一种新型锅炉湿法脱硫工艺——氧化镁工艺

谢俊东1尤毓敏2林育平3

1江苏省特种设备安全监督检验研究院无锡分院无锡214023；2无锡能尚环保技术有限公司无锡214026；3无锡能尚环保技术有限公司无锡214026

摘要：氧化镁湿法脱硫工艺，是以氧化镁（MgO）为原料，经熟化生产氢氧化镁（Mg（OH）2）作为脱硫剂的一种先进、高效、经济的脱硫系统，设计脱硫效率可以高至96%以上，在中小型热电厂具有市场推广应用的价值。

关键词：湿法脱硫，氧化镁，液气比

前言：

江苏无锡某热电有限公司安装无锡华光锅炉股份有限公司生产的2台170t/h（UG-170/9.8-M）煤粉锅炉，烟气除尘采用三电场电除尘，对除尘烟气采用镁基湿法脱硫，在设计工况要求下保证脱硫效率92%（设计煤种），脱硫剂为90%纯度氧化镁。脱硫工程要求与电厂工程同步实施，按照“三同时”的要求，发电机组投运时，脱硫装置同时投运，运行至今稳定良好。

一、工程概况

无锡某热电公司的氧化镁脱硫工程，脱硫工艺采用二炉一塔的脱硫系统。整个系统布置一台直径7.8m的脱硫塔，脱硫塔布置于烟囱的东南侧。为了便于烟道支架的设置和减少对原设计烟囱的变动，从两台电除尘器出来的烟气各通过两台引风机汇入风机联箱，再从风机联箱的东西侧引入烟囱的东、西侧烟气入口（旁边烟道），两组风机联箱在中部汇合后，引入脱硫塔脱硫（脱硫烟道）。烟气脱硫正常运行时走脱硫烟道。事故检修时烟气走东西侧的旁边烟道（通过烟道扳门切换）。脱硫塔顶部接入烟囱的烟道呈钳形布置。循环泵就近布置于脱硫塔的东侧，废液排出泵布置在北面，在脱硫塔西侧布置事故浆液灌，作为储存部分排出的事故浆液。在事故浆液罐的西侧布置电控综合楼。楼内布置所有的电气和仪控装置。在脱硫区外东北角布置了脱硫剂制备间。制备间北端布置了供汽车运输MgO的卸车台和气力输送MgO装置。在脱硫制备车间内从北向南依次布置了MgO粉仓、熟化罐、除砂砾装置，浆液罐以及相应的泵。

二、氧化镁脱硫工艺和工程综述

氧化镁湿法脱硫工艺（简称：镁法脱硫）是以氧化镁（MgO）为原料，经熟化生成氢氧化镁（Mg（OH）2）作为脱硫剂的一种先进、高效、经济的脱硫技术。

氧化镁的脱硫原理如下：

熟化：MgO+H2O→Mg（OH）2

吸收：Mg（OH）2+SO2→MgSO3+H2O

氧化：MgSO3+1/2O2→MgSO4

脱硫工艺的副产物有硫酸镁（MgSO4）或亚硫酸镁（MgSO3）两种，取决于脱硫工艺过程控制和氧化特性。如不氧化，MgSO3经脱水，可以直接作为镁肥，或者可以再生MgO和生产硫酸。如采用强制氧化，则产生MgSO4，经浓缩、脱水产生的副产品可以有多种用途，主要用于镁肥。

1）本设计的氧化镁脱硫系统具有：

*脱硫效率高，系统运行可靠性高，脱硫系统的可利用率高；

*脱硫系统运行的负荷变化适应范围大；

*可以选择生产不同的副产品MgSO3和MgSO4；

2）本项目技术方案具有如下特点：

采用开式喷淋吸收塔。喷淋塔的设计和内件具有如下特点：

*采用适当液/气比（L/G=5~6），在适应较大范围的pH变化，保证脱硫性能前提下，最大限度节省循环泵电耗。

*脱硫剂可以直接加入喷淋管，以维持喷淋液高pH值，提高脱硫剂利用率。

*采用进口美国BETE公司的大口径外螺旋喷嘴，雾化性能好，雾化角稳定，覆盖面均匀，耐磨不会结垢堵塞。

*烟速和停留时间的设计有利于加强脱硫吸收，同时减少带水可能和适应负荷变化。

*采用德国MUNTERS公司的两级除雾器，第一级分离绝大部份液滴，第二级去除细小液雾，使排携雾<100mg/Nm3。

上述措施可以确保设计要求的92%脱硫效率。

3）脱硫剂制备系统的可靠性。

*氧化镁粉来料袋装，设计也可适应罐车运输；

*在熟化后的Mg（OH）2浆液送到浆液储罐前设有除砂的装置。

*采用50度以上的热水加强熟化能力，保证浆液质量。

三、氧化镁脱硫设备

1、氧化镁浆液制备系统

氧化镁粉的要求特性如下：

MgO类型——轻度锻烧（具有强反应活性）以辽宁生产的为佳

MgO纯度≥85%

MgO粉细度＞200目

含湿量＜1%

堆积容重600-800kg/m3

脱硫剂为氧化镁熟化产生的氢氧化镁（Mg（OH）2）浆液。制浆系统包括“氧化镁粉卸料、氧化镁粉储仓、氧化镁熟化、氢氧化镁浆液储罐和供给、工艺水供给”，分述如下：

1．1、氧化镁粉卸料

卸料方式取决于来料方式。当氧化镁粉由袋装车散装到厂，从卡车上直接吊装至卸料台，人工卸料，由气力输送至氧化镁储仓。

1．2、氧化镁粉储仓

储仓有效容量可存约五天所需的氧化镁在燃用较高含硫量的校核煤种时满负荷运行的用量，约为105m3。储仓顶部设有排放空气的脉冲滤袋除尘器。

储仓装有料位计，以监测高、低料位。储仓下部有电动闸板，下接一台振动料斗，经容积给料机，螺旋输粉机向熟化器加料。

1．3、熟化器

由于氧化镁的熟化性能和浆液质量对脱硫效率影响极大。考虑到原料粉含有杂质，本公司采用熟化和储浆分开的制备系统。氧化镁在熟化罐中用热水熟化，热水由一台蒸汽热水换热器产生。熟化后的Mg（OH）2浆液经两台输送泵（一用一备）输往浆液储罐。在进入储罐前，浆液先经除砂石处理装置，后送往浆液罐。

1．4、浆液储罐

熟化后的Mg（OH）2浆液存入浆液罐，可满足脱硫系统六小时满负荷用量。

浆液经两台供给泵（一用一备）送往吸收塔的三层喷嘴。

熟化罐和浆液储罐均装有搅拌器和液位检测。

1．5、浆液除砾装置

氧化镁粉在熟化制浆后经除砂装置净化，去除绝大部份杂质，减少喷嘴和循环泵的磨蚀。

1．6、工艺水

由电厂统一提供的工艺水储于一专用脱硫水箱，向熟化器和浆液罐供水。供水量由浆液浓度控制，同时也向脱硫塔提供清洗用水。

2、烟气系统

本脱硫方案采用二炉一脱硫塔的方案。二台锅炉的烟气分别经各自的电除尘器和引风机进入脱硫系统。在正常情况下，全部烟气由脱硫塔入口烟道经脱硫塔进口烟道门（双档板，热空气密封，）各自进入脱硫塔，在脱硫塔的进口用抗腐蚀的C-276哈氏合金材料制成，并设置了自动喷水装置，降低烟气温度。烟气在塔内和雾状的脱硫剂逆向流动，经三层喷射浆液的吸收去除SO2，然后，经过双层除雾器除去烟气中的雾滴，达到标准后经烟囱，排入大气。脱硫系统在正压下运行。由于镁法脱硫效果有保证，能达到“白烟”排放，烟气腐蚀较弱。为保证长期安全运行，本系统采取了烟道和烟囱防腐措施。

2.1烟囱防腐

为了确保安全，在脱硫塔出口后烟道采用增强防腐措施来保护混凝土。

综合以上措施，完全可以保证在脱硫效率达标的前提下，保证出口烟道和烟囱的长期使用。本工程所有烟道均架空布置，并考虑了烟道的膨胀和保温。

2.2烟气挡板

锅炉正常运行时，如果脱硫系统，在特殊及故障情况需要检修时，开启脱硫系统旁通烟道挡板门，同时关闭脱硫塔的进口烟道挡板门，烟气通往烟囱的两旁通烟道排入烟囱。此时锅炉在无脱硫装置的情况下运行。

烟道挡板采用引进技术设计的双百叶式挡板，和电动执行器；这种双百叶烟道挡板门由于采用了密封风机系统，结构合理，密封效果好，保证挡板门两侧不发生（相互）泄漏。旁路挡板具有快速开启的功能，从全关到全开的开启时间≤25秒。全部挡板采用可拆卸保温结构，并且避免产生热不均匀现象。

2.3膨胀节

为解决烟气管道热膨胀和制造安装偏差，在管道适当部位设置膨胀节。所有膨胀节的设计无泄漏，并且能承受系统最大设计正压/负压再加上1000Pa余量的压力。吸收塔出口低温烟道上的膨胀节考虑防腐要求。烟道膨胀节保温。

3、脱硫系统

3.1吸收塔

使用碳钢衬胶为塔身筒体材料和支撑件，采用316L不锈钢制作喷淋管，除雾器总成构架等内件。吸收塔内部浆液喷淋系统由分配管网和喷咀组成，三级喷淋喷咀。喷淋系统合理均匀分布要求的喷淋量，使与烟气流均匀混合，并有足够的停留时间，确保氢氧化镁浆液与烟气充分接触和反应。为了保持高的脱硫效率，95%的设备可用率，并适应负荷和运行工况的变化，脱硫吸收塔的设计采用以下技术措施。

▲采用开式喷淋塔，运行可靠，适应性好，没有负荷和温度的下限，也不积垢和堵塞。适当的液/气比（L/G）。本公司以氧化镁脱硫实绩的数据为基础，采用L/G=5，以达到93%以上的脱硫效率。

▲将脱硫剂浆液直接分别送入三层喷淋管，以保持喷淋液较高pH值，达到高脱硫效率。

▲吸收塔入口烟道装设冷却水喷嘴和自动控制设施，既有利用提高脱硫效率，又能在烟气温度异常高时，自动启动紧急安全喷水，确保吸收塔内壁衬胶和除雾器的安全。

▲同时采用pH和烟气出口SO2在线监测控制脱硫剂加量，确保脱硫效率。

3.2吸收塔浆液循环泵

为将吸收塔内脱硫浆液循环使用，保证最大限度地发挥脱硫剂的效能，每台吸收塔采用三台耐磨蚀、耐磨损、流量大、压头稳定的循环泵。本项目选用传统可靠的金属泵壳循环泵，其材质为引进法国的耐腐蚀、耐磨特种不锈钢，性能质量稳定可靠。

3.3搅拌器

为避免脱硫塔内浆液沉淀，时刻保持质地均匀的混浊液状态，保证脱硫效率和效果，必须在塔底浆池装设搅拌器。

本工艺采用侧搅拌器，在吸收塔下部布置三台，转轴材质不锈钢（904L），叶轮材质双相合金（1.4529），使用效果好，运行可靠。搅拌器设有保安电源，确保正常供电终断时仍能工作。

3.4排空及浆液抛弃系统

吸收塔浆池检修需要排空时，由吸收塔的浆液排出泵输送至事故浆罐暂存。事故浆罐的浆泵可以将浆液泵回制浆系统的排浆自流到地坑。为保持浆液系统的通畅，防止固粒沉积，烟气脱硫装置的浆液管道和浆液泵等在停运时需要进行冲洗，其冲洗水就近收集在吸收塔区或脱水制备区设置的集水地坑内，可回用打入吸收塔或者用泵送至电厂渣池抛弃处理。

事故浆罐和集水坑作防腐内衬，都装有搅拌器防止浆液沉淀。

4、废液抛弃及排放系统

在副产品的处理系统未上马之前，吸收塔的排出液中的副产品以MgSO3为主，为固悬浆液，直接排往电厂灰渣堆，每小时约13m3/h（设计煤种）。一部分水被渣吸收，未吸收的浆液流入渣池与锅炉的炉渣水混合稀释后排放。由于冲渣水呈碱性，可以有效中和带酸性的脱硫废液。

由于电除尘器的效率直接影响到吸收塔内被洗下的粉尘量，也就直接影响到排出浆液量，如按吸收塔出口50mg/Nm3的排尘浓度要求，在吸收塔除尘率30%情况下，要求电除尘效率为99.8%。排放废液成份取决于运行状况和脱硫剂成份。

5、工艺水系统

从电厂供水系统引接至脱硫工艺水箱，作为脱硫区系统补充水。其主要用途为：

·吸收塔蒸发水、氧化镁浆液制备用水、排放废水、事故紧急喷水；

·除雾器及所有浆液输送设备、输送管路、贮存箱的冲洗水；

·泵和其他设备的冷却水及密封水。

本系统设计耗水量约34m3/h，水质为电厂工业原水。

工艺水系统包括一台水箱和两台水泵，水箱容量满足至少2小时补充量，工艺水泵的容量按110%额定工况的用水量（共两台，一运一备）设计。

6、副产品处理系统

考虑本项目目前投资状况，目前尚未要求对脱硫副产品进行处理和利用。目前系统设置为副产品（以MgSO3为主）的处理和再利用作了准备。可以将MgSO3再生成MgO和SO2。MgO可以回用，SO2则可以用于制造高纯度硫酸（H2SO4）。脱硫副产品的处理要因地制宜，发展行业间合作，除了明显的社会效益，还可以得到可观的经济效益。

四、仪表及控制

本工程脱硫系统采用PLC实现对脱硫系统进行远方启/停控制，正常运行的监视和调整和保护。

PLC的控制对象如下：

---脱硫烟气系统

---吸收塔系统

---脱硫剂制备系统

---电器（包括有：脱硫系统的配电柜和保护，由厂方提供保安电源）

提供的PLC满足脱硫系统全部测量、控制、联锁保护的功能。

脱硫系统的PLC一路接UPS电源另一路接保安电源。

五、项目主要消耗指标

（两台炉，年运行5500小时，100%负荷工况，脱硫效率93%）

工艺流程数据（设计煤种100%负荷工况）

六、结论与展望

本脱硫工程自投产后一直稳定运行至今，脱硫效率、主要消耗指标基本达到设计要求，唯一不足，就是一些国内分包商提供的设备稳定性较差，给整个脱硫系统的连续稳定高效达标运行带来一些隐患。中国是世界上氧化镁的主要产地，资源丰富，价廉物美，氧化镁湿法脱硫工艺总的来说较其它传统脱硫工艺而言，该工艺新型实用而且经济，在中小型电站项目上，该脱硫工艺上具有一定的优势和一定的市场，具有推广应用价值。

参考文献：

[1]郝吉明，《燃煤二氧化硫污染控制技术手册》，[M]，化学工业出版社，2005.02

[2]钟秦，《燃煤烟气脱硫脱硝急速及工程案例》，[M]，化学工业出版社，2007.05

[3]中国环境保护产业协会，《燃煤电厂烟气超低排放技术》，[M]，中国电力出版社，2015.10

作者简介：谢俊东，男，51岁，1992年7月毕业于西安交通大学能源系锅炉专业，高级工程师，国家注册环保工程师，锅炉、压力容器检验师，现从事锅炉压力容器检验。