燒結(jié)煙氣氧化鎂法脫硫應(yīng)用研究

李 勇 鄧增軍 周 末

（中冶長天國際工程有限責(zé)任公司湖南長沙410007）

燒結(jié)煙氣氧化鎂法脫硫應(yīng)用研究

李 勇 鄧增軍 周 末

（中冶長天國際工程有限責(zé)任公司湖南長沙410007）

為了解決石灰石－石膏法煙氣脫硫的結(jié)垢問題，鎂法煙氣脫硫技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，本文通過簡述江西某鋼廠鎂法煙氣脫硫工程的設(shè)計、運(yùn)行情況，為燒結(jié)行業(yè)煙氣脫硫技術(shù)提供一種備選方案。

氧化鎂；煙氣脫硫；燒結(jié)；吸收塔

1 概述

江西某鋼廠有兩臺燒結(jié)機(jī)，其中一臺為130m2燒結(jié)機(jī)，另一臺為245m2燒結(jié)機(jī)，兩臺燒結(jié)機(jī)共用一套氧化鎂法煙氣脫硫系統(tǒng)，氧化鎂回收采用多效蒸發(fā)結(jié)晶回收系統(tǒng)。脫硫系統(tǒng)于2013年底正式投入運(yùn)行。

2 工藝原理

氧化鎂法脫硫主要有三個反應(yīng)過程：脫硫液制備、污染物吸收、終產(chǎn)物氧化。

脫硫液制備：

MgO+H2O→Mg(OH)2

污染物吸收：

SO2+H2O→H2SO3

H2SO3+Mg(OH)2→MgSO3+H2O

H2SO3+MgSO3+H2O→Mg(HSO3)2

Mg(HSO3)2+Mg(OH)2→2MgSO3+2H2O

終產(chǎn)物氧化：

2MgSO3+O2→2MgSO4

Mg(HSO3)2+O2→MgSO4+H2SO4

3 工藝流程圖

氧化鎂法脫硫工藝流程路線簡單，燒結(jié)煙氣依次經(jīng)過增壓風(fēng)機(jī)、濃縮降溫塔、吸收塔后排放，氧化鎂制備成氫氧化鎂漿液后依次在吸收塔、濃縮降溫塔中與煙氣中的SO2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，最終被氧化成硫酸鎂漿液進(jìn)入蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)回收七水硫酸鎂，工藝流程見圖1。

圖1 氧化鎂法煙氣脫硫工藝流程圖

4 設(shè)計性能指標(biāo)

脫硫系統(tǒng)設(shè)計性能指標(biāo)見表1。

表1 煙氣脫硫系統(tǒng)設(shè)計性能指標(biāo)

5 系統(tǒng)構(gòu)成

氧化鎂法煙氣脫硫系統(tǒng)主要由脫硫液制備系統(tǒng)、吸收系統(tǒng)、硫酸鎂蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)構(gòu)成。

5.1 脫硫液制備系統(tǒng)

脫硫劑制備系統(tǒng)主要由氫氧化鎂制備、儲存箱及氫氧化鎂輸送泵等其它附屬設(shè)備組成，該系統(tǒng)主要用于制備、儲存氫氧化鎂漿液，按脫硫系統(tǒng)最大漿液消耗量的200%設(shè)計，氫氧化鎂制備箱、氫氧化鎂輸送泵均按一用一備設(shè)置，氫氧化鎂儲存箱可儲存8h脫硫液用量。

5.2 吸收系統(tǒng)

吸收系統(tǒng)主要由濃縮降溫塔、濃縮降溫塔循環(huán)泵、吸收塔（含漿液池、噴淋層、除霧器）、吸收塔循環(huán)泵、攪拌器、氧化風(fēng)機(jī)、硫酸鎂漿液排出泵等設(shè)備組成。

5.2.1 濃縮降溫塔

濃縮降溫塔在氧化鎂脫硫系統(tǒng)中主要有兩個作用，一方面硫酸鎂漿液可以在濃縮降溫塔中與燒結(jié)熱煙氣接觸反應(yīng)，硫酸鎂漿液中的水分被熱煙氣蒸發(fā)，硫酸鎂漿液濃度可以大大提高，從而可以節(jié)約后續(xù)蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)的能耗；另一方面燒結(jié)熱煙氣在濃縮降溫塔中由于吸收了硫酸鎂漿液中水分，熱煙氣得到了冷卻，有利于后續(xù)吸收塔中吸收反應(yīng)。濃縮降溫塔設(shè)計直徑為12m，反應(yīng)段設(shè)計煙氣停留時間3s。

5.2.2 吸收塔

燒結(jié)煙氣的污染物大部分在吸收塔中被去除，吸收塔采用空塔噴淋技術(shù)，并在漿液池配置有4臺側(cè)進(jìn)式攪拌器，能有效防止?jié){液沉積堵塞管道。吸收塔設(shè)置有3臺漿液循環(huán)泵（流量：3400 m3/h，揚(yáng)程：24m/26m/28m），并配套設(shè)置了3層漿液噴淋層，每層噴淋層都選用耐磨損、耐腐蝕的碳化硅噴嘴，且噴嘴的布置保證漿液覆蓋率達(dá)到200%以上，保證系統(tǒng)能安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行。為了防止吸收塔出口煙氣攜帶微小的脫硫液滴，吸收塔頂部還布置有兩層高效的屋脊式除霧器，屋脊式除霧器能保證吸收塔出口粉塵達(dá)標(biāo)排放。吸收塔設(shè)計直徑為13.4m，反應(yīng)段設(shè)計煙氣停留時間為4s。

5.3硫酸鎂蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)

硫酸鎂蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)主要用于七水硫酸鎂回收，其回收原理為：用蒸汽加熱硫酸鎂漿液并蒸發(fā)部分水分，然后在迅速冷卻到一定的溫度析出七水硫酸鎂晶體，并用離心機(jī)分離出晶體，最后用干燥機(jī)烘干就達(dá)到了回收七水硫酸鎂晶體的目的。硫酸鎂蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)主要包括：1座多效循環(huán)蒸發(fā)器；1臺渦旋分離稠厚器；2臺離心機(jī)（一用一備）；1臺振動流化床干燥機(jī)；1臺半自動成品包裝機(jī)。

6 運(yùn)行情況

煙氣脫硫系統(tǒng)于2013年12月底正式投入運(yùn)行，系統(tǒng)能在設(shè)計工況下穩(wěn)定運(yùn)行，各項(xiàng)性能指標(biāo)均能達(dá)到設(shè)計要求，脫硫效率可達(dá)95%以上，煙囪出口粉塵濃度可滿足排放要求。

7 存在的問題

脫硫系統(tǒng)正常運(yùn)行幾個月后發(fā)現(xiàn)整個系統(tǒng)阻力逐漸增加，增壓風(fēng)機(jī)已不能滿足系統(tǒng)正常運(yùn)行要求，停機(jī)檢修發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在一些濕法脫硫常見的問題。

7.1 漿液沉積

停機(jī)檢修發(fā)現(xiàn)濃縮塔漿液池底部漿液沉積現(xiàn)象較嚴(yán)重，吸收塔漿液池底部只有局部區(qū)域有少量沉積物。濃縮塔沉積物主要成份為亞硫酸鎂、硫酸鎂、粉塵、重金屬等，其中亞硫酸鎂含量達(dá)60%以上。

7.2 蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)故障

蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)故障率偏高，系統(tǒng)多次出現(xiàn)管道堵塞現(xiàn)象，一旦出現(xiàn)管道堵塞現(xiàn)象，結(jié)晶系統(tǒng)必須停運(yùn)檢修。在實(shí)際運(yùn)行過程中，結(jié)晶系統(tǒng)還出現(xiàn)過無晶體析出或只有少量晶體析出的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響氧化鎂的回收效率，氧化鎂的回收效率不足50%。

7.3 煙囪雨

該脫硫系統(tǒng)煙囪雨現(xiàn)象控制相對較好，只是在負(fù)荷高及其他自然條件較差的情況下有少量煙囪雨，主要有如下幾個原因：（1）吸收塔出口除霧器采用屋脊式除霧器，除霧效果較好；（2）排煙筒煙氣流速低于14m/s，煙氣中的水分大部分在煙囪內(nèi)凝結(jié)后回流至塔內(nèi)；（3）排煙筒設(shè)計有旋流裝置，煙氣在煙囪中旋流，煙氣中夾帶的水分在離心力的作用下從煙氣中分離出來，排煙筒出口煙氣夾帶的水分大大減少。

7.4 腐蝕

由于燒結(jié)煙氣中含有SO2、SO3、HCl、HF等酸性氣體，絕大部分的酸性氣體能被脫硫液吸收后生成了稀酸，在煙氣脫硫系統(tǒng)中形成低pH值的強(qiáng)腐蝕環(huán)境，會對煙氣脫硫設(shè)備造成較強(qiáng)酸腐蝕。濃縮塔、吸收塔、箱罐等大型非標(biāo)設(shè)備一般采用玻璃鱗片防腐，鱗片防腐價格便宜，防腐效果好，但對施工要求較高。由于施工質(zhì)量原因，該脫硫塔塔壁發(fā)生過腐蝕穿孔現(xiàn)象。

7.5 磨損

氧化鎂法煙氣脫硫利用氫氧化鎂漿液作為脫硫劑，漿液濃度一般為25%～30%，因此對管道及設(shè)備的磨損也較大。該鋼廠管道大部分采用鋼骨架PE管及襯膠鋼管，鋼骨架PE管耐磨耐腐均較好，襯膠鋼管耐腐蝕較好，但耐磨性相對較差，管道彎頭部位出現(xiàn)過磨穿的現(xiàn)象。

8 改進(jìn)措施

8.1 防止?jié){液沉積的措施

濃縮塔中漿液濃度較高，只設(shè)置有氧化空氣管網(wǎng)，漿液靠氧化空氣鼓泡攪動，沒有配套設(shè)置氣浮攪動泵或機(jī)械攪拌器。漿液攪拌強(qiáng)度很低，這是導(dǎo)致濃縮塔漿液池底部沉積的最直接原因。針對這個問題，停機(jī)檢修時增加了4臺機(jī)械側(cè)進(jìn)式攪拌器，后續(xù)運(yùn)行基本解決了漿液沉積問題。

8.2 改善蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)的措施

蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)故障率偏高，主要原因是多效循環(huán)蒸發(fā)器缺乏精確控制蒸發(fā)量的手段，很難精確控制蒸發(fā)器出口硫酸鎂漿液濃度，當(dāng)蒸發(fā)的水分過多時，不僅造成了能源的浪費(fèi)，同時也會導(dǎo)致晶體在蒸發(fā)器內(nèi)析出，析出的晶體粘附在蒸發(fā)器管道壁上造成管道堵塞，影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。針對多效循環(huán)蒸發(fā)器目前存在的缺點(diǎn)，適當(dāng)增加一些控制儀表，如密度計、溫度計、流量計、調(diào)節(jié)閥等，增加多效循環(huán)蒸發(fā)器控制手段，強(qiáng)化多效循環(huán)蒸發(fā)器的可控性，有利于蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

8.3 預(yù)防煙囪雨的措施

目前控制煙囪雨的方法較多，如降低排煙筒內(nèi)煙氣流速、排煙筒設(shè)置旋流裝置、吸收塔采用除霧效果更好的屋脊式除霧器、屋脊式除霧器前加設(shè)預(yù)除霧裝置等措施，這些方法均可有效減少煙囪雨，但都不能從根本上解決煙囪雨的問題，目前一種新型的預(yù)防煙囪雨技術(shù)已悄然興起，火力發(fā)電行業(yè)已有多套應(yīng)用濕式電除霧器成功杜絕煙囪雨的案例，因此，濕式電除霧器在不久的將來必將成為預(yù)防煙囪雨的重要手段。

8.4 防腐防磨

濕法煙氣脫硫凡是與漿液接觸的部位均需做防腐防磨處理，根據(jù)設(shè)備所在位置的不同，應(yīng)采用不同的防腐防磨技術(shù)，其主要的防腐防磨部位有如下幾個：

8.4.1 濃縮塔入口區(qū)域

濃縮塔入口區(qū)域?yàn)楦蓾窠缑鎱^(qū)，工藝條件復(fù)制，入口煙氣粉塵濃度高，該區(qū)域防腐防磨要求最高，是濕法脫硫核心防腐防磨區(qū)域。該區(qū)域的防腐防磨材料一般采用耐腐蝕耐磨損較好的合金鋼，目前采用較多的為1.4529鎳鉬合金鋼、C276哈氏合金鋼。1.4529鎳鉬合金鋼成本遠(yuǎn)低于C276哈氏合金鋼，完全能滿足該區(qū)域的防腐耐磨要求，因此，1.4529鎳鉬合金鋼逐漸取代了C276哈氏合金鋼在脫硫領(lǐng)域的應(yīng)用。

8.4.2 濃縮塔、吸收塔、漿液箱等大型非標(biāo)件內(nèi)部

濃縮塔、吸收塔、漿液箱等大型非標(biāo)件內(nèi)部一般只與漿液或濕煙氣接觸，與漿液或濕煙氣接觸的部位漿液或煙氣流速均較少，磨損強(qiáng)度隨之減少，因此可采用耐磨性能相對較差的橡膠襯里、玻璃鱗片襯里、FRP襯里等進(jìn)行防腐防磨，該區(qū)域的腐蝕主要為氯離子等酸性離子腐蝕，而橡膠襯里、玻璃鱗片襯里、FRP襯里耐酸性離子腐蝕性能好。玻璃鱗片襯里由于具備防腐性能優(yōu)良、施工方便、成本低廉、維護(hù)方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，在脫硫脫硝領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。

8.4.3 管道及管件

管道的防腐防磨應(yīng)用較多的是橡膠襯里管，襯膠鋼管防腐性能好，但受工藝條件限制，橡膠襯里在溫度變化較大時容易與鋼管脫落，因此襯膠鋼管有被其他襯里管道替代的趨勢，較好的替代產(chǎn)品為鋼骨架PE管，鋼骨架PE管為整體成型，不存在襯里脫落的現(xiàn)象，且防腐耐磨性能優(yōu)越，該鋼廠所選用鋼骨架PE管使用至今效果良好，無因腐蝕磨損穿孔現(xiàn)象。

9結(jié)語

氧化鎂法煙氣脫硫系統(tǒng)是一種資源回收型的新型脫硫技術(shù)，具有脫硫效率高、運(yùn)行穩(wěn)定、副產(chǎn)物利用價值高等優(yōu)點(diǎn)，完全能適應(yīng)燒結(jié)煙氣的運(yùn)行條件，針對目前工程中出現(xiàn)的一些問題加以改進(jìn)后，燒結(jié)煙氣脫硫系統(tǒng)基本可保證持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，脫硫效率可達(dá)95%以上。實(shí)際運(yùn)行中濃縮塔漿液池未再出現(xiàn)漿液沉積現(xiàn)象，除霧器部位也只有少量污垢，處于合理范圍內(nèi)，設(shè)備腐蝕及磨損也得到了有效控制，氧化鎂回收效率也有一定的提高，但回收效率依然不高，如能進(jìn)一步提高氧化鎂的回收效率，氧化鎂法煙氣脫硫技術(shù)將成為頗具市場競爭力的燒結(jié)煙氣脫硫技術(shù)之一。

[1]中國環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會.火電廠煙氣脫硫工程技術(shù)規(guī)范.石灰石/石灰－石膏法HJ/T179-2005.2005,06,24.

李勇（1982—），男，湖南，本科，工程師。從事工業(yè)窯爐煙氣凈化工作。