探討影響鎂法脫硫系統(tǒng)正常運(yùn)行質(zhì)量的因素

馮漢存

摘 要：隨著國家層面對(duì)環(huán)保要求的日益提高，各發(fā)電企業(yè)面對(duì)的環(huán)保壓力愈加嚴(yán)峻。鎂法脫硫技術(shù)作為濕法脫硫技術(shù)的重要組成部分，在國家的環(huán)保事業(yè)中占有不可或缺的地位。鎂法脫硫技術(shù)相比鈣法脫硫技術(shù)，有著成熟穩(wěn)定、脫硫效率高、副產(chǎn)品可回收循環(huán)利用等無可比擬的技術(shù)優(yōu)勢，但鎂法脫硫系統(tǒng)在工況運(yùn)行過程中的某些因素嚴(yán)重影響、威脅著脫硫系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。本文將對(duì)其主要影響因素并調(diào)整技術(shù)措施作簡要分析概述，并斗膽對(duì)未來的濕法脫硫技術(shù)發(fā)展趨勢提出自己的陋見。

關(guān)鍵詞：鎂法脫硫;正常運(yùn)行;因素

中圖分類號(hào)：X703.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）13-0011-02

鎂法脫硫是用輕燒氧化鎂（MgO）粉為還原劑，經(jīng)熱水水化與其反應(yīng)后形成氧化鎂粉與氫氧化鎂（Mg（OH）2）混合介質(zhì)漿液，通過與進(jìn)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(chǎn)品亞硫酸鎂（MgSO3）和硫酸鎂（MgSO4）混合產(chǎn)物的工業(yè)過程。

其主要反應(yīng)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(yīng)過程中，影響吸收塔正常運(yùn)行質(zhì)量的因素如下：

1.1 氧化鎂（MgO）水解效率

眾所周知，影響化學(xué)反應(yīng)速率有幾大因素，溫度、壓力、反應(yīng)濃度、有效接觸效率、pH等。下面將對(duì)其一一進(jìn)行分析。

（1）熱水溫度。輕燒氧化鎂水合反應(yīng)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(dǎo)致氧化鎂物質(zhì)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(jié)構(gòu)，與水分子簇中的剩余部分生成雙羥基極性離子團(tuán)。而雙羥基結(jié)構(gòu)團(tuán)可以與鎂離子組成氫氧化鎂物質(zhì)分子。

由于溫度對(duì)物質(zhì)焓量的影響，溫度越高，焓量越大，分子內(nèi)部原子振動(dòng)越劇烈。氧化鎂粉水合時(shí)水溫越高，氧化鎂分子內(nèi)部與水分子內(nèi)部分子振動(dòng)越劇烈，導(dǎo)致氧化鎂中氧原子與氫離子碰撞作用加強(qiáng)，兩者的電子云交互的范圍就會(huì)變大，氧原子奪取氫離子的概率增大，氧化鎂水合作用加強(qiáng);相對(duì)地，由于氧化鎂水合反應(yīng)的不徹底性，氫氧化鎂分子團(tuán)分解離析的概率也會(huì)增加，產(chǎn)生的離子會(huì)生成新的分子簇，對(duì)氧化鎂水合作用產(chǎn)生負(fù)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(yīng)的效果。在一定濃度范圍內(nèi)，水合反應(yīng)體系中產(chǎn)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(jié)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(yīng)越徹底，效果越好。

（3）氧化鎂粉細(xì)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(jù)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(huán)境下氧化鎂水解比較困難，對(duì)其有抑制作用。水化效果與氧化鎂的活性有關(guān)，活性高的容易水解。氧化鎂水解后，表面會(huì)形成比較疏松的氫氧化鎂包殼，水分子擴(kuò)散進(jìn)去后繼續(xù)水解。

1.2 噴淋效率

（1）噴淋系統(tǒng)布局。現(xiàn)脫硫漿液噴淋系統(tǒng)一般安裝有碳化硅材質(zhì)噴嘴，在漿液循環(huán)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(yīng)煙氣空間。在吸收塔內(nèi)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(nèi)部的布局顯得格外重要，要保證煙氣流動(dòng)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(dòng)均勻性。為保證吸收塔系統(tǒng)的正常運(yùn)行，吸收塔內(nèi)部空間搭設(shè)有各種設(shè)備，如噴淋系統(tǒng)、除霧器系統(tǒng)及高壓水沖洗系統(tǒng)等。設(shè)備的存在導(dǎo)致鍋爐煙氣在其中流動(dòng)過程中的不均勻性，會(huì)產(chǎn)生各種湍流，氣態(tài)硫氧化物在煙氣中不均態(tài)分布。此種工況會(huì)導(dǎo)致脫硫漿液處理煙氣的出力波動(dòng)，可能會(huì)造成環(huán)保污染事故。

1.3 pH值

氫氧化鎂是一種能溶于水的中強(qiáng)堿性物質(zhì)，根據(jù)氧化鎂溶解水合過程分析，加入吸收塔內(nèi)的“氫氧化鎂”漿液是氫氧化鎂、氧化鎂粉及水的混合物質(zhì)。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(yīng)體系中pH值逐漸下降，能夠促進(jìn)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(yīng);另外，根據(jù)一定溫度下溶液的離子積方程（吸收塔內(nèi)環(huán)境主要是水溶解多物質(zhì)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(jìn)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(shí)間內(nèi)進(jìn)入脫硫吸收塔內(nèi)部，需要處理的二氧化硫的量。根據(jù)吸收塔反應(yīng)Mg/S指數(shù)，理論上需同步加入一定量的氫氧化鎂。實(shí)際上，在吸收塔系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，進(jìn)入吸收塔的煙氣濃度是動(dòng)態(tài)改變的，補(bǔ)充吸收塔內(nèi)部的新鮮漿液量也需要同步改變。但鑒于反應(yīng)過程需要時(shí)間，吸收塔內(nèi)部漿液監(jiān)測儀表反映出的數(shù)據(jù)與操作時(shí)間對(duì)比有一定的滯后性。因此，在日常吸收塔運(yùn)行中，吸收塔實(shí)際補(bǔ)漿并不能與吸收塔反應(yīng)所需完美契合。

吸收塔補(bǔ)充漿液最好的運(yùn)行方式是吸收塔內(nèi)部需要多少，漿液泵就補(bǔ)充多少漿液進(jìn)入吸收塔。若鍋爐負(fù)荷、煙氣濃度波動(dòng)，由于參數(shù)反映的滯后性，時(shí)時(shí)補(bǔ)充的漿液在吸收塔塔內(nèi)反應(yīng)會(huì)有一定的富余或短缺，進(jìn)而進(jìn)行一系列的補(bǔ)漿調(diào)整，導(dǎo)致脫硫吸收塔系統(tǒng)整體參數(shù)波動(dòng)。

2 針對(duì)性調(diào)整

2.1 水解效率

氧化鎂水合反應(yīng)時(shí)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(xiàn)場設(shè)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(shí)要根據(jù)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(shí)增加設(shè)備損耗與運(yùn)行成本。在制備氫氧化鎂漿液時(shí)，一般控制其濃度在1150kg/m3左右。

氧化鎂粉顆粒越細(xì)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(tǒng)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(tǒng)的整體運(yùn)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(yùn)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(tǒng)中風(fēng)阻，提高了煙氣系統(tǒng)中風(fēng)機(jī)的能耗，違背了節(jié)能降耗的初衷。在氧化鎂濕法脫硫煙氣系統(tǒng)中，吸收塔內(nèi)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(dá)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(huán)泵給吸收塔噴淋漿液提供動(dòng)力，使其經(jīng)過噴淋系統(tǒng)噴嘴內(nèi)部時(shí)在切向力的作用下，旋轉(zhuǎn)噴出并霧滴化;噴淋噴嘴內(nèi)部的切向角度也會(huì)影響漿液的霧化效果。漿液循環(huán)泵出力不足與否，直接作用于吸收塔噴淋系統(tǒng)的效率。關(guān)于吸收塔噴淋系統(tǒng)噴淋效果，則需通過系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝調(diào)試時(shí)噴淋系統(tǒng)的整體試驗(yàn)得出最佳搭配。

在安裝吸收塔時(shí)，為保證吸收塔內(nèi)部煙氣流動(dòng)的均勻性及可處理性，會(huì)在吸收塔內(nèi)部塔壁上安裝煙氣托盤、偏轉(zhuǎn)環(huán)、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(tǒng)中，因?yàn)殒V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(jī)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(yīng)過程和結(jié)晶轉(zhuǎn)化。為了保證鎂法脫硫中吸收塔正常反應(yīng)所需環(huán)境和反應(yīng)的進(jìn)行，就反應(yīng)要求來說，一般會(huì)控制pH盡可能低。為減少對(duì)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(nèi)。

2.4 脫硫效率

在吸收塔正常運(yùn)行時(shí)，為避免吸收塔補(bǔ)漿過?；蚨倘睂?duì)吸收塔內(nèi)部反應(yīng)過程產(chǎn)生影響，在人員操作情況下，只能依據(jù)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)吸收塔入口煙氣各參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整;在自動(dòng)程控操作模式下，可以建立數(shù)據(jù)模型，通過大量的吸收塔進(jìn)、出口參數(shù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析修正得出最佳的補(bǔ)漿方式、數(shù)據(jù)，控制吸收塔系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)始終在正常范圍內(nèi)波動(dòng)。

3 未來趨勢分析

在此，本人斗膽對(duì)濕法脫硫技術(shù)未來發(fā)展方向作出自己的預(yù)測：

（1）脫硫技術(shù)將繼續(xù)發(fā)展，更多高效的脫硫技術(shù)將應(yīng)用于生產(chǎn)，如燃煤?；摿?、燃煤離子化離析同步發(fā)電并脫硫等，也可以多種脫硫技術(shù)復(fù)合處理煙氣等;（2）更多高效、低成本、環(huán)境友好型脫硫劑將應(yīng)用在日常生產(chǎn)中;（3）人工智能、大數(shù)據(jù)的應(yīng)用，將導(dǎo)致發(fā)電廠將朝向智能化電廠發(fā)展。環(huán)保脫硫系統(tǒng)將以大數(shù)據(jù)建立的數(shù)據(jù)庫模型為基礎(chǔ)，依靠各電子控制單元，實(shí)現(xiàn)智能化聯(lián)網(wǎng)管理運(yùn)行。

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