氧化镁法烟气脱硫工艺介绍

氧化镁法烟气脱硫工艺介绍1.前言我国是世界上SO2排放量最大的国家之一，年排放量接近2000万吨。其主要原因是煤炭在能源消费结构中所占比例太大。烟气脱硫(FGD)是目前控制SO2污染的重要手段。湿法脱硫是应用最广的烟气脱硫技术。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。根据吸收剂不同，湿法脱硫技术有石灰（石）—石膏法、氧化镁法、钠法、双碱法、氨法、海水法等。氧化镁湿法烟气脱硫技术，以美国化学基础公司（Chemico-Basic）开发的氧化镁浆洗—再生法发展较快，在日本、台湾、东南亚得到了广泛应用。近年，随着烟气脱硫事业的发展，氧化镁湿法脱硫在我国的研究与应用发展很快。2.基本原理氧化镁烟气脱硫的基本原理是用MgO的浆液吸收烟气中的SO2，生成含水亚硫酸镁和硫酸镁。化学原理表述如下：2.1氧化镁浆液的制备MgO（固）+H2O=Mg(HO)2（固）Mg(HO)2（固）+H2O=Mg(HO)2（浆液）＋H2OMg(HO)2（浆液）＝Mg2+＋2HO－2.2SO2的吸收SO2（气）+H2O=H2SO3H2SO3→H++HSO3-HSO3-→H++SO32-Mg2++SO32-+3H2O→MgSO3•3H2OMg2++SO32-+6H2O→MgSO3•6H2OMg2++SO32-+7H2O→MgSO3•7H2OSO2+MgSO3•6H2O→Mg(HSO3)2+5H2OMg(OH)2+SO2→MgSO3+H2OMgSO3+H2O+SO2→Mg(HSO3)2Mg(HSO3)2+Mg(OH)2+10H2O→2MgSO3•6H2O2.3脱硫产物氧化MgSO3+1/2O2+7H2O→MgSO4•7H2OMgSO3+1/2O2→MgSO43.工艺流程整个脱硫工艺系统主要可分为三大部分：脱硫剂制备系统、脱硫吸收系统、脱硫副产物处理系统。图1为氧化镁湿法脱硫的工艺流程图。3.1脱硫剂制备系统脱硫剂制备系统的搅拌、输送设备均为标准设备，系统设计和工程应用有成熟的理论成果和可靠的实践经验，为一般性问题。该工艺以外购的轻烧MgO粉为脱硫剂，脱硫用轻烧MgO的基本理化指标如下：纯度：氧化镁含量≥80%粒度：250目筛90%通过烧失量：3-8%符合要求的MgO粉为白色细粉，用专用粉体罐装车供至脱硫剂储仓内。MgO经螺旋给料机送至熟化罐，用温水（可从电厂冷却塔引用）消化处理。再由脱硫剂输送泵打入脱硫剂浆液罐，产生Mg(OH)2乳浊液经脱硫剂供给泵送入脱硫吸收塔。MgO消化反应的效果与水温及熟化罐的搅拌强度和搅拌时间有关。3.2脱硫吸收系统3.2.1脱硫塔结构脱硫塔是烟气脱硫工艺系统中的关键设备。由于进入脱硫系统的烟气仍含有少量粉尘，脱硫剂也含有杂质（如硅、钙盐等），如果采用板式塔、填料塔等塔型，长期运行难免会出现结垢堵塞现象，所以该工艺宜采用多级喷淋塔。工艺中烟气进入吸收塔，自下而上流动，脱硫剂自上而下喷射。特殊设计的喷咀组，保证反应中的剧烈气液逆流接触，充分传质、传热反应，确保脱硫效率高于90%。使用经验证明，特殊设计制造的喷咀可以确保雾化均匀，又不会结垢、堵塞，耐磨性极好。3.2.2吸收液循环喷淋系统在塔内经充分气液接触、传质反应的脱硫浆液中含MgSO3、MgSO4及未反应完全的Mg(OH)2等物质。这些未完全反应的脱硫剂浆液经循环泵再次循环喷淋，与烟气多次反应，使整个反应的当量比接近于1。如增加喷淋量，可以进一步提高脱硫效率。经多次循环的脱硫浆液，pH值下降，MgSO3、MgSO4含量逐渐增加，脱硫能力逐渐降低。最终当pH值下降到某一特定数值时，脱硫剂浆液阀将打开，开始补充脱硫剂。而脱硫能力逐渐降低的混合浆液将在其浓度达到设定数值后外排。3.2.3烟气系统脱硫塔内与吸收浆液传质反应后的烟气，在排出吸收塔之前，经除雾器除去所带细微液滴。除雾器为特殊设计的波纹板，其上下装有自动控制的反冲洗喷嘴，以适时冲洗掉附在波纹板上的水膜，避免二次夹带，提高除雾效率。经过湿法工艺脱硫后的烟气温度在酸露点以下。若不经过再加热而直接排入烟囱，则容易形成酸雾，腐蚀烟道和烟囱，也不利于烟气扩散。所以系统有必要配置烟气再加热系统将烟气再热升温至露点以上后排放。回转式烟气热交换器（GGH）是最常用的烟气换热装置。它是利用洗涤脱硫前的高温烟气来加热脱硫后的清洁烟气，不需外加其它热源，结构紧凑。为降低烟气脱硫系统的一次性投资，也可以考虑利用一定比例的不进行脱硫处理的锅炉原烟气来掺混加热脱硫后的低温湿烟气，至酸露点以上，而不配置换热器。但这样会牺牲系统的脱硫效率。3.3脱硫废液和副产物处理系统从脱硫塔内排出的失去脱硫能力的料浆中，脱硫副产物为含有MgSO3、少量MgSO4及其它杂质（主要来源于烟气中的烟尘及氧化镁脱硫剂中的杂质）的物料体系。其处理方法可以分为抛弃法和回收法。抛弃法流程简单，基本没有二次污染。回收法则可以使脱硫产物得到商业利用，抵消相当一部分运行成本，实现绿色循环经济。4.副产物处理4.1抛弃法MgO脱硫初级反应生成物中，以MgSO3为主，占约60-80%，MgSO3微溶于水，常温下，在水中溶解度约0.8g/100gH2O，而且不如MgSO4稳定。因此，抛弃工艺设曝气氧化池，通过鼓风使产物中的MgSO3氧化为MgSO4。MgSO4是一种稳定的化学物质，有很高的可溶性，其溶解度约为MgSO3的100倍。我国现行污水排放标准体系中，对MgSO4、MgSO3、SO42-、SO32-、Mg2+排放浓度和总量均未作明确规定。因此脱硫后的副产物浆液沉淀后排入电厂灰场或污水处理管网，对污水处理工艺基本不产生影响，不会对环境造成污染，其排放是安全的。4.2回收法MgO烟气脱硫副产物有较高的商业利用价值。根据用途不同，有几种成熟的回收工艺可供用户选用。4.2.1农用镁肥脱硫产物中的MgSO4、MgSO3都是很好的农用镁肥，经过浓缩、脱水后制成含水率10%以下的饼状产物，可以直接运往农田做镁肥。4.2.2制取高纯度MgSO4MgSO4是一种用途广泛的化工原料，可应用于建材、医药、食品等行业。将脱硫产物曝气氧化，洗涤过滤制得硫酸镁溶液，再结晶提取高纯度固体硫酸镁，经济效益更为明显。4.2.3用作造纸纸浆软化剂用稀MgSO3溶液作为纸浆软化剂是我国传统造纸工艺之一。锦州、天津等地均有纸厂采用此种工艺，MgSO3耗量很大。将脱硫产物用作纸浆软化剂也会产生理想的回报。5.我国的氧化镁资源状况MgO是菱镁矿石中的主要成分。菱镁矿的化学分子式是MgCO3，理论MgO含量为47.81%。菱镁矿被加热至700-1000OC时，可得到轻烧镁，又称苛性镁、α-镁；在1400-1800OC煅烧时，可获得重烧镁，又称死烧镁、β-镁。轻烧镁即是用于烟气脱硫的氧化镁。我国的菱镁矿资源极为丰富，产量和储量居世界首位。据权威部门预测，全国资源总量约为84亿吨，主要产于辽宁、山东、四川、新疆、。已探明最大的菱镁矿分布在辽宁大石桥(已探明地质储量25.3亿吨，是世界四大镁矿之一，被誉为“中国镁都”)、海城和岫岩。山东最大的氧化镁生产基地是莱州市。我国MgO出口量占世界市场总量近一半，且品位较高，完全可以满足烟气脱硫的要求。因此，在我国发展氧化镁烟气脱硫技术具有独特的资源优势和可靠的资源保障。