鎂法煙氣脫硫工藝煙塵濃度超標(biāo)原因分析及控制措施研究

武攀峰，吳 為，李 莉，周宇翔

（1.南通市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，江蘇 南通 226006；2.南通市農(nóng)產(chǎn)品檢測(cè)測(cè)試中心，江蘇 南通 226006）

0 引 言

SO2主要來(lái)源于化石燃料的燃燒，由于其具有一定腐蝕性，是我國(guó)污染物總量排放控制指標(biāo)和現(xiàn)階段首要污染物減排指標(biāo)。煙氣脫硫是凈化SO2的主要途徑，與傳統(tǒng)石灰石-石膏法脫硫法相比，鎂法脫硫因反應(yīng)性好，脫硫效率高，不存在結(jié)垢、堵塞等問(wèn)題，運(yùn)行可靠，副產(chǎn)硫酸鎂（或亞硫酸鎂）便于回收利用等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是一種最具發(fā)展前景的脫硫方式[1-2]。2011年魯北化工集團(tuán)成功將該工藝應(yīng)用于2×330 MW燃煤機(jī)組，建成了我國(guó)最大的鎂法脫硫裝置[3]。

然而在實(shí)際監(jiān)測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)鎂法脫硫不僅未對(duì)煙塵有處理效果，而且還會(huì)使得煙塵排放濃度高于脫硫前，甚至超標(biāo)。為此，本文通過(guò)對(duì)煙塵中主要離子濃度進(jìn)行分析，查明了主要超標(biāo)原因，并結(jié)合鎂法脫硫工藝，提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施。

1 試驗(yàn)部分

1.1 采樣與分析

本次采樣點(diǎn)位于兩臺(tái)130 t/h鍋爐除塵脫硫后煙道，煙塵采樣、分析嚴(yán)格按照GB/T 16157-1996[4]、HJ/T 373-2007[5]和 GB/T 5468-1991[6]的要求進(jìn)行。

1.2 測(cè)試項(xiàng)目與方法

1.2.1 檢測(cè)項(xiàng)目

根據(jù)氧化鎂脫硫工藝，選定測(cè)試項(xiàng)目包括煙塵、電導(dǎo)率、硫酸根、鎂離子。

1.2.2 方法步驟

煙塵按照GB/T 16157-1996中的測(cè)試方法。采樣后的濾筒放入105℃烘箱中烤1h，取出置于干燥器中，冷卻至室溫，用準(zhǔn)確度0.1mg天平稱(chēng)量至恒重，采樣前后濾筒重量之差即為采取的顆粒物量。

其他3項(xiàng)（電導(dǎo)率、硫酸根、鎂離子）測(cè)試方法為：將稱(chēng)重后的濾筒剪碎，放到容量瓶中，加入100mL水，超聲2h后經(jīng)0.45μm濾膜過(guò)濾，濾液上機(jī)進(jìn)樣。

1.3 分析儀器

硫酸根：離子色譜 戴安ICS2000（07060898），AS11-HC分析柱（4mm×250mm），流動(dòng)相為30mmol/L KOH，柱溫30.0℃，檢測(cè)器溫度35.0℃，流動(dòng)相流速1.00mL/min，進(jìn)樣體積 25μL。

鎂離子：離子色譜萬(wàn)通881（1881000007106），Metrosep C4-150分析柱（4mm×150mm），流動(dòng)相為2 mmol/L硝酸+0.05mmol/L吡啶二羧酸，柱溫30.0℃，檢測(cè)器溫度35.0℃，流動(dòng)相流速0.9mL/min，進(jìn)樣體積20μL。

電導(dǎo)率：電導(dǎo)率儀DDS-307A。

2 結(jié)果與討論

2.1 煙塵排放結(jié)果

通過(guò)對(duì)兩臺(tái)130 t/h鍋爐除塵脫硫后煙氣排放情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，結(jié)果表明，5月4日3次監(jiān)測(cè)結(jié)果，煙塵最大排放濃度為149.7mg/m3，超過(guò)GB 13223-2003《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》第3時(shí)段標(biāo)準(zhǔn)3.0倍；6月5日3次監(jiān)測(cè)結(jié)果煙塵最大排放濃度為33.9mg/m3，達(dá)標(biāo)排放。具體見(jiàn)表1所示。

表1 130t/h鍋爐煙塵排放監(jiān)測(cè)結(jié)果

2.2 原因分析

2.2.1 電導(dǎo)率

電導(dǎo)率反映了被收集到濾筒的煙塵顆粒物中各種陰陽(yáng)離子濃度的綜合指標(biāo)。由圖1可知，電導(dǎo)率隨煙塵濃度增加而增大，當(dāng)煙塵濃度為33.0mg/m3時(shí)，電導(dǎo)率82μs/cm，當(dāng)煙塵濃度為161.2mg/m3時(shí)，電導(dǎo)率達(dá)到最大值400 μs/cm，總體趨勢(shì)呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)r2為0.976。初步推斷，氧化鎂脫硫工藝對(duì)煙塵排放濃度增加具有一定貢獻(xiàn)，脫硫液會(huì)隨著煙氣排出進(jìn)入到煙塵中。

2.2.2 硫酸根離子

硫酸根離子（SO42-）是SO2與氫氧化鎂及氧氣反應(yīng)后的最終產(chǎn)物，煙塵中硫酸根濃度反應(yīng)出脫硫液隨煙氣的遷移量。圖2反應(yīng)了不同的煙塵濃度中硫酸根濃度的變化。由圖2可知，SO42-濃度隨煙塵濃度增加而增加，當(dāng)煙塵濃度為33.0mg/m3時(shí)，SO42-濃度13.5 mg/L，當(dāng)煙塵濃度為161.2mg/m3時(shí)，SO42-濃度達(dá)到最大值134mg/L，即煙塵濃度增加4.9倍，相應(yīng)的硫酸根離子濃度增加了9.9倍。硫酸根濃度隨煙塵濃度總體變化趨勢(shì)呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)r2為0.967。

圖1 不同煙塵濃度中電導(dǎo)率變化圖

圖2 不同煙塵濃度中硫酸根離子變化圖

2.2.3 鎂離子

煙塵中的鎂離子（Mg2+）主要來(lái)源于氧化鎂脫硫工藝，因此，Mg2+濃度能夠更加直觀反映出脫硫液進(jìn)入煙塵中的量。由圖3和圖4可以看出，Mg2+濃度變化與SO42-、電導(dǎo)率變化基本一致，隨煙塵濃度增加而增加，呈現(xiàn)顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)r2為0.956。當(dāng)煙塵濃度為 33.0 mg/m3時(shí)，Mg2+濃度為 1.559 mg/L，當(dāng)煙塵濃度為161.2 mg/m3時(shí)，Mg2+濃度達(dá)到最大值6.811mg/L，即煙塵濃度增加4.9倍，相應(yīng)的Mg2+濃度增加了4.4倍。

圖3 不同煙塵濃度中鎂離子濃度變化圖

圖4 煙塵與鎂離子濃度相關(guān)性變化圖

鎂法煙氣脫硫的基本原理是煙氣中的SO2在吸收塔中與含有氫氧化鎂（Mg（OH）2）的吸收劑反應(yīng)，生成硫酸鎂?；瘜W(xué)反應(yīng)如下：

（1）主反應(yīng)

（2）副反應(yīng)

由此可見(jiàn)，脫硫后生成的部分硫酸鎂溶液隨煙氣進(jìn)行遷移，致使煙塵采樣過(guò)程中在濾筒中沉積，造成了濾筒中煙塵濃度的增加。而且從表觀上看，采樣后的濾筒顯潮濕，經(jīng)烘干后，濾筒較硬，碰撞聲音較其他濾筒清脆。

2.3 改進(jìn)措施

通過(guò)以上測(cè)試分析可知，由于硫酸鎂、亞硫酸鎂等易溶于水，溶解度比硫酸鈣、亞硫酸鈣高出100倍左右，所以結(jié)垢可能性遠(yuǎn)小于鈣法，但極易被煙氣帶出，溶解在濕煙氣中。如果在脫硫后不采取再加熱升溫措施，部分鎂鹽會(huì)隨煙氣排放，致使在環(huán)保監(jiān)測(cè)過(guò)程中，煙氣中鎂鹽被濾筒吸收，濾筒重量加大，“煙塵”濃度超標(biāo)。

因此，減少氧化鎂脫硫?qū)焿m排放的影響，最主要的就是盡可能避免脫硫溶液進(jìn)入煙氣中。結(jié)合鎂法脫硫工藝，提出如下3種方法：（1）減少氧化鎂使用量，在滿(mǎn)足SO2排放濃度、總量達(dá)標(biāo)的情況下，盡量減少脫硫劑使用量，減小鎂硫比；（2）在脫硫后采用煙氣再加熱系統(tǒng)，即GGH，但在實(shí)際應(yīng)用中，該工藝在低溫端易造成石膏嚴(yán)重結(jié)塊堵塞，循環(huán)泵濾網(wǎng)堵塞，嚴(yán)重影響脫硫系統(tǒng)安全運(yùn)行；（3）強(qiáng)化煙氣除霧器（eliminator）功能。一般情況下，脫硫塔具有脫硫、除塵、除霧、氧化等四合一功能，由于煙氣脫硫后含大量水霧，可在脫硫塔上部安裝的煙氣除霧器中分離，去除水汽后經(jīng)由煙囪排放至大氣，煙氣中煙塵和其他的懸浮固體物也同時(shí)借著除霧器去除，除霧器在工業(yè)用水清洗循環(huán)下受到間歇性沖洗清潔，以除去聚附于此處的煙塵，避免差壓增加造成堵塞影響通風(fēng)力。

3 結(jié)束語(yǔ)

（1）鍋爐煙塵中電導(dǎo)率、SO42-濃度、Mg2+濃度變化與煙塵濃度呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)r2均大于0.95。

（2）鎂法煙氣脫硫工藝中脫硫液隨煙氣遷移，是造成鍋爐煙氣中煙塵排放濃度超標(biāo)的主要原因之一。

（3）盡可能避免脫硫溶液進(jìn)入煙氣中，是減少氧化鎂脫硫?qū)焿m排放影響的關(guān)鍵因素。通過(guò)采用選擇合理的鎂硫比、增設(shè)GGH、強(qiáng)化煙氣除霧系統(tǒng)等措施，可以達(dá)到控制要求。

[1]Urbanek A，Kumanowski K.Desulfurization of flue gasses by the wet magnesia method of Warsaw Technical University[J].CA，2002，137（8）：113-391.

[2]柴明，崔可，徐康富，等.氧化鎂濕法煙氣脫硫回收工藝的技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性初步分析[J].環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備，2006，7（4）：38-73.

[3]呂天寶.鎂法脫硫技術(shù)在2×330MW機(jī)組上的應(yīng)用[J].電力科技與環(huán)保，2011，27（4）：45-47.

[4]GB/T 16157—1996固定污染源排氣中顆粒物測(cè)定與氣態(tài)污染物采樣方法[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1996.

[5]HJ/T 373—2007固定污染源監(jiān)測(cè)質(zhì)量保證與質(zhì)量控制技術(shù)規(guī)范（試行）[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

[6]GB/T 5468—1991鍋爐煙塵測(cè)試方法[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1991.