氧化镁_亚硫酸镁湿法脱硫工艺初探

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氧化镁亚硫酸镁湿法脱硫工艺初探

赵 健,曾德勇

(华能北京热电有限责任公司,北京 100023)

[摘 要] 介绍氧化镁亚硫酸镁湿法脱硫及其副产物循环利用的工艺。可行性研究表明,这种脱硫工艺脱硫效率高,基础投资和运行成本相对较低,适合离镁矿较近、燃煤硫分低且附近有再生亚硫酸镁化工厂的电厂脱硫,但国内缺少大型电厂的应用业绩。

[关键词] 燃煤电厂;烟气脱硫;氧化镁亚硫酸镁;湿法脱硫

[中图分类号]X511 [文献标识码]A [文章编号]10023364(2006)01005403

图1 氧化镁湿法脱硫工艺流程

华能北京热电厂是一座燃用低硫煤的电厂,4台锅炉全部计划实施脱硫。电厂于2003年和2004年委托西南电力设计院进行了氧化镁亚硫酸镁脱硫工艺的可行性研究。结果表明,该法吸收剂用量少,副产物可循环利用,而且工程投资、运行成本和检修维护费用较石灰石石膏法低,工艺是可行的。然而,目前国内缺少大型电厂的应用业绩。

1 氧化镁湿法脱硫原理及工艺流程

氧化镁湿法脱硫是以氧化镁为原料,经消化生成氢氧化镁并以此作为脱硫剂而进行烟气脱硫的一种脱硫方法,其主要的化学反应过程如下:

SO2+H2O H2SO3(1) H2SO3+M g(OH)2M gSO3+H2O(2) Mg SO3+SO2+H2O Mg(H SO3)2(3) Mg(H SO3)2+Mg(OH)22Mg SO3+2H2O(4) SO2+(1+K)/2M g(OH)2K Mg SO3+(1-K)/2M g(H SO3)2+K H2O(5)式(5)中K=SO2-3/(SO2-3+H SO-3)

氧化镁湿法脱硫工艺主要由吸收剂制备系统、烟气及二氧化硫吸收系统、副产物处理系统和工艺水系统组成(图1)。

1.1 吸收剂制备系统

在吸收剂制备系统中,氧化镁粉(约(50~70) m)自粉仓经给料机被送至氧化镁混合罐,在混合罐中与经预处理过的补充水搅拌混合、消化,生成氢氧化镁浆液,由氢氧化镁输送泵送至氢氧化镁储罐。根据脱硫设备浆液状况,由氢氧化镁供应泵输送一定量的新鲜浆液进入吸收塔底部的集水池,然后经循环泵送入吸收塔顶部。

1.2 二氧化硫吸收系统

二氧化硫吸收系统是火电厂烟气脱硫(FGD)的核心。锅炉引风机出口烟气首先由FGD增压风机升压,然后进入脱硫吸收塔。烟气从吸收塔底部进入,自下而上流动;循环泵将集水池内浆液送入吸收塔的顶部,浆液自上而下流动。烟气中的二氧化硫被脱硫剂洗涤并与氢氧化镁发生反应,最终生成亚硫酸镁晶体,集水池底部的亚硫酸镁达到一定浓度后由废液排出泵送入

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副产品处理系统。为提高吸收反应效率,循环泵将浆

液反复送入吸收塔。吸收塔顶部设有除雾器,可使烟气含液量(标准状态(标))低于100m g/m3以下排出吸收塔。

1.3 副产品处理系统

氧化镁湿法脱硫副产物处理方式有3种:(1)通过鼓入氧化空气,在氧化池内将亚硫酸镁强制氧化成可溶性硫酸镁后排入大海,实现无害化抛弃。(2)硫酸镁通过凝聚、沉淀、冷却等工艺过程使其转化成一水硫酸镁(M gSO4 1H20),作为肥料出售。(3)从集水池排出的亚硫酸镁通过浓缩、脱水干燥等工艺后送至化工厂,在焙烧炉中分解成氧化镁和二氧化硫。氧化镁运回电厂重复利用,二氧化硫则作为硫酸的生产原料。本文主要介绍第3种处理方式。

1.4 脱硫工艺水系统

脱硫工艺水包括氧化镁混合罐用水和吸收塔等装置冲洗用水。工艺水需经预处理,为此需设置独立水箱。工艺水通过泵送至各设备。

2 氧化镁湿法脱硫工艺的特点

(1)较好的吸收性能 湿法脱硫的吸收反应强度取决于脱硫剂碱金属离子的溶解碱性。碱金属离子的溶解碱性越高,吸收反应越强。由于镁离子的溶解碱性比钙离子高数百倍,因而镁基脱硫剂具有比钙基脱硫剂高数十倍的脱硫吸收反应能力。工业实践已经证明,镁基脱硫能达到比钙基脱硫更高的脱硫效率,可达99%以上。

(2)较低的液气比 与石灰石石膏法脱硫相比,氧化镁法的液气比约为其1/3,因此脱硫塔、循环泵等设备及系统容量相对较小。

(3)腐蚀、结垢速度较低 氧化镁脱硫系统浆液的pH值大于6,主要产物为溶解性稍大的亚硫酸镁和硫酸镁,因此脱硫副产物不易粘结或结垢,因而提高了系统运行的稳定性并便于检修维护。

(4)脱硫副产物可实现循环利用 利用亚硫酸镁制硫酸并回收氧化镁是一项技术成熟的工艺,美国等国家已经研究多年并成功地应用于火电厂烟气脱硫。该工艺不仅大大降低了脱硫运行成本,而且可以实现循环经济模式,值得提倡和推广。3 亚硫酸镁回用试验

3.1 氧化镁的回收

亚硫酸镁可在适当还原剂作用下焙烧成Mg O和SO2,回收的氧化镁与原料氧化镁品质相当(表1)。

表1 回收氧化镁质量(试验室)

样品名称M gO/%CaO/%化学活性!/s R74/%

原料氧化镁90.60 1.488220

回收氧化镁90.50 1.508315

!化学活性表示化学物质进行化学反应的难易程度,对氧化镁,目前通常用反应时间表示。如一定质量的氧化镁和硫酸在规定的反应条件下完全反应所用的时间越短,化学活性越好。

氧化镁湿法脱硫副产物中不可避免地存在一定量的硫酸镁,在没有还原剂的条件下,硫酸镁需要在1160∀以上才能完全分解为Mg O和SO2,而在此温度下生成的氧化镁已被烧结不能用于脱硫,所以必须在焙烧时加入适当还原剂,并控制焙烧温度,以获得性能适用的氧化镁。为此,对不同硫酸镁含量的亚硫酸镁进行了对比焙烧试验。结果证明,通过控制焙烧工艺条件,在硫酸镁含量达10%~30%时,回收的氧化镁仍可达到表1水平。

3.2 使用再生氧化镁的经济效益

使用再生氧化镁可降低吸收剂费用。以华能北京热电厂4#830t/h锅炉为例,氧化镁年耗用量约2万t,按照每吨(400~450)元估算(含运费),如全部采用新鲜氧化镁粉,年吸收剂费用为(800~900)万元。考虑到再生氧化镁纯度的降低和它在再生过程中的损失,保守估算,再生回用的氧化镁为总消耗量的70%,需补充新鲜氧化镁30%,即年补充量约6000t,年运行吸收剂费用则为(240~270)万元,节约成本显著。

4 氧化镁粉来源及品质要求

脱硫用氧化镁是用菱镁矿石在800∀~900∀下煅烧而成的轻烧氧化镁,化学活性好,对脱硫用氧化镁的具体要求如下:

(1)外观为白色或灰白色粉末;

(2)M g O含量∃90%;

(3)CaO含量%1.5%;

(4)活性为(10~120)s;

(5)R74%20%。

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