郭靜靜

（榆林職業(yè)技術學院，陜西 榆林 719000）

引 言

榆林作為產鎂大市，2019年榆林市生產金屬鎂50.23萬t，同比增長19.7%，占全國年產量的50%，占全球年產量的40%[1]。榆林原鎂的生產普遍采用皮江法[2]。皮江法屬于熱還原法，該技術簡單，設備成本低，但能耗較高，熱利用率低，同時會產生大量的還原鎂渣。目前對鎂渣的固廢利用還在研究中，使得鎂廠中的鎂渣大量露天堆積，造成大氣污染和土壤污染。

1 鎂渣的應用現(xiàn)狀

金屬鎂是一種比強度和比剛度均高于傳統(tǒng)金屬結構材料的新型有色金屬，是被廣泛應用于航空航天、武器裝備、電子通訊和交通工具的綠色金屬。目前國內金屬鎂的冶煉方法90%以上采用皮江法，該方法屬于硅熱還原法的一種。皮江法煉鎂每產生1t鎂就要有5～6t鎂渣[3]。目前國內鎂渣的應用主要研制新型墻體材料，或作為水泥混合材料比較多[4]。但是對于使用還原鎂渣進行電廠煙氣脫硫應用的較少，皮江法煉鎂還原渣的主要成分是CaO和未完全反應的MgO，而這兩種成分是目前燃煤電廠中廣泛使用的堿性脫硫物質，所以，完全可以將還原鎂渣用于燃煤電廠脫硫中，既能脫除煙氣中的SO2，減少了脫硫的材料費用，又可以消納了一部分還原鎂渣，有助于解決金屬鎂企業(yè)的鎂渣大量堆放帶來的環(huán)境污染問題，為社會的可持續(xù)發(fā)展做貢獻[5]。

2 煙氣濕法脫硫現(xiàn)狀

煙氣脫硫有濕法、半干法、干法脫硫[6]。目前國內大多數(shù)的煙氣采用濕法脫硫，而濕法脫硫技術中石灰石-石膏脫硫技術占絕大多數(shù)，石灰石/石灰—石膏法是技術最成熟、應用最多、運行狀況最穩(wěn)定的方法，其脫硫效率在95%以上[7]。到2019年末，我國火力電廠的煙氣脫硫機組容量約為11～12億kW，其中采用濕式石灰/石灰石—石膏法脫硫工藝占比91%以上[8]。而石灰石的開采會破壞自然植被，煅燒過程造成粉塵污染和CO2排放，據(jù)統(tǒng)計，每噸鎂CO2排放大于10t之多[9]，石灰石作為脫硫劑長期使用會對環(huán)境造成了一定壓力。購買石灰石的費用，對燃煤電廠來說是一筆不少的支出。

3 還原鎂渣在電廠煙氣脫硫中應用的可行性分析

3.1 鎂渣用于電廠脫硫的現(xiàn)有技術

鎂渣用于電廠脫硫的現(xiàn)有技術之一是將鎂渣與其他催化劑混合，然后與煤粉一起進入循環(huán)流化床鍋爐燃燒[10]，實現(xiàn)脫硫，此技術容易造成鍋爐堵塞，且脫硫率低。另一現(xiàn)有技術是將鎂渣與電廠粉煤灰等其他工業(yè)廢渣進行水合，水合過程中的反應不明確，其產物具有不確定性，制備的脫硫劑不具有穩(wěn)定性。

3.2 鎂渣成分檢測

鎂渣樣品取自陜西府谷某鎂生產企業(yè)。剛出爐的鎂渣呈熾熱橢球狀，溫度可達1200℃左右，自然冷卻后變成灰色粉末[5]，經XRD分析，鎂渣樣品成分如表1所示。

表1 鎂渣樣品化學成分組成Table 1 The chemical composition of magnesium slag samples

3.3 鎂渣用于電廠脫硫的可行性分析

從表1分析可知，CaO含量占比50.44%，MgO含量占比11.76%，總和在60%左右，且這兩種氧化物都是常用的堿性脫硫劑。而電廠常用石灰石—石膏濕法脫硫中CaCO3的含量為60%～85%[11]。所以，二者成分比例相當，使用鎂渣來作為燃煤電廠的脫硫劑是可行的。

4 還原鎂渣進行煙氣脫硫的裝置

4.1 結構設計及運行過程

還原鎂渣進行煙氣脫硫的裝置如圖1所示。

圖1 還原鎂渣脫硫裝置Fig.1 The desulfurization device with reduced magnesium slag

圖1中，1-水合反應器；2-鎂渣隔熱儲罐；3-鎂渣下料機；4-啟動加水口；5-煙氣引風機；6-排氣口；7-灰渣泵；8-漿液攪拌器；9-管路。

鎂渣隔熱儲罐中的還原鎂渣經鎂渣下料機送入水合反應器，在漿液攪拌器的作用下，鎂渣與水在水合反應器內制成水合漿液，煙氣（含SO2）由煙氣引風機來鼓入水合反應器，進行脫硫反應，反應完成后脫硫產物通過灰渣泵輸送排出。

4.2 裝置特點

水合反應器上設置有溫度計和壓力表，監(jiān)測反應器內溫度和壓力。水合反應器外部設有保證水溫控制在70±5℃的保溫層，鎂渣隔熱儲罐設有隔熱層。水合反應器容納12 h的投料量并留有使得多數(shù)固體可以停留12～14 h的50%的富余容積。煙氣引風機抽出的是燃煤電廠的煙氣，通過管道上設有防止水或者水合鎂渣漿液流進煙氣引風機的單向閥。

5 還原鎂渣進行煙氣脫硫的試驗方法

將水合反應器通過啟動加水口加入其容積1/2～2/3的水。將還原鎂渣（還原鎂渣是指鎂冶煉廠還原罐排出的1200℃以上的高溫廢棄渣）和水，按照水、還原鎂渣質量比為5∶1～10∶1直接加入水合反應器，水合反應的溫度保持在70±5℃，水合反應的浸取時間為1～2h，攪拌速度為5～30r/min。將燃煤電廠的煙氣（含SO2）從煙氣引風機通入水合反應器進行反應。將反應完成后排出的灰渣經灰渣泵排出。水合反應器及時補充水量，保持水容積恒定，系統(tǒng)連續(xù)進行脫硫反應。其中，水合反應所需的熱量來自還原鎂渣的顯熱，煙氣與水合鎂渣漿液的反應用量體積比為1.5∶1～2∶1，煙氣與水合鎂渣漿液的脫硫反應的溫度為25～40℃，時間為2～3h。采用上述利用還原鎂渣進行煙氣脫硫的方法及其裝置，對煙氣進行脫硫處理，其脫硫效率能夠達到70%～78%。具體試驗方法如下。

5.1 試驗方法1

取鎂冶煉廠還原罐排出1200℃以上的高溫廢棄渣，將水合反應器通過啟動加水口加入其容積1/2的水；高溫還原鎂渣置于鎂渣隔熱儲罐中，利用鎂渣下料機將高溫還原鎂渣按水、渣質量比5∶1直接加入水合反應器，水合溫度保持在75℃時間為1h，漿液攪拌器的攪拌速度為5r/min，得到水合鎂渣漿液。

將燃煤煙氣（含SO2）從煙氣引風機通入水合反應器進行反應，其中，燃煤煙氣與水合鎂渣漿液的反應用量體積比為1.5∶1，脫硫反應的溫度為25℃，時間為3h。將反應完成后排出的灰渣經灰渣泵排出。水合反應器及時補充水量，保持水容積恒定，系統(tǒng)連續(xù)進行脫硫反應。采用此試驗方法的水合鎂渣漿液的脫硫效率能夠達到70%。

5.2 試驗方法2

選取鎂冶煉廠還原罐排出1200℃以上的高溫廢棄渣。將水合反應器通過啟動加水口加入其容積2/3的水；高溫還原鎂渣置于鎂渣隔熱儲罐中，利用鎂渣下料機將高溫還原鎂渣按水、渣質量比10∶1直接加入水合反應器，水合溫度保持在65℃，時間為,2h，漿液攪拌器的攪拌速度為10r/min，得到水合鎂渣漿液；將燃煤煙氣（含SO2）從煙氣引風機通入水合反應器進行反應，其中，燃煤煙氣與水合鎂渣漿液的反應用量體積比為1.8∶1，脫硫反應的溫度為32℃，時間為2.5h。反應完成后排出的灰渣經灰渣泵排出。水合反應器及時補充水量，保持水容積恒定，系統(tǒng)連續(xù)進行脫硫反應。通過實驗，采用此方法的水合鎂渣漿液的脫硫效率能夠達到72%。

5.3 試驗方法3

選取鎂冶煉廠還原罐排出1200℃以上的高溫廢棄渣。將水合反應器通過啟動加水口加入其容積3/5的水；高溫還原鎂渣置于鎂渣隔熱儲罐中，利用鎂渣下料機將高溫還原鎂渣按水、渣質量比5∶1直接加入水合反應器1，水合溫度保持在75℃時間為1.5h，漿液攪拌器的攪拌速度為30r/min，得到水合鎂渣漿液；將燃煤煙氣（含SO2）從煙氣引風機通入水合反應器進行反應，其中，燃煤煙氣與水合鎂渣漿液的反應用量體積比為2∶1，脫硫反應的溫度為40℃，時間為3h。反應完成后排出的灰渣經灰渣泵排出。水合反應器1及時補充水量，保持水容積恒定，系統(tǒng)連續(xù)進行脫硫反應。通過實驗，采用此方法的水合鎂渣漿液的脫硫效率能夠達到78%。

6 結語

本文通過設計還原鎂渣進行煙氣脫硫的實驗裝置，將還原鎂渣應用于煙氣濕法脫硫，可得到如下的效果：

（1）充分驗證了還原鎂渣具有脫硫效果的可行性；

（2）通過實驗設計，最終脫硫效率可達78%；

（3）還原鎂渣作為一種固體廢棄物，多了一種利用途徑；

（4）對新建或已投產運行的電力企業(yè)具有推廣價值和可行性。