供熱鍋爐氧化鎂法脫硫工程介紹

王道斌

作為國(guó)內(nèi)重點(diǎn)旅游城市之一，大連市于2015年出臺(tái)了《大連市人民政府關(guān)于實(shí)施藍(lán)天工程的意見(jiàn)》，計(jì)劃投資19.5億元全面淘汰、升級(jí)改造燃煤鍋爐，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，減少燃煤廢氣排放，多措并舉，綜合治理霧霾。我公司于2016 年7 月承接了大連某公司20t/h 供熱鍋爐氧化鎂法脫硫工程項(xiàng)目，2016 年10 月竣工。作為“藍(lán)天工程”的一部分，該項(xiàng)目脫硫技術(shù)改造后，SO2和煙塵排放量大幅降低，環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益顯著。

該項(xiàng)目鍋爐所用的煤種含硫量為0.3%～1%（燃煤煤質(zhì)見(jiàn)表1，燃煤消耗量見(jiàn)表2），排放煙氣中的SO2含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了允許值。2015 年第三方環(huán)保檢測(cè)機(jī)構(gòu)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，排放煙氣中的SO2含量高值達(dá)1 800mg/m3（標(biāo)），而大連市的地方標(biāo)準(zhǔn)為100mg/m3（標(biāo)），要嚴(yán)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。目前最高標(biāo)準(zhǔn)為超凈排放標(biāo)準(zhǔn)，排放值僅為35mg/m3（標(biāo)），因此環(huán)保改造勢(shì)在必行。

表1 項(xiàng)目20t/h鍋爐燃煤煤質(zhì)分析

表2 項(xiàng)目20t/h鍋爐燃煤消耗量*

1 工藝方案

1.1 脫硫工藝的選擇

本項(xiàng)目脫硫效率要求達(dá)95%以上，因此需要選用濕法脫硫工藝。目前國(guó)內(nèi)成熟度最高的兩種濕法脫硫工藝分別是石灰石—石膏法及氧化鎂法。本工程最終選用氧化鎂法脫硫工藝，主要是基于以下幾個(gè)因素考量：

（1）原料來(lái)源充足

我國(guó)氧化鎂的儲(chǔ)量十分豐富，目前已探明的儲(chǔ)量約為160 億噸，占全世界80%左右，主要分布在遼寧、山東、四川、河北等省，其中遼寧省氧化鎂儲(chǔ)量約占總量的84.7%。本項(xiàng)目地處遼寧省內(nèi)，充足的氧化鎂供應(yīng)是選用該工藝的重要原因之一。

（2）系統(tǒng)運(yùn)行可靠

鎂法脫硫相對(duì)于鈣法脫硫的最大優(yōu)勢(shì)是系統(tǒng)不會(huì)發(fā)生設(shè)備結(jié)垢堵塞問(wèn)題，氫氧化鎂、硫酸鎂和亞硫酸鎂均易溶于水，可保證整個(gè)脫硫系統(tǒng)能夠安全有效地運(yùn)行。同時(shí)，氧化鎂法脫硫pH 值控制在6.0～6.5 之間，在這種條件下設(shè)備腐蝕問(wèn)題也能得到一定程度的緩解。

（3）脫硫效率高

化學(xué)反應(yīng)活性方面，氧化鎂遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鈣基脫硫劑，并且由于氧化鎂的分子量較碳酸鈣和氧化鈣均小，因此在其他條件相同的情況下，氧化鎂的脫硫效率要高于鈣法脫硫。一般情況下，氧化鎂的脫硫效率可達(dá)95%～98%以上，而石灰石—石膏法的脫硫效率為90%～95%左右。

（4）投資費(fèi)用少

由于氧化鎂法脫硫工藝具有獨(dú)特的優(yōu)越性，在進(jìn)行吸收塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、循環(huán)漿液量的計(jì)算、設(shè)備的功率選型時(shí)，都可以減小相應(yīng)數(shù)值。氧化鎂法脫硫系統(tǒng)的投資費(fèi)用和鈣法脫硫相比，一般可以降低20%以上。

（5）運(yùn)行費(fèi)用低

脫硫系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用主要包括脫硫劑的費(fèi)用和水電氣的消耗費(fèi)用。氧化鎂的價(jià)格比碳酸鈣的價(jià)格高，但是脫除同樣的SO2，氧化鎂的用量?jī)H為碳酸鈣的40%。在水電氣消耗方面，液氣比的大小是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)脫硫效率以及運(yùn)行費(fèi)用影響最大的因素。對(duì)石灰石—石膏系統(tǒng)而言，液氣比一般都在15L/m3以上，而氧化鎂系統(tǒng)可以在7L/m3以下，這樣氧化鎂法脫硫工藝就能節(jié)省很大一部分運(yùn)行費(fèi)用。同時(shí)，氧化鎂法的副產(chǎn)物—硫酸鎂的出售也可以抵消一部分費(fèi)用。

1.2 氧化鎂濕法脫硫工藝介紹

本項(xiàng)目的具體工藝流程見(jiàn)圖1。

經(jīng)布袋除塵器凈化后的鍋爐煙氣由引風(fēng)機(jī)進(jìn)入脫硫塔，塔內(nèi)煙氣與制漿系統(tǒng)提供的脫硫堿液充分接觸反應(yīng)，由于塔內(nèi)提供了良好的氣液接觸條件，氣體中的SO2被堿性液體有效吸收。

漿液是含有MgSO3晶體、MgSO4、少量未反應(yīng)的氫氧化鎂和少量飛灰等的混合物，在循環(huán)地池內(nèi)進(jìn)行氧化反應(yīng)，部分漿液溢流至沉淀地池，再通過(guò)泵抽出，經(jīng)板框式壓濾機(jī)壓濾后輸送到指定地點(diǎn)。

1.2.1 堿液制備系統(tǒng)

氧化鎂漿液制備的反應(yīng)方程式如下：

本系統(tǒng)由堿液制備槽（0.78m3儲(chǔ)罐，5h 加一次氧化鎂，建議采用熟化時(shí)間4～5h，純度90%的氧化鎂）、堿液儲(chǔ)槽（1.76m3儲(chǔ)罐）、堿液返料泵、堿液供給泵等設(shè)備及設(shè)施組成。氧化鎂由工作人員定量加入漿液制備槽內(nèi)進(jìn)行消化和配漿，使氧化鎂粉在制備槽內(nèi)充分溶解，再由漿液返料泵抽到儲(chǔ)液儲(chǔ)槽中。待PLC 反饋的pH 值低于設(shè)定值時(shí)，將氧化鎂溶液通過(guò)堿液供給泵輸送進(jìn)循環(huán)地池。

1.2.2 煙氣系統(tǒng)

原鍋爐引風(fēng)機(jī)因壓力不足進(jìn)行更換，將引風(fēng)機(jī)的現(xiàn)出口煙道拆除，重新制作引風(fēng)機(jī)出口煙道并與脫硫塔入口處連接，煙道采用Q235優(yōu)質(zhì)碳鋼制作，中間適當(dāng)安裝煙道支架以保證管道的穩(wěn)定性。

1.2.3 SO2吸收系統(tǒng)

吸收過(guò)程發(fā)生的主要反應(yīng)如下：

圖1 脫硫工藝流程

脫硫塔是FGD 系統(tǒng)中的主體設(shè)備。煙氣在塔內(nèi)的流速、停留時(shí)間和氣液接觸是否充分及塔的阻力大小等因素，都直接影響對(duì)煙氣中的煙塵、二氧化硫的捕集和吸收。由于脫硫塔的直徑比煙道的內(nèi)徑大，所以塔內(nèi)煙氣流速變緩，煙氣與制漿系統(tǒng)提供的脫硫堿液充分接觸反應(yīng)。為了強(qiáng)化捕集及吸收過(guò)程，降低設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用，脫硫塔的設(shè)計(jì)需滿足以下要求：

（1）氣液間有充足的接觸面積和接觸時(shí)間；

（2）氣流均勻分布；

（3）操作彈性大，穩(wěn)定性強(qiáng)；

（4）系統(tǒng)阻力小，能耗低。

塔內(nèi)設(shè)有兩層噴淋、一層托盤、一套除霧器及除霧器清洗裝置。

脫硫塔塔體采用S304不銹鋼材質(zhì)，按“煙塔合一”設(shè)計(jì)。塔體段直徑φ2 400mm，高度20m；煙囪段直徑φ1 200mm。煙氣在脫硫塔內(nèi)空塔流速為2.88m/s，煙氣在塔內(nèi)停留時(shí)間為5s左右。

增設(shè)一層不銹鋼托盤層，托盤采用多孔板結(jié)構(gòu)，充分保證了煙氣在塔體內(nèi)的均勻分布，增加了傳質(zhì)效率。塔內(nèi)的噴淋層及除霧器、除霧器清洗裝置也均采用不銹鋼材質(zhì)，強(qiáng)度高，耐溫性能好，系統(tǒng)運(yùn)行可靠。

脫硫塔總體阻力損失約1 000Pa，為使脫硫塔噴淋層分布更加合理，兩層噴淋采用交錯(cuò)排布，以更好地覆蓋塔內(nèi)煙氣。

除霧器選用優(yōu)質(zhì)高效折流板式除霧器，除霧效果好，材質(zhì)為S316L不銹鋼。

沖洗水由除霧器沖洗水泵（管道泵）提供，同時(shí)用于補(bǔ)充循環(huán)地池中的水分蒸發(fā)損失。

1.2.4 脫硫渣處理系統(tǒng)

循環(huán)地池內(nèi)的脫硫漿液和氧化風(fēng)機(jī)鼓入的空氣進(jìn)行氧化反應(yīng)。氧化風(fēng)機(jī)為一用一備，氧化風(fēng)管為一根主管深入到循環(huán)地池底部，地池底部固定一排支管，主管與支管相連，支管上開(kāi)設(shè)有均勻分布的朝上的排氣孔。主管、支管均為S316L不銹鋼材質(zhì)。

氧化過(guò)程的化學(xué)反應(yīng)如下：

脫硫漿液經(jīng)過(guò)強(qiáng)制氧化反應(yīng)后，部分漿液溢流至沉淀地池，達(dá)到一定濃度后再通過(guò)板框進(jìn)料泵抽出，經(jīng)由板框式壓濾機(jī)壓濾成濕渣，脫硫副產(chǎn)物為七水硫酸鎂。

1.2.5 工藝水系統(tǒng)

工藝水系統(tǒng)應(yīng)滿足FGD 裝置正常運(yùn)行和事故工況下脫硫工藝系統(tǒng)的用水。

工藝水系統(tǒng)負(fù)責(zé)向下列設(shè)備供水：

（1）吸收塔除霧器沖洗用水；

（2）氧化鎂制漿和循環(huán)地池液位調(diào)整；

（3）設(shè)計(jì)中需要的各種其他用水。

1.3 FGD布置

FGD系統(tǒng)的布置需要綜合考慮廠區(qū)布置條件、交通運(yùn)輸和鍋爐房整體美觀和諧的需求，并滿足工藝設(shè)計(jì)及有利施工安裝、運(yùn)行維護(hù)的需要，合理布局，節(jié)省空間。脫硫系統(tǒng)布置外觀見(jiàn)圖2。

2 工程質(zhì)量及主要技術(shù)指標(biāo)

工程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范：執(zhí)行現(xiàn)行中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，并符合地方（大連市）大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。

工程驗(yàn)收條件：SO2排放濃度（脫硫系統(tǒng)前的SO2濃度≤2 000mg/m3（標(biāo)），氧濃度含量基于6%）≤100mg/m3（標(biāo)）。

脫硫工程于2016 年11 月進(jìn)行了考核驗(yàn)收，排放指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于合同規(guī)定值。系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中SO2排放濃度始終＜35mg/m3。脫硫系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表3。

3 環(huán)境、社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益

表4 列出了鍋爐廢氣加裝煙氣脫硫裝置和不加煙氣脫硫裝置時(shí)主要空氣污染物的排放情況及由此產(chǎn)生的變化情況。

從表4 可以看出，加裝煙氣脫硫裝置后，本項(xiàng)目排放的SO2和煙塵明顯減少，SO2和煙塵排放濃度也大大降低。

設(shè)計(jì)煤種每小時(shí)SO2的排放量從0.084t/h減少到0.001 47t/h，按設(shè)備年利用時(shí)間3 600h（供暖周期5個(gè)月）計(jì)算，每年的SO2排放量可由302.4t/年減少到5.29t/年，比脫硫前每年減少SO2排放297.11t/年，SO2排放濃度（煙囪出口）由2 000mg/m3（標(biāo)）下降到35mg/m3（標(biāo)），遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》及地方（大連市）大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)所允許的排放濃度。

粉塵排放濃度由30mg/m3（標(biāo)）（經(jīng)過(guò)布袋除塵器凈化后）下降到10mg/m3（標(biāo)）以下，粉塵排放減少3.024t/年，實(shí)際排放濃度滿足排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

本項(xiàng)目對(duì)現(xiàn)有的燃煤鍋爐廢氣進(jìn)行氧化鎂濕法脫硫技術(shù)改造后，二氧化硫和煙塵的排放量大大降低，減輕了該地區(qū)SO2和煙塵污染負(fù)荷，并達(dá)到了控制污染物排放總量的目標(biāo)，對(duì)改善該地區(qū)空氣環(huán)境質(zhì)量起到了十分重要的作用，環(huán)境效益和社會(huì)效益明顯。

經(jīng)濟(jì)效益方面，該項(xiàng)目的反應(yīng)副產(chǎn)物是硫酸鎂。硫酸鎂在醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、食品、化工等很多方面的應(yīng)用都比較廣泛，市場(chǎng)需求量較大，可以根據(jù)用戶的不同要求選擇不同的包裝方式進(jìn)行成品處理，經(jīng)濟(jì)價(jià)值很高。

圖2 脫硫系統(tǒng)布置外觀

表3 項(xiàng)目主要技術(shù)指標(biāo)

表4 本項(xiàng)目主要空氣污染物排放變化表*

4 結(jié)語(yǔ)

氧化鎂法脫硫是一種比較適用于中小型鍋爐改造的脫硫工藝，在部分地區(qū)，尤其是氧化鎂富集的地區(qū)有著極好的市場(chǎng)前景。該工藝脫硫效率高、投資及運(yùn)行費(fèi)用低、運(yùn)行可靠，具有顯著社會(huì)環(huán)境效益的同時(shí)，其副產(chǎn)物也能帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益，值得進(jìn)一步推廣應(yīng)用。