強制氧化全部生成硫酸鎂，然后再經(jīng)過濃縮、提純生成七水硫酸鎂進行出售，另一方面也可以直接煅燒生成純度較高二氧化硫氣體來制硫酸。
8、副產(chǎn)物利用前景廣闊
我們知道硫酸被稱為“化學工業(yè)之母”，二氧化硫是生產(chǎn)硫酸的原料。我國是一個硫資源相對缺乏的國家，硫磺的年進口量超過500萬噸，折合二氧化硫750萬噸。另外硫酸鎂在食品、化工、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)等很多方面應用都比較廣，市場需求量也比較大。鎂法脫硫充分利用了現(xiàn)有資源，推動了循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展。
9、無二次污染
常見的濕法脫硫工藝里面，不可避免的存在著二次污染的問題。對于氧化鎂脫硫技術而言，對于后續(xù)處理較為完善，對SO2進行再生，解決了二次污染的問題。
二、氧化鎂法脫硫的反應機理
氧化鎂的脫硫機理與氧化鈣的脫硫機理相似，都是堿性氧化物與水反應生成氫氧化物，再與二氧化硫溶于水生成的亞硫酸溶液進行酸堿中和反應，氧化鎂反應生成的亞硫酸鎂和硫酸鎂再經(jīng)過回收SO2后進行重復利用或者將其強制氧化全部轉化成硫酸鹽制成七水硫酸鎂。
脫硫過程中發(fā)生的主要化學反應有：
MgO ＋ H2O = Mg(OH)2
Mg(OH)2 ＋ SO2 =MgSO3 ＋H2O
MgSO3＋H2O+SO2 = Mg(HSO3)2
MgSO3＋1/2O2 = MgSO4
氧化鎂再生階段發(fā)生的主要反應有：
MgSO3 →MgO＋SO2
MgSO4→MgO＋SO3
Mg(HSO3)2→MgO＋H2O＋2SO2
SO2＋1/2O2→SO3
SO3＋H2O→H2SO4
當對副產(chǎn)物進行強制氧化制MgSO4·7H2O出售時：
MgSO3＋1/2O2→MgSO4
MgSO4＋7H2O→MgSO4·7H2O
三、氧化鎂法脫硫工藝的流程簡介
目前已經(jīng)商業(yè)化運行的濕法脫硫工藝中氧化鎂脫硫技術是一種前景較好的脫硫技術，該工藝較為成熟，投資少，結構簡單，安全性能好，并且能夠減少二次污染，脫硫劑循環(huán)利用，降低了脫硫成本，能夠帶來一定的經(jīng)濟效益。相對于鈣法脫硫而言，避免了簡易濕法存在著的一系列的問題，比如管路堵塞、煙溫過低、煙氣帶水和存在二次水污染等等；同時與較為完整的石灰石/石膏法，占地面積小，運行費用低，投資額大幅減小，綜合經(jīng)濟效益得到很大的提高。鎂法的整個工藝流程可以分為副產(chǎn)品制硫酸和制七水硫酸鎂兩種，以下分別將工藝敘述以下：
（一）制硫酸
從鍋爐出來的煙氣煙溫大都在140℃以上，里面含有大量的二氧化碳、灰塵和二氧化硫，同時也包括氫氟酸、氫氯酸和三氧化硫等酸性氣體。煙氣首先進入除塵系統(tǒng)，通過靜電除塵器或者布袋除塵器將99%以上的灰塵收集下來作為建筑材料出售給水泥廠等相關企業(yè)，既能增加企業(yè)收益又能避免因為塵粒而堵塞噴頭降低脫硫效率。
經(jīng)除塵后的煙氣從脫硫塔底部進入脫硫反應塔，在脫硫塔煙氣入口處設有噴水降溫的裝置，將煙氣的溫度降到比較適于SO2發(fā)生化學反應，在煙氣進口上方裝有一層旋流板，目的是減緩煙氣流速增加反應時間以及達到煙氣在塔內(nèi)均勻分布的效果。在旋流板的上面有三層噴頭不斷的噴淋脫硫劑漿液，與從下而上的煙氣進行逆向接觸，充分的進行反應。為了減少設備的結構堵塞問題以及減小塔內(nèi)壓力損失過大保證煙氣暢通，塔體內(nèi)不設任何支撐或檢修架。經(jīng)洗滌后的煙氣濕度比較大，需要對它進行脫水處理，一般是在吸收塔內(nèi)噴淋層的上方安裝兩層除霧器。同時在除霧器的上面又安裝了自動工藝水沖洗系統(tǒng)以便及時處理運行一段時間后除霧器上面的積灰。
從脫硫塔內(nèi)出來的煙氣溫度一般在55~60℃左右，并且煙氣中仍含有少許水分，直接排放容易造成風機帶水腐蝕風機葉片和煙囪。因此，在風機前面通過加熱將煙氣溫度提高后再進行排放，這樣就能避免風機的煙囪的腐蝕。
為了保證在脫硫塔內(nèi)設備檢修時不影響鍋爐的正常運行，增加一旁路系統(tǒng)，通過擋板門控制煙氣的走向，用于保護脫硫系統(tǒng)，同時也不會對鍋爐的運行產(chǎn)生任何不利的影響。
對于氧化鎂來說，在吸收塔內(nèi)與二氧化硫反應后變成亞硫酸鎂，部分被煙氣中的氧氣氧化變成硫酸鎂；旌蠞{液通過脫水和干燥工序除去固體的表面水分和結晶水。
干燥后的亞硫酸鎂和硫酸鎂經(jīng)再生工序內(nèi)對其焙燒，使其分解，可得到氧化鎂，同時析出二氧化硫。焙燒的溫度對氧化鎂的性質影響很大，適合氧化鎂再生的焙燒溫度為660~870℃。當溫度超過1200℃時，氧化鎂就會被燒結，不能再作為脫硫劑使用。
焙燒爐排氣中的二氧化硫濃度為10~16%，經(jīng)除塵后可以用于制造硫酸，再生后的氧化鎂重新循環(huán)用于脫硫。
1、煙氣系統(tǒng)
煙氣系統(tǒng)是指包括預除塵器、旁路、煙氣升溫裝置和煙囪在內(nèi)的若干處理煙氣的體系。
在該系統(tǒng)內(nèi)煙氣經(jīng)過除塵降溫處理將從鍋爐出來的煙氣調整到比較適宜的反應條件，同時在設備出現(xiàn)故障或系統(tǒng)運行不正常時煙氣可從旁路通過，保證整個電廠系統(tǒng)的正常運行，煙氣升溫的目的是為了降低煙氣的含水率，利于從煙囪排出的煙氣能夠盡快擴散。
2、漿液制備系統(tǒng)
外購氧化鎂粒徑如果符合脫硫要求，不需要粉碎可以直接進入消化裝置制成濃度在15~25%的漿液，然后通過漿液輸送泵送至吸收塔內(nèi)，完成脫硫目的。
3、SO2吸收系統(tǒng)
吸收塔是SO2吸收的主要場所，材質大都采用普通鋼結構另加防腐層，塔底是漿液池，塔的中間是噴淋層，上面是除霧器。漿液在塔內(nèi)不斷的進行循環(huán)，當漿液濃度達到一定的程度時就通過漿液輸出泵排到漿液處理系統(tǒng)中去。
4、漿液處理系統(tǒng)
從吸收塔內(nèi)出來的漿液主要是亞硫酸鎂和硫酸鎂溶液，在要求對氧化鎂再生時首先應該將溶液提純，然后進行濃縮、干燥，干燥后的亞硫酸鎂在850℃下，存在碳的情況下煅燒重新生成氧化鎂和二氧化硫，煅燒生成的氧化鎂再返回吸收系統(tǒng)，收集到純度較高的二氧化硫氣體被送入硫酸裝置制硫酸。
（二）制七水硫酸鎂
該工藝與上述工藝相差不大，只是在脫硫劑漿液的處理方式上有所不同。在脫硫塔內(nèi)二氧化硫和氫氧化鎂反應之后生成的亞硫酸鎂進入吸收塔底漿液池，由鼓風機往漿液池強制送風，氧化成硫酸鎂。含硫酸鎂的水連續(xù)循環(huán)使用于脫硫過程，當循環(huán)水中硫酸鎂濃度達到一定條件后由泵打入集水池內(nèi)，接著送至硫酸鎂脫雜系統(tǒng)。脫硫污水經(jīng)脫雜設備去除雜質之后，硫酸鎂溶液經(jīng)濃縮設備結晶出七水硫酸鎂。回收的七水硫酸鎂經(jīng)干燥后包裝貯倉，水從七水硫酸鎂（ MgSO4·7H2O）分離回收后輸送到脫硫塔循環(huán)使用。
與上一過程相比，所不同的地方主要是
1、吸收系統(tǒng)
為了提高硫酸鎂的純度在吸收塔的漿液槽內(nèi)需要加強制氧化，因此吸收塔的結構與再生氧化鎂的塔體結構就有所不同，氧化的同時需要不停的攪拌，動力消耗也會相應提高。
2、增加了除雜系統(tǒng)
在吸收塔出來的漿液含有很多雜質，會影響硫酸鎂的品質，因此需要增加除雜系統(tǒng)對硫酸鎂溶液進行提純。
3、濃縮系統(tǒng)
提純后的硫酸鎂溶液需要進行濃縮，將溶液制成高濃度的濃溶液，然后再除去多余的水分將硫酸鎂溶液轉化成帶七個結晶水的硫酸鎂，最后可以根據(jù)用戶的不同要求選擇不同的包裝方式進行成品處理就可以了。
(三)拋棄法
很多情況下，用戶企業(yè)自身的實際情況不允許對脫硫副產(chǎn)物進行處理，尤其是中小型鍋爐的脫硫，由于規(guī)模小，副產(chǎn)品發(fā)生量也小，大多采用拋棄法。拋棄法的煙氣系統(tǒng)、吸收劑制備系統(tǒng)、SO2吸收系統(tǒng)和煙氣再熱裝置與上面兩種方式基本相同，所不同的是將反應后的漿液經(jīng)過固液分離后回收大部分水并將固體拋棄。
拋棄法可以大大減少系統(tǒng)的投資費用，工序也簡單了很多，同時也可以避免設備結垢、管路堵塞等一系列問題，后序部分的動力消耗也可以省去，只是脫硫劑的消耗費用較高，廢棄固體處理起來較麻煩，但集中處理后不會造成二次污染。
四、結論
通過上述分析，氧化鎂脫硫是在理論上可行在實際應用中得到充分驗證的一種比較適合新老鍋爐改造的脫硫方式，在部分地區(qū)特別是富產(chǎn)氧化鎂的地區(qū)有著很好的市場前景。由于該方式對脫硫劑循環(huán)使用并且副產(chǎn)物也能夠帶來一定的經(jīng)濟效益，同時又避免了大型濕法的諸多缺點，因此氧化鎂脫硫技術將會逐步得到更廣泛的應用。
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