孫江穎(北京國電龍源環(huán)保工程有限公司，北京 100010)

0 引言

在眾多的煙氣脫硫工藝中，濕法脫硫工藝以其設(shè)備體積小、操作簡單、高效而得到非常高的關(guān)注。在國外，研究人員對濕法脫硫工藝的研究頗多，這其中以德日美三國研究最多。目前工業(yè)中應(yīng)用到的都是些技術(shù)較為成熟的脫硫工藝，就這些工藝本體而言，其原理大同小異，但因為各自的優(yōu)缺點，導(dǎo)致了應(yīng)用場景的不同。為了相關(guān)人員更好的掌握這些脫硫工藝的優(yōu)缺點，以便在最合適的環(huán)境中使用最合適的脫硫工藝，本文以濕式氧化鎂法和濕式石灰石-石膏法為例，比較和分析二者的工藝。

1 濕式氧化鎂法脫硫工藝介紹

濕式氧化鎂法脫硫工藝從上世界八十年代開始研究，發(fā)展至今，技術(shù)相對成熟，在日本，有100多個項目應(yīng)用了濕式氧化鎂法脫硫工藝，美國、德國也均有150MW機組應(yīng)用了濕式氧化鎂法脫硫工藝，并且，有更多應(yīng)用了濕式氧化鎂法脫硫工藝的項目正在建設(shè)之中。

1.1 工藝原理

濕式氧化鎂法作為一種集先進、高效、經(jīng)濟于一體的脫硫工藝，其主要原理是使用氫氧化鎂作為脫硫劑進行脫硫，氫氧化鎂是由氧化鎂經(jīng)熟化反應(yīng)后得到，主要工藝過程如下所示。

熟化反應(yīng)：由氧化鎂和水反應(yīng)生成氫氧化鎂，化學(xué)式如下所示。

其中水需要加到氫氧化鎂固體變?yōu)橐后w，成為氫氧化鎂漿液。此時，煙氣中的SO2與氫氧化鎂反應(yīng)，生成亞硫酸鎂和硫酸鎂，主要反應(yīng)化學(xué)式如下所示。

將這些含有硫酸鹽的漿液經(jīng)過離心機、回轉(zhuǎn)干燥窯進行脫水和干燥，除去結(jié)晶水后可以得到MgSO3、MgSO4、MgO，MgO又可重新使用，然后再煅燒MgSO3、MgSO4使之分解。為了還原硫酸鎂，在緞燒爐內(nèi)添加少量焦炭，使硫酸鹽和亞硫酸鹽分解成高濃度的SO2氣體和MgO。MgO經(jīng)水合后又成為Mg(OH)2，可繼續(xù)作為吸收液循環(huán)使用。而高濃度的SO2氣體可用于制取硫酸或硫黃。濕式氧化鎂法脫硫工藝及各階段副產(chǎn)物利用原理如圖1所示。

圖1 濕式氧化鎂法脫硫工藝及各階段副產(chǎn)物利用原理

1.2 工藝特點

(1)采用濕式氧化鎂法脫硫工藝的項目，其設(shè)備不存在結(jié)垢、堵塞等問題，這使得整個項目的運行更加安全、有效。

(2)根據(jù)反應(yīng)特性，吸收塔內(nèi)的pH值應(yīng)控制在6～7，在這種環(huán)境下，設(shè)備的腐蝕程度有了很好的保障。

(3)反應(yīng)產(chǎn)生的副產(chǎn)物均有極高的應(yīng)用價值。MgO經(jīng)水合后又可作為脫硫劑使用，高濃度的SO2氣體又可作為制取硫酸和硫磺的原材料，MgSO3又是造紙行業(yè)中不可缺少的原料，MgSO3、MgSO4均可制造含鎂肥料，水處理工藝中的絮凝劑也離開不MgSO3、MgSO4。這些副產(chǎn)物的處理難度非常低，無形中降低了濕式氧化鎂法脫硫工藝的運行難度。

(4)作為制取脫硫劑Mg(OH)2原材料的MgO，其自身是一種無毒、安全的存在于自然界(以方鎂石形式存在于自然界)的物品，當(dāng)前我國已探明的氧化鎂儲量就已經(jīng)達到了160億t，儲量占全球的八成。而Mg(OH)2溶液又被稱為“綠色安全脫硫劑”，因此更加貼近環(huán)保理念。

(5)濕式氧化鎂法脫硫工藝所需設(shè)備不多，工藝也不復(fù)雜，因此所需空間不大，安裝施工時間較短，且后續(xù)的調(diào)試、維護難度也較低，減少了投產(chǎn)后的運維成本。

(6)SO2氣體經(jīng)Mg(OH)2漿液后生成MgSO3、MgSO4，因MgSO3、MgSO4的溶解度相對較高，因此漿液吸收SO2氣體后，MgSO3、MgSO4是以硫酸鹽和亞硫酸鹽的形式存在于漿液中，因此，吸收了SO2氣體的漿液無需任何操作也不會發(fā)生結(jié)垢等問題，運行簡易。

(7)鎂基脫硫劑相對于鈣基脫硫劑來說，其脫硫能力數(shù)十倍于后者，對不同濃度的SOx氣體均可有效去除，去除率高達95%。

2 濕式石灰石-石膏法脫硫工藝介紹

濕式石灰石-石膏法脫硫工藝從上世紀(jì)五十年代就開始研究了，相比濕式氧化鎂法脫硫工藝早了近三十年，發(fā)展至今，其工藝已相當(dāng)成熟。全球范圍內(nèi)有8成以上的脫硫項目采用了濕式石灰石-石膏法。

2.1 工藝原理

由鍋爐引風(fēng)機來的熱煙氣經(jīng)脫硫風(fēng)機升壓后，進入噴淋吸收塔進行脫硫。在吸收塔內(nèi)，煙氣與石灰石漿液逆流接觸，煙氣中的SO2和SO3與漿液中的石灰石反應(yīng)，形成亞硫酸鈣和硫酸鈣，煙氣中的HCl、HF也與漿液中的石灰石反應(yīng)而被吸收。脫硫后的飽和煙氣經(jīng)吸收塔頂部除霧器除去夾帶的霧滴后排入煙囪。氧化空氣風(fēng)機將空氣鼓入吸收塔漿池(持液槽)，將亞硫酸鈣氧化成硫酸鈣，過飽和的硫酸鈣溶液結(jié)晶生成石膏(CaSO4·2H2O)。產(chǎn)生的石膏漿液通過石膏漿液排出泵連續(xù)抽出，視吸收塔漿池的液位高低決定將石膏漿液送至石膏水力旋流器進行脫水或?qū){液送回吸收塔，其反應(yīng)式如下所示。

工藝流程示意如圖2所示。

圖2 工藝流程示意

2.2 工藝特點

(1)效率高。濕式石灰石-石膏法脫硫工藝脫除SOx氣體的效率很高，能達到95%以上，因此在全球范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用，并且鈣的利用率也能達到90%以上，利用率也是極高的。

(2)原料廉價。此工藝采用價格低廉的石灰石作為脫硫劑原料，在各地均有較高的儲量，甚至部分地區(qū)可以做到就地取材。

(3)副產(chǎn)品可利用性高。此工藝的副產(chǎn)品是二水石膏，經(jīng)脫水后具有較高的利用價值。

(4)對煤炭品質(zhì)無要求。由圖2可知，采用此工藝的吸收塔是在煙道的最末尾，因此吸收塔的運行不會對鍋爐產(chǎn)生影響，相反，鍋爐燃燒煤的品質(zhì)高低，也不會影響到吸收塔的運行。

(5)單機處理能力強大，常用于大型鍋爐煙氣脫硫系統(tǒng)中。

3 氧化鎂法同石灰石-石膏濕式脫硫工藝比較

脫硫系統(tǒng)的運行費用主要由脫硫劑、工藝水、廢水處理和轉(zhuǎn)動設(shè)備消耗電能產(chǎn)生，其中耗電是整個脫硫系統(tǒng)中費用消耗占比最高的，能占到6～7成。下面以1臺600MW燃煤機組采用2種脫硫工藝所產(chǎn)生的詳細參數(shù)及費用進行對比，設(shè)SO2氣體平均進口濃度為2200mg/Nm3，年運行時間為5000h，脫除效率按95%計算，氧化鎂580元/t，石灰石38元/t，水0.2元/t，電0.54元/t，參數(shù)如表1所示，費用如表2所示。

表1 主要參數(shù)對比

表2 運行費用對比 單位：萬元/年

4 結(jié)語

(1) 氧化鎂法同石灰石-石膏濕式脫硫工藝中所需要的原材料在我國的儲藏量十分豐富，盛產(chǎn)這種原材料的地區(qū)，此2種脫硫工藝可大力推廣。

(2) 此2種脫硫工藝均會產(chǎn)生有用的副產(chǎn)品，應(yīng)與需要石膏和硫酸、硫磺的企業(yè)積極建立聯(lián)系，做到物盡其用。

(3) 脫硫工藝不僅局限于這2種，應(yīng)根據(jù)工作環(huán)境合理選擇脫硫工藝。

(4) 石灰石-石膏濕式脫硫工藝中存在著CO2排放、廢石膏的處理、耗水量巨大、結(jié)垢等問題，氧化鎂法也存在CO2排放、耗水量巨大等問題。隨著未來環(huán)境的發(fā)展，無二次污染的脫硫工藝必將成為發(fā)展趨勢。