氧化镁湿法烟气脱硫

1.氧化镁工艺系统配置简单,设备数量少,初期投资低。
2.维护简易,从系统中排出的MgSO4在水中有较高的可溶解性,因此不会出现结垢问题。
3.由于设备数量少,所以电能耗低。
4.化镁作为反应吸收剂操作起来简易且安全。
5.氢氧化镁法不会产生结冰现象,操作比较简单。而且,药品单价便宜,当量反应,使用量少,运行成本低。


氧化镁法系统工艺流程流程图大唐鲁北发电有限责任公司刘祥坤:

二氧化硫排放是造成大气污染及酸雨不断加剧的主要原因,我国一直高度重视对二氧化硫排放的控制。《国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》中提出,到2010年我国二氧化硫排放总量要削减10%。在关注脱硫的同时,国家制定了推动循环经济发展等策略,并加强了对二次污染的控制。国家发改委、国家原环保总局联合发布的《现有燃煤电厂二氧化硫治理“十一五”规划》中提出,“加快烟气脱硫新技术、新工艺的研发和示范试点,推动烟气脱硫副产品综合利用”,“对脱硫关键设备和脱硫副产品综合利用继续给予减免税优惠”等政策。2011年是我国“十二五”的开局之年, “十二五”期间国家对环境保护和节能减排也提出了更高、更严的要求。
1 氧化镁法烟气脱硫基本原理
氧化镁湿法脱硫工艺是以氧化镁(MgO)为原料,经熟化生成具有一定浓度的氢氧化镁(Mg(OH)2)浆液,作为脱硫剂的一种湿法脱硫工艺,是一种先进、高效、经济的脱硫技术。
氧化镁的脱硫原理如下:
1)熟化反应:MgO + H2O → Mg(OH)2
在熟化罐中进行熟化,制成氢氧化镁浆液为脱硫剂。
2)吸收反应:喷淋吸收塔内二氧化硫(SO2)气体和少量SO3气体与(Mg(OH)2): SO2 + Mg(OH)2 + 2H2O → MgSO3·3H2O SO2 + Mg(OH)2 + 5H2O → MgSO3·6H2O SO2 + Mg(OH)2 + 6H2O → MgSO4·7H2O
循环浆液中的MgSO3 在酸性条件下与SO2进一步反应:
SO2+ MgSO3·3H2O → Mg(HSO3)2+2H2O SO2+ MgSO3·6H2O → Mg(HSO3)2+5H2O 浆液中的Mg(OH)2又与Mg(HSO3)2反应:
Mg(OH)2 + Mg(HSO3)2+4H2O →2MgSO3·6H2O Mg(OH)2 + Mg(HSO3)2+H2O →2MgSO3·3H2O 生成以亚硫酸镁(MgSO3)为主的副产品。 3)氧化反应:
在烟气中氧气作用下,部分MgSO3被氧化: 2MgSO3 + O2 → 2MgSO4
因此,脱硫反应的直接副产物是三水和六水的亚硫酸镁,而由于烟气中存在氧气(O2),在一定条件先将MgSO3氧化成MgSO4。MgSO4主要以七水结晶水形态,溶解度约为30%。
影响氧化速率的因素主要有含O2量,SO2浓度,pH值,温度,停留时间等。对于氧化镁来说,在吸收塔内与二氧化硫反应后变成亚硫酸镁,部分被烟气中的氧气氧化变成硫酸镁。混合浆液通过脱水和干燥工序除去固体的表面水分和结晶水。干燥后的亚硫酸镁和硫酸镁经再生工序内对其焙烧,使其分解,可得到氧化镁,同时析出二氧化硫。焙烧的温度对氧化镁的性质影响很大,适合氧化镁再生的焙烧温度为660~870℃。当温度超过1200℃时,氧化镁就会被烧结,不能再作为脱硫剂使用。焙烧炉排气中的二氧化硫浓度为10~16%,经除尘后可以用于制造硫酸,再生后的氧化镁重新循环用于脱硫。
2 鲁北公司氧化镁法烟气脱硫系统构成及工艺流程简介
FGD系统主要由脱硫剂氢氧化镁浆液制备系统、烟气系统、SO2吸收系统、吸收塔排空系统、脱硫副产品浆液输送和脱水系统、工业水系统、废水处理系统、热控系统、电气系统及杂用和仪用压缩空气系统等组成。其它还有检修、起吊、消防等设备。
烟气中SOx的去除和亚硫酸镁的生成在吸收塔内完成。吸收塔由4个区域组成,从上到下依次为:除雾器区、喷淋区、气液接触区和浆液池区。在除雾器区,布置有两层除雾器,通过吸收后的净烟气经位于吸收塔上部的两级除雾器排出。布置除雾器的主要目的是去除烟气中的微小雾滴。烟气中的小雾滴具有酸性,能腐蚀烟道和烟囱,所以需要去除。在喷淋区布置有3层喷淋层,每层有喷淋母管、喷淋支管和喷嘴组成。浆液通过喷嘴成雾状喷出,使浆液充分与烟气接触,产生化学反应。循环泵把吸收塔浆池中的浆液输送至喷淋层上面的喷淋层只布置与烟气逆流的喷嘴,其余喷淋层均布置有顺流和逆流两层喷嘴。SOx进入喷淋浆液,并与之反应。烟气中的硫化物溶解于浆液中,生成亚硫酸盐和硫酸盐。部分新鲜的脱硫剂浆液由浆液泵管道直接加入塔中,在喷淋过程中进行充分的脱硫反应,增加了脱硫效率。
从喷淋母管中心到浆液池液面,这个区域是气液接触区。烟气往上走,浆液往下喷淋,完成工艺转换反应。
结晶区位于吸收塔浆池下部。在结晶区,逐渐形成大的易于浓缩池分离的亚硫酸镁晶体。结晶过程要求浆液中固体含量在可大到150g/L,同时在浆池中要有足够的停留时间。新的浆液,通过控制系统调节加入的浆液量在此区域加入,以保持吸收剂的活性。亚硫酸镁浆液通过浆液排浆泵输送至脱硫副产品处理区的浓缩池进行副产品处理,浆液排浆泵的吸入口位于吸收塔浆液池区下部。喷淋浆液在吸收塔中更新,通过吸收塔循环泵输送至喷淋层。通常情况下,2台循环泵同时运行1台备用,这取决于未处理烟气量及烟气中SO2的含量。
3 氧化镁法烟气脱硫技术的应用与特点
镁法脱硫工艺在日本和美国已分别有多台机组运行业绩。该工艺适用于各种硫量煤种的烟气脱硫,脱硫效率可达到95%以上。氧化镁粉作为吸收剂能更有效地去除烟气中的SO2,无结垢问题,并且氧化镁法脱硫工艺对脱硫剂的质量要求没有石灰石/石膏法高,液气比相对石灰石可减少2/3左右。循环泵的电能消耗可大大降低。华能辛店电厂镁法脱硫工程如期竣工并一次性顺利通过168小时试运行。脱硫效率大于95%,可高达99%。脱硫系统运行稳定,厂用电率小于1%。同时脱硫副产品的品质合格,受到华能集团、辛店电厂及监理单位的好评。
3.1技术成熟

氧化镁脱硫技术是一种成熟度仅次于钙法的脱硫工艺,氧化镁脱硫工艺在世界各地都有非常多的应用业绩,其中在日本已经应用了100多个项目,台湾的电站95%是用氧化镁法,另外在美国、德国等地都已经应用,并且目前在我国部分地区已经有了应用的业绩。
3.2原料来源充足
在我国氧化镁的储量十分可观,目前已探明的氧化镁储藏量约为160亿吨,占全世界的80%左右。其资源主要在辽宁,氧化镁完全能够作为脱硫剂应用于电厂的脱硫系统中去。鲁北电厂脱硫所用的氧化镁就是辽宁营口大石桥地区所产。
3.3 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,并且由于氧化镁的分子量较碳酸钙和氧化钙都比较小。因此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。
3.4投资费用少
由于氧化镁作为脱硫本身有其独特的优越性,因此在吸收塔的结构设计、循环浆液量的大小、系统的整体规模、设备的功率都可以相应较小,这样一来,整个脱硫系统的投资费用可以降低20%以上。
3.5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消耗费用和水电汽的消耗费用。氧化镁的价格比氧化钙的价格高一些,但是脱除同样的SO2氧化镁的用量是碳酸钙的40%;水电汽等动力消耗方面,液气比是一个十分重要的因素,它直接关系到整个系统的脱硫效率以及系统的运行费用。对石灰石石膏系统而言,液气比一般都在15L/m3以上,而氧化镁在5 L/m3以下,这样氧化镁法脱硫工艺就能节省很大一部分费用。同时氧化镁法副产物的出售又能抵消很大一部分费用。
3.6运行可靠
镁法脱硫相对于钙法的优势是系统不会发生设备结垢堵塞问题,能保证整个脱硫系统能够安全有效的运行,同时镁法pH值控制在5.5~6.5之间,密度控制在1.1~1.3,液位控制在3.3~3.8米之间,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,镁法脱硫在实际工程中的安全性能拥有非常有力的保证。
3.7综合效益高
由于镁法脱硫的反应产物是亚硫酸镁和硫酸镁,综合利用价值很高。一方面我们可以进行强制氧化全部生成硫酸镁,然后再经过浓缩、提纯生成七水硫酸镁进行出售,另一方面也可以直接煅烧生成纯度较高二氧化硫气体来制硫酸。鲁北公司脱硫后产生的副产品亚硫酸镁共附近鲁北集团使用,进行焙烧产生S02(液体),同时回收1/3氧化镁,达到了副产品循环利用,实现了循环经济。

3.8副产物利用前景广阔
硫酸被称为“化学工业之母”,二氧化硫是生产硫酸的原料。我国是一个硫资源相对缺乏的国家,硫磺的年进口量超过500万吨,折合二氧化硫750万吨。另外硫酸镁在食品、化工、医药、农业等很多方面应用都比较广,市场需求量也比较大。镁法脱硫充分利用了现有资源,推动了循环经济的发展。无二次污染常见的湿法脱硫工艺里面,不可避免的存在着二次污染的问题。对于氧化镁脱硫技术而言,对于后续处理较为完善,对SO2进行再生,解决了二次污染的问题。
5 结束语
2011年是我国“十一五”的结束年,也是“十二五”的开局之年。国家也相继出台了更高、更严格的环保政策,对火电厂烟气治理的要求也日益严格。镁法脱硫技术以其投资小、运行费用低、环保效益好、可回收副产品和产生一定的经济效益等特点,正越来越受到人们的关注,也将占据越来越大的脱硫市场。在国家大力倡导循环经济的今天,只有做到真正的副产品综合循环利用,才能真正的做到保护和关爱环境,从而为国家的可持续发展作出环保人的贡献。氧化镁脱硫是在理论上可行在实际应用中得到充分验证的一种比较适合新老锅炉改造的脱硫方式,在部分地区特别是富产氧化镁的地区有着很好的市场前景。由于该方式对脱硫剂循环使用并且副产物也能够带来一定的经济效益,同时又避免了大型湿法的诸多缺点,因此氧化镁脱硫技术将会逐步得到更广泛的应用。
 

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