梁建華 羅明聰
摘 要:文章簡要介紹了幾種濕法脫硫的方法,對石灰石-石膏法、氧化鎂法脫硫工藝進(jìn)行詳細(xì)介紹和比較。通過文章的比較,希望為相關(guān)工作提供參考。
關(guān)鍵詞:濕法脫硫;氧化鎂法;石灰石-石膏法;比較
煙氣脫硫是目前世界上唯一大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的脫硫方法,是控制二氧化硫污染的主要技術(shù)手段,國外煙氣脫硫技術(shù)研究始于19世紀(jì)50年代,20世紀(jì)60年代以來,美國、德國、日本等國開始了對煙氣脫硫技術(shù)的大規(guī)模研究開發(fā)與應(yīng)用,目前已有數(shù)百種煙氣脫硫技術(shù)問世,有數(shù)千套煙氣脫硫裝置投入運(yùn)行[1]。
煙氣脫硫中,濕法脫硫設(shè)備小,操作容易,脫硫效率高,因此國外非常注重濕法脫硫的研究工作,尤其以日本、美國、德國研究最多[2]。其中較成熟的方法有濕式石灰石洗滌法、間接石灰石法、鈉堿法、氨吸收法、金屬氧化物吸收法和固體吸附或催化轉(zhuǎn)化法。這些脫硫方法相比而言,各有各的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn),而同時(shí)也各自存在某些不足之處。為了更好的掌握各種脫硫工藝的特點(diǎn),能在最恰當(dāng)?shù)臈l件下應(yīng)用這些工藝,所以對各種鍋爐煙氣脫硫工藝進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較和述評是十分必要的。文章著重對石灰石-石膏法、氧化鎂法脫硫工藝進(jìn)行比較和分析。
1 氧化鎂法脫硫工藝說明
1.1 工藝原理[3]
氧化鎂濕法脫硫工藝是以氧化鎂(MgO)為原料,經(jīng)熟化生成氫氧化鎂(Mg(OH)2)作為脫硫劑的一種先進(jìn)、高效、經(jīng)濟(jì)的脫硫技術(shù)。這種工藝包括了回收和拋棄兩種。
氧化鎂法的化學(xué)反應(yīng)過程如下:
a、氧化鎂漿液的制備:主要反應(yīng)如下:
熟化:
b、SO2的吸收:主要反應(yīng)如下:
吸收:
氧化:
在吸收塔內(nèi)存在50多種化學(xué)反應(yīng),以上只列出了主要反應(yīng)。
c、后處理:主吸收塔排出的溶液經(jīng)離心分離機(jī)分離后,再經(jīng)回轉(zhuǎn)干燥窯干燥,從吸收塔中排出的吸收液中固體含量為15%,固液分離后進(jìn)行干燥,除去結(jié)晶水,得到MgSO3、MgSO4、MgO和惰性組分(如飛灰)的混合物。由干燥過程排出的尾氣需通過旋風(fēng)除塵器捕集夾帶的固體顆粒。去除了固體顆粒的氣體,在通過風(fēng)機(jī)返回吸收塔與煙氣混合處理。
d、氧化鎂再生:將干燥后的MgSO3和MgSO4煅燒分解,重新得到MgO,同時(shí)放出SO2。
煅燒爐排氣中含有10%~15%的SO2,經(jīng)初步凈化可用來生產(chǎn)硫酸。在煅燒時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制煅燒溫度。適宜的煅燒溫度為933~1143K,煅燒溫度超過1473K時(shí),會(huì)發(fā)生MgO燒硬或燒結(jié)現(xiàn)象而失去脫硫作用。研究表明,吸收塔中形成的硫酸鎂大部分由過??諝庋趸瘉喠蛩徭V所致。由于MgSO4熱分解所需的溫度比MgSO3高,因此應(yīng)當(dāng)限制亞硫酸鹽的氧化。
氧化鎂脫硫和全面利用其副產(chǎn)品的工藝原理圖如圖1所示:
圖1
1.2 氧化鎂脫硫工藝特點(diǎn)
1.2.1 鎂基脫硫劑具有比鈣基高數(shù)十倍的脫硫反應(yīng)能力,脫硫效率可以達(dá)到95%以上,對于各種濃度的SOX,都可確保高效率去除。
1.2.2 氧化鎂脫硫生成物硫酸鎂和亞硫酸鎂溶解度比硫酸鈣和亞硫酸鈣高100倍左右,吸收后的SO2以硫酸鹽和亞硫酸鹽的形式溶解在廢水中,無需漿液操作,運(yùn)行簡易。在吸收塔里不會(huì)發(fā)生結(jié)垢問題,維修方便。
1.2.3 氧化鎂脫硫系統(tǒng)相對比較簡單,設(shè)備占地較小,施工時(shí)間短,安裝時(shí)間也較快。
1.2.4 吸收劑來源豐富。在我國氧化鎂的含量十分可觀,目前我國氧化鎂儲(chǔ)量約為160億噸,占全世界的80%左右。主要分布在遼寧、山東、四川、河北等省。
1.2.5 氧化鎂脫硫工藝所選用的脫硫劑-氧化鎂粉是一種安全、無毒的產(chǎn)品,生成的水溶液-氫氧化鎂更是被稱之為“綠色安全脫硫劑”。而脫硫產(chǎn)物-亞硫酸鎂具有很好的還原性,具備了再次循環(huán)利用的條件,這就使得脫硫副產(chǎn)物的處理降到了一個(gè)很低限度,更符合了環(huán)保的要求。
1.2.6 脫硫副產(chǎn)物可再生MgO回用于脫硫系統(tǒng),生成的SO2可用于制硫酸。亞硫酸鎂又是造紙工業(yè)的化工原料,亞硫酸鎂和硫酸鎂是重要的肥料,可以生產(chǎn)含鎂復(fù)合肥,還可以作為水處理的絮凝劑。
1.2.7 氧化鎂法系統(tǒng)不會(huì)發(fā)生設(shè)備結(jié)垢堵塞問題,能保證整個(gè)脫硫系統(tǒng)能夠安全有效地運(yùn)行,同時(shí)鎂法pH值控制在6~7,在這種條件下,設(shè)備腐蝕問題也得到了一定程度的解決??偟膩碚f,氧化鎂濕法脫硫技術(shù)在實(shí)際工程中的安全性較高。
1.3 工藝系統(tǒng)
氧化鎂脫硫系統(tǒng)主要包含以下幾個(gè)子系統(tǒng):煙氣系統(tǒng);SO2吸收系統(tǒng);吸收劑制備及供應(yīng)系統(tǒng);亞硫酸鎂脫水干燥系統(tǒng);脫硫產(chǎn)物處理系統(tǒng);輔助設(shè)備系統(tǒng)(工藝水系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)等)
1.4 脫硫后副產(chǎn)物的去向和處理
第一種方式是將脫硫后的亞硫酸鎂送至硫酸廠生產(chǎn)硫酸。
第二種方式是將脫硫后的亞硫酸鎂氧化為硫酸鎂溶液,直接排放到電廠污水處理站,可以作為污水站污水絮凝和沉淀劑使用;或者將硫酸鎂溶液經(jīng)過濃縮、結(jié)晶沉淀、固水分離,生成七水硫酸鎂,然后進(jìn)行副產(chǎn)品加工,加工成七水硫酸鎂或一水硫酸鎂工業(yè)品或農(nóng)業(yè)用肥料。
2 石灰石-石膏法煙氣脫硫工藝說明
2.1工藝原理[3]
石灰石/石膏法化學(xué)反應(yīng)過程
主反應(yīng)
①SO2的吸收:
SO2(aq)+H2O?圮H++HSO3-
HSO3-?圮H++SO32-
②HSO3-的氧化
HSO3-+1/2O2?圮H++SO42-
H++SO42-?圮HSO4-
③固體CaCO3的溶解
CaCO3(s)?圮Ca2++CO32-
CO32-+H+?圮HCO3-
HCO3-+H+?圮H2O+CO2(aq)
CO2(aq)?圮CO2(g)
④CaSO3和CaSO4結(jié)晶
Ca2++SO32-+1/2H2O?圮CaSO3·1/2H2O(s)
Ca2++SO42-+2H2O?圮CaSO4·2H2O(s)
經(jīng)驗(yàn)顯示,吸收漿液pH值控制在5.5左右,為最佳,這是因?yàn)楦叩膒H值不利于石灰石的溶解,低的pH值不利于酸性氣體的脫除。
工藝流程示意圖如圖2。
2.2 工藝特點(diǎn)
2.2.1 脫硫效率高,一般可達(dá)95%以上,鈣的利用率高,可達(dá)90%以上。
2.2.2 單機(jī)處理煙氣量大,可與大型鍋爐單元匹配。
2.2.3 對煤種適應(yīng)性好,煙氣脫硫的過程在鍋爐尾部煙道以后,是獨(dú)立的不會(huì)干擾鍋爐的燃燒,不會(huì)對鍋爐機(jī)組的熱效率利用率產(chǎn)生任何影響。
2.2.4 石灰石作為脫硫吸收劑其來源廣泛且價(jià)格低廉,便于就地取材。
2.2.5 副產(chǎn)品石膏經(jīng)脫水后即可回收,具有較高的綜合利用價(jià)值。
2.2.6 具有較低的吸收劑化學(xué)計(jì)量比,可低至1.03。
2.2.7 采用價(jià)廉易得的石灰石作為吸收劑,能夠有效地控制運(yùn)行成本。
2.2.8 系統(tǒng)具有較高的可靠性,系統(tǒng)可用率可達(dá)98%以上。
2.3 工藝系統(tǒng)
主要包括以下幾個(gè)子系統(tǒng):煙氣系統(tǒng);SO2吸收系統(tǒng);石灰石漿液制備系統(tǒng);石膏脫水系統(tǒng);漿液排空系統(tǒng);工藝水系統(tǒng);壓縮空氣系統(tǒng)。
2.4 脫硫后副產(chǎn)物的去向和處理
脫硫過程的最終產(chǎn)物主要是石膏(CaSO4·2H2O含量一般在90%左右),主要作為生產(chǎn)水泥的添加劑和生產(chǎn)石膏板。
3 氧化鎂法脫硫與石灰石-石膏法脫硫的比較
氧化鎂濕法脫硫工藝從20世紀(jì)80年代開始研究,在美國韓國使用較多。單塔最大容量為360MW機(jī)組鍋爐全煙氣脫硫。這種工藝在韓國發(fā)展較快,在世界范圍內(nèi)應(yīng)用較少,其中一個(gè)重要原因就是由于吸收劑氧化鎂在全世界范圍內(nèi)儲(chǔ)量較少,不如石灰石普遍。
石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)從20世紀(jì)50年代就開始研究,發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)非常成熟,全世界80%以上的脫硫裝置均采用這種脫硫工藝,應(yīng)用此工藝最多的國家是美國、日本、德國。單機(jī)容量已達(dá)1000MW。國內(nèi)電廠脫硫85%以上采用這種工藝。下面就某2×600MW燃煤機(jī)組采用兩種脫硫方法進(jìn)行參數(shù)及運(yùn)行費(fèi)用進(jìn)行比較。
3.1 主要技術(shù)參數(shù)比較(2x600MW機(jī)組)
3.2 運(yùn)行費(fèi)用比較(2x600MW機(jī)組)
4 結(jié)論及建議
4.1 我國有豐富的氧化鎂和石灰石資源,可在脫硫劑資源地大量推廣應(yīng)用相應(yīng)脫硫方法。
4.2 兩種脫硫方法的副產(chǎn)品處理,采用拋棄法存在環(huán)境二次污染問題,利用的話則面臨著銷路問題。應(yīng)該根據(jù)工程的實(shí)際情況采用合適的副產(chǎn)品處理辦法。
4.3 氧化鎂濕法脫硫和石灰石-石膏濕法脫硫是兩種相似的技術(shù),與濕式鈣法脫硫比較,系統(tǒng)還相對簡單,可以借鑒濕式鈣法脫硫,技術(shù)上存在的難點(diǎn)較少,可靠性較高;應(yīng)根據(jù)情況及經(jīng)濟(jì)核算后選擇使用。
4.4 石灰石-石膏法脫硫存在CO2的排放、廢石膏的處置、水耗、結(jié)垢等問題,而氧化鎂法脫硫也存在CO2的排放、水耗等問題。未來我國煙氣凈化技術(shù)的選擇應(yīng)該從經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、環(huán)境等角度綜合考慮,采用能回收價(jià)值高的副產(chǎn)品;工藝流程簡單、專用設(shè)備少;脫硫劑價(jià)廉易得;無二次污染;運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用低的脫硫方法。
參考文獻(xiàn)
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