探討影響鎂法脫硫系統正常運行質量的因素

馮漢存

摘 要：隨著國家層面對環保要求的日益提高，各發電企業面對的環保壓力愈加嚴峻。鎂法脫硫技術作為濕法脫硫技術的重要組成部分，在國家的環保事業中占有不可或缺的地位。鎂法脫硫技術相比鈣法脫硫技術，有著成熟穩定、脫硫效率高、副產品可回收循環利用等無可比擬的技術優勢，但鎂法脫硫系統在工況運行過程中的某些因素嚴重影響、威脅著脫硫系統的穩定運行。本文將對其主要影響因素并調整技術措施作簡要分析概述，并斗膽對未來的濕法脫硫技術發展趨勢提出自己的陋見。

關鍵詞：鎂法脫硫;正常運行;因素

中圖分類號：X703.1 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）13-0011-02

鎂法脫硫是用輕燒氧化鎂（MgO）粉為還原劑，經熱水水化與其反應后形成氧化鎂粉與氫氧化鎂（Mg（OH）2）混合介質漿液，通過與進入吸收塔的煙氣逆向接觸，吸收煙氣中的硫氧化物（SOX）成分，生成副產品亞硫酸鎂（MgSO3）和硫酸鎂（MgSO4）混合產物的工業過程。

其主要反應過程如下：

MgO+H2O（熱水）→Mg（OH）2

Mg（OH）2+SO2→MgSO3

1 在鎂法脫硫吸收塔反應過程中，影響吸收塔正常運行質量的因素如下：

1.1 氧化鎂（MgO）水解效率

眾所周知，影響化學反應速率有幾大因素，溫度、壓力、反應濃度、有效接觸效率、pH等。下面將對其一一進行分析。

（1）熱水溫度。輕燒氧化鎂水合反應如下：

MgO+H2O（熱水）→Mg（OH）2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

由于鎂離子和氧原子的極性作用，導致氧化鎂物質分子電荷中心偏心而帶有極性。在溶解劑熱水（H2O）影響下，電解離析出的氫離子和極性羥基活性高。在氧化鎂分子與極性水分子碰撞過程中，氧化鎂分子中氧原子的極性作用奪取水中水分子簇游離的氫離子生成羥基結構，與水分子簇中的剩余部分生成雙羥基極性離子團。而雙羥基結構團可以與鎂離子組成氫氧化鎂物質分子。

由于溫度對物質焓量的影響，溫度越高，焓量越大，分子內部原子振動越劇烈。氧化鎂粉水合時水溫越高，氧化鎂分子內部與水分子內部分子振動越劇烈，導致氧化鎂中氧原子與氫離子碰撞作用加強，兩者的電子云交互的范圍就會變大，氧原子奪取氫離子的概率增大，氧化鎂水合作用加強;相對地，由于氧化鎂水合反應的不徹底性，氫氧化鎂分子團分解離析的概率也會增加，產生的離子會生成新的分子簇，對氧化鎂水合作用產生負面影響。

（2）粉水混合比。氧化鎂粉與水溶劑的混合比例影響氧化鎂水合反應的效果。在一定濃度范圍內，水合反應體系中產生氫氧化鎂的濃度與氧化鎂加入量成正比。隨著體系溶解濃度的飽和，氫氧化鎂濃度增長趨向平緩;在此濃度梯度提高過程中，氧化鎂的水合率不斷降低。結論就是，在氧化鎂粉水解過程中，加入的氧化鎂粉越少，其水解效率越高，反應越徹底，效果越好。

（3）氧化鎂粉細度。氧化鎂粉粒度越小，其水合效果越佳。將氧化鎂粉取近似球體顆粒，根據公式：

c=S/V=（4πr2）/（4πr3/3）=3/r? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

眾所周知，比表面積越大，其與外界接觸效果越好。從上式可知，其球徑越小，顆粒的比表面積越大，即氧化鎂粉與水接觸效果愈佳，其水解效果越好。

另，在中性或者堿性環境下氧化鎂水解比較困難，對其有抑制作用。水化效果與氧化鎂的活性有關，活性高的容易水解。氧化鎂水解后，表面會形成比較疏松的氫氧化鎂包殼，水分子擴散進去后繼續水解。

1.2 噴淋效率

（1）噴淋系統布局。現脫硫漿液噴淋系統一般安裝有碳化硅材質噴嘴，在漿液循環泵的出力作用下，漿液受壓以從噴嘴中以小于120°度的大角度向下噴淋，覆蓋下部相應煙氣空間。在吸收塔內部煙氣與脫硫漿液接觸的過程中，由于逆向接觸，為了保證鍋爐煙氣中硫氧化物的有效吸收，噴淋噴嘴在吸收塔內部的布局顯得格外重要，要保證煙氣流動的全面覆蓋，保證漿液與煙氣的有效接觸。

（2）霧化效率。類比氧化鎂粉水合效率過程，得出氫氧化鎂漿液噴淋液滴越小，與煙氣的有效接觸面積越大，在接觸過程中就能夠除去煙氣中的硫氧化物。

（3）煙氣流動均勻性。為保證吸收塔系統的正常運行，吸收塔內部空間搭設有各種設備，如噴淋系統、除霧器系統及高壓水沖洗系統等。設備的存在導致鍋爐煙氣在其中流動過程中的不均勻性，會產生各種湍流，氣態硫氧化物在煙氣中不均態分布。此種工況會導致脫硫漿液處理煙氣的出力波動，可能會造成環保污染事故。

1.3 pH值

氫氧化鎂是一種能溶于水的中強堿性物質，根據氧化鎂溶解水合過程分析，加入吸收塔內的“氫氧化鎂”漿液是氫氧化鎂、氧化鎂粉及水的混合物質。在漿液吸收塔煙氣過程中，漿液中的氫氧化鎂堿不斷消耗，反應體系中pH值逐漸下降，能夠促進氫氧化鎂漿液中剩余氧化鎂粉的水解過程，保證氫氧化鎂的供應;另外，根據一定溫度下溶液的離子積方程（吸收塔內環境主要是水溶解多物質體系）。

KW=[H+]·[OH-]，? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（3）

pH值越低，體系中氫氧根離子濃度c（OH-）越小，同樣有助于促進氧化鎂粉的水合作用。

1.4 脫硫效率

煙氣流量乘以煙氣中二氧化硫濃度，即單位時間內進入脫硫吸收塔內部，需要處理的二氧化硫的量。根據吸收塔反應Mg/S指數，理論上需同步加入一定量的氫氧化鎂。實際上，在吸收塔系統正常運行時，進入吸收塔的煙氣濃度是動態改變的，補充吸收塔內部的新鮮漿液量也需要同步改變。但鑒于反應過程需要時間，吸收塔內部漿液監測儀表反映出的數據與操作時間對比有一定的滯后性。因此，在日常吸收塔運行中，吸收塔實際補漿并不能與吸收塔反應所需完美契合。

吸收塔補充漿液最好的運行方式是吸收塔內部需要多少，漿液泵就補充多少漿液進入吸收塔。若鍋爐負荷、煙氣濃度波動，由于參數反映的滯后性，時時補充的漿液在吸收塔塔內反應會有一定的富余或短缺，進而進行一系列的補漿調整，導致脫硫吸收塔系統整體參數波動。

2 針對性調整

2.1 水解效率

氧化鎂水合反應時要盡量控制熱水溫度范圍在50-80℃。一方面是為了保證氧化鎂水合效率，另一方面要考慮現場設備的耐受程度和物料成本。

用氧化鎂粉制備氫氧化鎂漿液時要根據水溶劑的量酌量添加氧化鎂粉。氧化鎂粉加入過少，水解效果佳，但漿液制備濃度低;加入過多，氫氧化鎂濃度高，但氧化鎂利用率低，同時增加設備損耗與運行成本。在制備氫氧化鎂漿液時，一般控制其濃度在1150kg/m3左右。

氧化鎂粉顆粒越細越好，有利于氧化鎂粉的水解效果。但顆粒越小，其加工成本越高，加工過程中能耗越大。在鎂法脫硫系統中，日常使用的氧化鎂粉顆粒粒度控制基本在200目至250目左右，既能夠保證氧化鎂粉的水解效果，也能保證與水合劑的有效接觸，還能夠有效控制加工成本，降低脫硫系統的整體運行成本。

2.2 噴淋效率

噴淋覆蓋率高，增加噴淋管道與噴嘴組件，能夠保證漿液與煙氣的有效接觸面積，但一方面加大了物料成本及后期的運行成本，另一方面提高吸收塔煙氣阻力，增大了鍋爐煙氣系統中風阻，提高了煙氣系統中風機的能耗，違背了節能降耗的初衷。在氧化鎂濕法脫硫煙氣系統中，吸收塔內部噴嘴以90°-120°的大角度向下噴淋漿液，布局要保證噴淋整體覆蓋率達到吸收塔橫向截面積的200%-300%，既能夠保證吸收塔噴淋效果，也不致噴淋能耗過高。

在噴淋過程中，漿液循環泵給吸收塔噴淋漿液提供動力，使其經過噴淋系統噴嘴內部時在切向力的作用下，旋轉噴出并霧滴化;噴淋噴嘴內部的切向角度也會影響漿液的霧化效果。漿液循環泵出力不足與否，直接作用于吸收塔噴淋系統的效率。關于吸收塔噴淋系統噴淋效果，則需通過系統設計、安裝調試時噴淋系統的整體試驗得出最佳搭配。

在安裝吸收塔時，為保證吸收塔內部煙氣流動的均勻性及可處理性，會在吸收塔內部塔壁上安裝煙氣托盤、偏轉環、多孔篩板等裝置，讓煙氣主要集中在中間通道位置，保證煙氣在吸收過程中能夠與漿液充分接觸。

2.3 pH值

在鎂法脫硫系統中，因為鎂法脫硫中氧化鎂粉水解與鈣法脫硫中碳酸鈣顆粒溶解的機理不同。吸收塔pH值低，影響煙氣中二氧化硫的吸收;pH值高，影響吸收塔漿液中正常的反應過程和結晶轉化。為了保證鎂法脫硫中吸收塔正常反應所需環境和反應的進行，就反應要求來說，一般會控制pH盡可能低。為減少對吸收塔塔體基材的腐蝕破壞，綜合控制鎂法脫硫中吸收塔pH值在5.7-6.7范圍內。

2.4 脫硫效率

在吸收塔正常運行時，為避免吸收塔補漿過剩或短缺對吸收塔內部反應過程產生影響，在人員操作情況下，只能依據個人經驗，根據吸收塔入口煙氣各參數進行相應的調整;在自動程控操作模式下，可以建立數據模型，通過大量的吸收塔進、出口參數試驗數據分析修正得出最佳的補漿方式、數據，控制吸收塔系統各項參數始終在正常范圍內波動。

3 未來趨勢分析

在此，本人斗膽對濕法脫硫技術未來發展方向作出自己的預測：

（1）脫硫技術將繼續發展，更多高效的脫硫技術將應用于生產，如燃煤粒化脫硫、燃煤離子化離析同步發電并脫硫等，也可以多種脫硫技術復合處理煙氣等;（2）更多高效、低成本、環境友好型脫硫劑將應用在日常生產中;（3）人工智能、大數據的應用，將導致發電廠將朝向智能化電廠發展。環保脫硫系統將以大數據建立的數據庫模型為基礎，依靠各電子控制單元，實現智能化聯網管理運行。

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