我国是世界上SO2排放量最大的国家之一, 年排放量接近2000万吨, 煤炭占比过高的能源结构是造成SO2排放量过高的主要原因。目前, 能源结构无法迅速改变, 对燃用煤炭产生的烟气进行脱硫处理, 成为降低SO2排放量的主要途径。
湿法脱硫技术是应用最广的烟气脱硫技术 ( (FFGGDD) ) 。其优点是设备简单, 气液接触良好, 脱硫效率高, 吸收剂利用率高, 处理能力大, 运行费用较低。根据吸收剂不同, 湿法脱硫工艺有石灰石-石膏法、氧化镁法、钠法、双碱法、氨法、海水法等。
其中, 氧化镁脱硫, 是一种较为成熟的脱硫工艺, 在日本、台湾、东南亚得到了广泛应用, 但在中国大陆应用实践较少, 特别是中小型锅炉。本文中介绍了氧化镁脱硫工艺在一台化工自备锅炉烟气脱硫的应用实例。
氧化镁脱硫机理与氧化钙脱硫机理相似, 都是碱性氧化物与水反应生成氢氧化物, 再与二氧化硫等酸性物质反应生成亚硫酸溶液进行酸碱中和反应, 氧化镁反应生成亚硫酸镁和硫酸镁, 生产的亚硫酸镁氧化后生成硫酸镁。
脱硫工程中发生的主要化学反应有:
当对副产物进行强制氧化制42出售时
氧化镁脱硫工艺, 具有效率高、费用低、不易堵塞、运行可靠等特点。
u脱硫效率高
在化学反应活性方面氧化镁要远远大于钙基脱硫剂, 在其它条件相同的情况下氧化镁的脱硫效率要高于钙法的脱硫效率。一般情况下氧化镁的脱硫效率可达到95-98%以上, 而石灰石/石膏法的脱硫效率仅达到90-95%左右。
u运行费用低
决定脱硫系统运行费用的主要因素是脱硫剂的费用和电耗的费用。氧化镁的价格比碳酸钙高一些, 但是脱除同样SO2等酸性物质, 氧化镁的用量是碳酸钙的40%;
湿法脱硫的液气比直接关系到电耗等运行费用, 较小的液气比、循环浆液喷淋量, 可大大降低循环泵的运行功率, 可以减少很大一部分运行费用。对石灰石石膏工艺而言, 液气比一般都在15L/m3以上, 本项目中液气比仅为5.53 L/m3。
u不易结垢, 不会堵塞, 运行可靠
氧化镁脱硫产生的脱硫产物 (硫酸镁) 是一种溶解度很大的物质, 因此在脱硫反应过程中, 不似石灰石石膏工艺会产生结垢或堵塞的问题, 能保证整个脱硫系统能够安全有效的运行, 同时浆液PH值控制在6.0-6.5之间, 在这种条件下设备腐蚀问题也得到了一定程度的解决。总的来说, 氧化镁脱硫在实际工程中的运行可靠性很高。
本项目建有75t/h锅炉一台, 需对原有脱硫系统进行技术升级, 在进行多轮技术对比后, 选择了氧化镁脱硫工艺, 在进行详细设计后, 脱硫系统主要参数如下:
锅炉烟气由引风机送入脱硫塔内, 脱硫塔采用空塔结构的方式, 塔内布置3层雾化喷淋层, 在满足吸收SO2所需的比表面积的同时, 还可满足不同锅炉负荷和含硫量的要求, 把喷淋造成的压力损失减少到最小。每个喷淋层都装有多个雾化喷嘴, 交叉布置, 喷嘴采用空心锥喷嘴。脱硫塔内喷淋出的雾化Mg (OH) 2溶液充分吸收SO2、SO3、HCl和HF等酸性气体, 生成Mg SO3等脱硫产物。
在吸收塔顶部设置二级折流板除雾器, 利用水膜分离原理实现气水分离。当带有液滴的烟气进入人字形板片构成的狭窄、曲折的通道时, 由于流线偏折产生离心力, 将液滴分离出来, 液滴撞击板片, 部分黏附在板片壁面上形成水膜, 缓慢下流, 汇聚成较大的液滴落下, 从而除去烟气中悬浮的湿气和浆液雾滴。另外除雾器配备一套工艺水冲洗设备在一级除雾器前后方和二级除雾器前方设置水冲洗系统, 用作除雾器的日常运行冲洗, 防止除雾器的堵塞。
脱硫产物落入吸收塔底, 在吸收塔底部由曝气鼓风机鼓入了大量的压缩空气, 使反应生成的Mg SO3强制氧化成Mg SO4。同时落入脱硫塔塔底的吸收液经浆液循环泵重新输送至吸收塔上部喷淋区, 继续与烟气发生反应。
吸收塔塔底浆液经循环使用后, 其中的Cl-浓度将不断增大, 部分烟气中的悬浮固体如粉尘等在吸收过程被洗涤下来落入吸收塔底, 使得粉尘浓度不断增加, 副产物亚硫酸镁 (大部分已氧化为硫酸镁) 、硫酸镁也逐渐累积。为了确保系统的安全运行及物料、热量平衡, 定期从吸收塔底外排部分循环液。
排出的脱硫产物经多级曝气、分级沉淀、p H值调整后, 可达到废水三级排放要求直接排放, 少量固体残留物与炉渣一并定期处理, 不产生新的二次污染物。
最后净化后的烟气从脱硫塔出口, 进入烟囱排入大气。
本工程2014年6月开工建设, 2014年12月正式投产使用, 实际二氧化硫排放浓度长期低于20mg/m3, 优于设计及国家排放浓度要求, 提前达到目前国内最为严格的“超低排放”要求 (35mg/m3) , 各项技术经济指标达到国内先进水平。
同时, 该工程间或层后每年减少SO2排放量1190吨, 能有效的减少对当地区域大气环境的污染, 并使企业在发展的同时, 对环境的污染降到最低, 提升企业社会公众形象, 提高企业的可持续发展能力与竞争力。
本工程是氧化镁法工艺在化工自备锅炉的典型应用, 具有良好的经济及社会效益, 为该工艺的广泛应用奠定了基础。
摘要：中国二氧化硫排放总量已居世界第一, 其中50%以上的排放来自于燃煤锅炉排放, 湿法脱硫是减少SO2排放的主要手段。氧化镁脱硫工艺有投资少、运行费用低、设备简单、无二次污染等特点, 本文介绍了该工艺在一台化工自备锅炉 (75t/h) 中的实践应用, 对主要设计参数及运行流程进行了简单描述。
关键词：氧化镁脱硫,化工自备锅炉
[1] 曹霞, 陈秀萍, 浅谈氢氧化镁法脱硫技术, 《有色冶金设计与研究》, 2000年3月, 第21卷第1期, 47-51.
[2] 陈向锋, 刘晓慧, 氢氧化镁在烟气脱硫中的应用, 《海湖盐与化工》, 第35卷第3期, 34-36.
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