氧化鎂法與石灰石—石膏法脫硫技術方案比較

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行詳細介紹和比較。通過文章的比較，希望為相關工作提供參考。

關鍵詞：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模商業化應用的脫硫方法，是控制二氧化硫污染的主要技術手段，國外煙氣脫硫技術研究始于19世紀50年代，20世紀60年代以來，美國、德國、日本等國開始了對煙氣脫硫技術的大規模研究開發與應用，目前已有數百種煙氣脫硫技術問世，有數千套煙氣脫硫裝置投入運行[1]。

煙氣脫硫中，濕法脫硫設備小，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化法。這些脫硫方法相比而言，各有各的獨特優點，而同時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，能在最恰當的條件下應用這些工藝，所以對各種鍋爐煙氣脫硫工藝進行技術經濟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，經熟化生成氫氧化鎂（Mg（OH）2）作為脫硫劑的一種先進、高效、經濟的脫硫技術。這種工藝包括了回收和拋棄兩種。

氧化鎂法的化學反應過程如下：

a、氧化鎂漿液的制備：主要反應如下：

熟化：

b、SO2的吸收：主要反應如下：

吸收：

氧化：

在吸收塔內存在50多種化學反應，以上只列出了主要反應。

c、后處理：主吸收塔排出的溶液經離心分離機分離后，再經回轉干燥窯干燥，從吸收塔中排出的吸收液中固體含量為15%，固液分離后進行干燥，除去結晶水，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，在通過風機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，同時放出SO2。

煅燒爐排氣中含有10%～15%的SO2，經初步凈化可用來生產硫酸。在煅燒時應嚴格控制煅燒溫度。適宜的煅燒溫度為933～1143K，煅燒溫度超過1473K時，會發生MgO燒硬或燒結現象而失去脫硫作用。研究表明，吸收塔中形成的硫酸鎂大部分由過剩空氣氧化亞硫酸鎂所致。由于MgSO4熱分解所需的溫度比MgSO3高，因此應當限制亞硫酸鹽的氧化。

氧化鎂脫硫和全面利用其副產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

1.2.1 鎂基脫硫劑具有比鈣基高數十倍的脫硫反應能力，脫硫效率可以達到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，運行簡易。在吸收塔里不會發生結垢問題，維修方便。

1.2.3 氧化鎂脫硫系統相對比較簡單，設備占地較小，施工時間短，安裝時間也較快。

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”。而脫硫產物-亞硫酸鎂具有很好的還原性，具備了再次循環利用的條件，這就使得脫硫副產物的處理降到了一個很低限度，更符合了環保的要求。

1.2.6 脫硫副產物可再生MgO回用于脫硫系統，生成的SO2可用于制硫酸。亞硫酸鎂又是造紙工業的化工原料，亞硫酸鎂和硫酸鎂是重要的肥料，可以生產含鎂復合肥，還可以作為水處理的絮凝劑。

1.2.7 氧化鎂法系統不會發生設備結垢堵塞問題，能保證整個脫硫系統能夠安全有效地運行，同時鎂法pH值控制在6～7，在這種條件下，設備腐蝕問題也得到了一定程度的解決。總的來說，氧化鎂濕法脫硫技術在實際工程中的安全性較高。

1.3 工藝系統

氧化鎂脫硫系統主要包含以下幾個子系統：煙氣系統；SO2吸收系統；吸收劑制備及供應系統；亞硫酸鎂脫水干燥系統；脫硫產物處理系統；輔助設備系統（工藝水系統、壓縮空氣系統等）

1.4 脫硫后副產物的去向和處理

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過濃縮、結晶沉淀、固水分離，生成七水硫酸鎂，然后進行副產品加工，加工成七水硫酸鎂或一水硫酸鎂工業品或農業用肥料。

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/石膏法化學反應過程

主反應

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結晶

Ca2++SO32-+1/2H2O？圮CaSO3·1/2H2O（s）

Ca2++SO42-+2H2O？圮CaSO4·2H2O（s）

經驗顯示，吸收漿液pH值控制在5.5左右，為最佳，這是因為高的pH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

2.2.1 脫硫效率高，一般可達95%以上，鈣的利用率高，可達90%以上。

2.2.2 單機處理煙氣量大，可與大型鍋爐單元匹配。

2.2.3 對煤種適應性好，煙氣脫硫的過程在鍋爐尾部煙道以后，是獨立的不會干擾鍋爐的燃燒，不會對鍋爐機組的熱效率利用率產生任何影響。

2.2.4 石灰石作為脫硫吸收劑其來源廣泛且價格低廉，便于就地取材。

2.2.5 副產品石膏經脫水后即可回收，具有較高的綜合利用價值。

2.2.6 具有較低的吸收劑化學計量比，可低至1.03。

2.2.7 采用價廉易得的石灰石作為吸收劑，能夠有效地控制運行成本。

2.2.8 系統具有較高的可靠性，系統可用率可達98%以上。

2.3 工藝系統

主要包括以下幾個子系統：煙氣系統；SO2吸收系統；石灰石漿液制備系統；石膏脫水系統；漿液排空系統；工藝水系統；壓縮空氣系統。

2.4 脫硫后副產物的去向和處理

脫硫過程的最終產物主要是石膏（CaSO4·2H2O含量一般在90%左右），主要作為生產水泥的添加劑和生產石膏板。

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機組鍋爐全煙氣脫硫。這種工藝在韓國發展較快，在世界范圍內應用較少，其中一個重要原因就是由于吸收劑氧化鎂在全世界范圍內儲量較少，不如石灰石普遍。

石灰石-石膏濕法脫硫技術從20世紀50年代就開始研究，發展到現在已經非常成熟，全世界80%以上的脫硫裝置均采用這種脫硫工藝，應用此工藝最多的國家是美國、日本、德國。單機容量已達1000MW。國內電廠脫硫85%以上采用這種工藝。下面就某2×600MW燃煤機組采用兩種脫硫方法進行參數及運行費用進行比較。

3.1 主要技術參數比較（2x600MW機組）

3.2 運行費用比較（2x600MW機組）

4 結論及建議

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用相應脫硫方法。

4.2 兩種脫硫方法的副產品處理，采用拋棄法存在環境二次污染問題，利用的話則面臨著銷路問題。應該根據工程的實際情況采用合適的副產品處理辦法。

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，與濕式鈣法脫硫比較，系統還相對簡單，可以借鑒濕式鈣法脫硫，技術上存在的難點較少，可靠性較高；應根據情況及經濟核算后選擇使用。

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的選擇應該從經濟、技術、環境等角度綜合考慮，采用能回收價值高的副產品；工藝流程簡單、專用設備少；脫硫劑價廉易得；無二次污染；運行和維護費用低的脫硫方法。

參考文獻

[1]尹華強，胡玉英，等.我國煙氣脫硫技術進展[J].四川環境，1999，18（4）：7-11.

[2]潘子恢，羅時雨.鍋爐煙氣鈉堿石灰法脫硫的研究與實踐[J].貴州環保科技，2000，4（6）：44-48.

[3]童志權，等.大氣污染控制工程[M].中南工業大學出版社，259-266.