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氧化镁法同石灰石法烟气脱硫的比选

现在技术上成熟且有较多工业应用的烟气脱硫工艺有20多种。但对于锅炉烟气脱硫工艺比较常用的有：湿式氢氧化钠法，双碱法、氨法脱硫、海水脱硫等。这些脱硫方法相比而言，各有各的独特优点，而同时也各自存在某些不足之处。为了更好的掌握各种脱硫工艺的特点，能在最恰当的条件下应用这些工艺，所以对各种锅炉烟气脱硫工艺进行技术经济比较和述评是十分必要的。本文拟对湿式氧化镁法同湿式石灰石-石膏法进行分析比较、研讨。

1、 湿式石灰石-石膏法工艺特点
1．1技术最成熟，应用最多，估计世界范围内市场占有率达80%，工业使用已有30多年历史。
1．2石灰石资源丰富，分布广泛，到处都有。价格便宜，现在石灰石售价约80~100元/吨。
1．3工艺原理是用15%~25%，石灰石浆液的雾滴同含SO2的烟气在吸收塔内相互接触、传质、传热、吸收生成CaSO4和CaSO3.脱硫产物CaSO4浆液经浓缩脱水储运待用。
1．4脱硫效率达90%~95%，但液气比L/G非常高。在L/G=8L/NM3，η=75%，在L/G=15，η=90%，PH=5。5，所以循环浆液流量大，电耗量高。
1．5脱硫工艺流程中除SO2吸收系统外，还有石膏浆液浓缩、脱水储运、废水处理等。占地面积大，投资费用较高。
1．6脱硫产物CaSO4，由于质量标准问题，目前还无法进入建材行业，只能根据情况，开发应用途径，如作水泥添加剂或低档建材等。
1．7为了保持循环浆液中[Cl-]的含量不超过20000~30000mg/L，要外排并处理一定量的废水和补充一定量的新水，否则循环水要强烈腐蚀系统中的设备和导致石膏品质下降。
1．8该工艺要求严格控制PH=5.5左右，要求较好的自控系统。
1．9由于该法是浆液循环对泵及管道喷嘴磨损大，吸收塔型一般用喷淋塔或液柱塔。否则易发生结垢、堵塞等问题。
2 氧化镁法工艺特点
2．1MgO工艺也是技术成熟的脱硫工艺，该工艺在日本已应用了100多个项目，台湾的电站约95%是用MgO法，美国波士顿的Mgstic电厂150MW机组1972年MgO湿法脱硫投运，费城Ddystone电厂150MW机组MgO湿法脱硫1982年投运。在德国Steinmuller公司在电站及工业尾气上也用过MgO湿法脱硫工艺。
在中国深圳X玻璃厂，500T/D玻璃熔化炉排烟；珠海X集团90t/h燃油锅炉；湛江某公司320T/H锅炉；珠海X醋纤公司420T/H燃油锅炉等；福建X电厂2600MW锅炉先设计湿法MgO工艺及因沿海的电厂而改为海水脱硫；无锡X热电站100T/H锅炉脱硫。均采用湿式MgO法。尚有更多的MgO法脱硫工程正在建设之中。
2．2MgO法脱硫效率可达90%-98%，因为MgO活性强，Mg(OH)2的碱性比Ca(OH)2强是由于Mg2+半径小于Ca2+的半径。在CaO颗粒外表同SO2反应生成CaSO4是一层硬包膜，而MgO同SO2反应生成MgSO4很快溶入水中，又有新的MgO颗粒可同SO2反应。实验也表明在相同操作条件下，用MgO作吸收剂比用CaCO3­作吸收剂时吸收效率高。
2．3脱除等量的SO2消耗的MgO量仅为CaCO3的40%。
2．4要达到90%的脱硫效率，MgO工艺脱硫液气比约3.5L/NM3，而CaCO3工艺液气比约12L/NM3，由此产生的循环浆液量是1：3，电能耗量也是1：3。循环管网循环泵的容量均是1：3。
2．5工艺系统简单（见附图）一般不需要脱硫产物的处理系统。MgSO4­溶解度大，可溶于循环水中，可随少量脱硫水排走，由此可省掉脱硫产物处理系统，节省场地。
2．6溶解度约20~35%，脱硫塔内是溶液水循环，不产生沉渣，这是一个很突出的优点。所以工艺运行可靠性提高，而石灰石法则是浆液循环，设计和运行中要采取措施，防止结垢堵塞。
2．7工艺主要化学反应式
MgO+H2O→Mg(OH)2(悬浮乳液)

SO2+ H2O→H2SO3→2H++SO2-3

Mg(OH)2+ H2SO3→MgSO3↓+2H2O

Mg(OH)2+1/2O2曝气→MgSO4(溶解状态)

在Mg(OH)2相对SO2不足时则会：

MgSO3+SO2+H2O→Mg(HSO3)2

补足Mg(OH)2时

Mg(HSO)2+Mg(OH)2→2MgSO3↓+2H2O

2.8 MgO工艺可用板式塔，它空塔流速高，传质效率高，体积小，重量轻，投资相对比喷淋塔要省。
2.9 MgSO4是海水中组份Mg2+是无害的，在地下水、饮用水中者有一定含量，ＭgO工艺脱硫塔排水经过沉淀和曝气处理后，可达到综合污水排放标准，一般排入锅炉水力除灰冲渣水循环沉淀池或城市污水处理厂。
通过ＭgO和ＣaCO3工艺对比分析可知MgＯ工艺确实有很多优点，而ＣaCO3工艺中，液气比大，易结垢堵塞，操作控制管理、维修要求高等问题，在MgＯ工艺中都得到缓解。我国MgＯ储量第一，产量也是第一，日本、欧美向我国购买MgＯ用于脱硫，我国结合实际条件，推广应用MgＯ工艺脱硫应该是可行和必要的。
3 MgＯ资源及镁法脱硫产物的用途
3.1MgＯ是菱镁铁矿石ＭgCO3中的主要成份，理论含量MgＯ47.81%.CO252.19%.我国已查明储量约80亿吨,居世界首位,生产量居世界第一.
3.2MgＯ资源分布在辽宁\山东,四川,河北等省,其中辽宁占总量的84.7%.大石桥镇是世界四大镁矿之一,被誉为”中国镁都”.其次是山东莱州,占总量10%,其它在河北刑台大河,四川甘洛岩岱,汉源,甘肃肃北,别盖等地.
3.3MgCO3加热到640℃开始分解,加热至700-1000℃可得轻烧镁,又称苛性镁,α-镁.加热至1400-1800℃时得重烧镁,又称死烧镁,β-镁.加热到2500-3000℃时,重烧镁熔融,凝固发育成方镁石晶体.熔融氧化镁,又称电熔氧化镁.这些产品各有用途.轻烧镁即是用于烟气脱硫的MgＯ.
3.4轻烧镁MgＯ≥85%,烧失量58%,粒度200目,国内厂家价格,一般约在250~300元/吨.
3.5如果把MgＯ湿法脱硫工艺产物,不经氧化曝气则可把浆液脱水,生成湿渣,其组成为:MgSO360-70%,MgSO4约20-30%,溶解状,杂质10%,湿渣可作为农用肥料.可直接作基肥,追肥和叶面肥.植物正常发育的所需镁量,一般为干重5g/Kg左右.施用镁肥不仅可增加作物产量,还可改善产品品质.如镁肥对香蕉,烟叶产量和品质都有良好作用.
据全国土壤普查表明不少地区土壤缺镁比较严重,缺镁土壤面积巨大,约占全国耕地面积的5.8%.若对每亩地施镁肥,则每年需求镁肥量十分巨大.
所以生产MgSO4肥料或配制成复合肥料应有很好市场前景.
4 以220t/h锅炉为例
以220t/h锅炉为例.燃煤含硫量1.7%,年运行7000小时,脱硫率90%,电费0.5元/度,人工费4X1万元/人.年,水费1元/立方米,CaCO3100元/吨, MgＯ粉350元/吨.脱硫产石膏销售价40元/吨.计算MgＯ法同石灰石-石膏法的年运行费用和脱除1公斤SO2的费用,并对它们进行技术经济的对比分析.
表1 技术经济性对比表
类型
性能
石灰石-石膏法
氧化镁法
技术成熟性
最成熟
成熟
脱硫效率%
90~95
90~98
液气比L/NM3
10~20
~5
脱硫剂价(元/吨)85%纯度200目
100
250(出厂价)
脱硫剂费比
1.1
0.4X3=1.2
运行可靠性
可靠
更可靠
循环池状态
浆状
水溶液状
脱硫剂货源
分布全国各地
集中在辽宁,山东
脱硫产物利用
已普遍利用
可利用,待开发
脱硫产物市场
有市场需求
需要开发

石灰石法Ca/S=1.1, MgＯ为1.0,价格MgＯ为CaCO3的3倍,耗量MgＯ为CaCO3的40%.通过对比可以有个宏观概念,总的运行费用MgＯ法比石灰石法省,但CaCO3法可回收石膏.
表2 运行费及效益对比表
类型
氧化镁法
石灰石石膏法
项目
年耗量
年费用(万元)
年耗量
年费用(万元)

脱硫剂(t)
2247
78.64
5369
53.69

耗电量(Kwh)
1715000
68.60
3836000
191.8

耗水量(m3)
201600
20.16
149100
14.91

人工费(人)
4
4
4
4

直接费总计(万元)
171.4
264.4

脱硫副产物收(万元)
(石膏6580T)
26.32
削减SO2+(吨)
3094
3094
削减1kgSO2费(元)
0.55
0.77
少交排污费(万元)
371.28
371.28
经济收益(万元)
222.34
133.2

通过技术经济的对比分析,氧化镁法的运行费用及削减1KgSO2费用,均低于石灰石-石膏法;可靠性方面优于石灰石法;维修费用少于石灰石法,一次投资低于石灰石法,脱硫产物,石灰石-石膏法可回收副产物石膏.氧化镁法可回收硫酸镁,也可作为农业肥料,但尚须做一定的开发工作.所以湿式氧化镁法脱硫工艺有很多优越性,同样是值得广泛推广使用的锅炉烟气脱硫工艺。