氧化镁湿法脱硫技术在火力发电厂中的应用与探讨

氧化镁湿法脱硫技术在火力发电厂中的应用与探讨

刘祥坤

（大唐鲁北发电有限责任公司，山东 滨州 251909）

摘 要：本文针对大唐鲁北电厂2×330MW亚临界机组氧化镁湿法烟气脱硫技术的应用及特点进行归纳，对今后在各类新建电厂的应用具有一定的指导和参考意义。 关键词：氧化镁湿法 脱硫技术 应用 探讨

0 引言：

二氧化硫排放是造成大气污染及酸雨不断加剧的主要原因，我国一直高度重视对二氧化硫排放的控制。《国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》中提出，到2010年我国二氧化硫排放总量要削减10%。在关注脱硫的同时，国家制定了推动循环经济发展等策略，并加强了对二次污染的控制。国家、国家环保总局联合发布的《现有燃煤电厂二氧化硫治理“十一五”规划》中提出，“加快烟气脱硫新技术、新工艺的研发和示范试点，推动烟气脱硫副产品综合利用”，“对脱硫关键设备和脱硫副产品综合利用继续给予减免税优惠”等。

本文对大唐鲁北电厂2×330MW机组氧化镁湿法脱硫工程相关情况进行介绍，从而说明氧化镁烟气脱硫工艺是一种适应中国市场、经济实用并且具有良好市场前景的可推进循环经济发展的脱硫方式。 1 工程概述

原山东省环保局为推进山东电力行业氧化镁法脱硫新技术工艺，将大唐鲁北发电公司2×330MW机组作为氧化镁脱硫工艺试点进行推广。本工程建设2台氧化镁湿法脱硫装置，由六合天融（北京）环保科技有限公司总承包，盛尼克能源环保技术（重庆）有限公司负责技术支持。该装置在全烟气量时按燃煤含硫量1.7﹪设计，设计脱硫效率95﹪，大唐鲁北电厂2×330MW机组氧化镁法烟气脱硫工程是目前为止国内最大的镁法脱硫工程。1号机组脱硫于2009年11月24日顺利通过168试运，2号机组脱硫于2010年2月5日顺利通过168试运，脱硫效率最高达96.43%。该项目最突出的特点是脱硫副产物亚硫酸镁可煅烧为氧化镁和SO2富气。其中，SO2富气可制成重要的工业原料硫酸，氧化镁可做为脱硫剂在脱硫系统内重复使用，从而大大提高了脱硫剂的利用率，同时，也避免了抛弃脱硫副产物带来的二次污染。氧化镁—亚硫酸镁—硫酸—氧化镁的工艺模式，符合国家提倡的循环经济。 2 氧化镁法烟气脱硫基本原理

氧化镁湿法脱硫工艺是以氧化镁（MgO）为原料，经熟化生成氢氧化镁（Mg(OH)2）作为脱硫剂的一种湿法脱硫工艺，是一种先进、高效、经济的脱硫技术。

氧化镁的脱硫原理如下：

1）熟化反应：MgO + H2O → Mg(OH)2

在熟化罐中进行熟化，制成氢氧化镁浆液为脱硫剂。

2）吸收反应：喷淋吸收塔内二氧化硫（SO2）气体和少量SO3气体与（Mg(OH)2）： SO2 + Mg(OH)2 + 2H2O → MgSO3·3H2O SO2 + Mg(OH)2 + 5H2O → MgSO3·6H2O SO2 + Mg(OH)2 + 6H2O → MgSO4·7H2O

循环浆液中的MgSO3 在酸性条件下与SO2进一步反应：

SO2+ MgSO3·3H2O → Mg(HSO3)2+2H2O SO2+ MgSO3·6H2O → Mg(HSO3)2+5H2O

浆液中的Mg(OH)2又与Mg(HSO3)2反应：

Mg(OH)2 + Mg(HSO3)2+4H2O →2MgSO3·6H2O Mg(OH)2 + Mg(HSO3)2+H2O →2MgSO3·3H2O 最终生成以亚硫酸镁（MgSO3）为主的副产品。 3）氧化反应：

在烟气中氧气作用下部分MgSO3被氧化： 2MgSO3 + O2 → 2MgSO4

因此，脱硫反应的直接副产物是三水和六水的亚硫酸镁，而由于烟气中存在氧气（O2），在一定条件先将MgSO3氧化成MgSO4。MgSO4主要以七水结晶水形态，溶解度约为30%。影响氧化速率的因素主要有含O2量、SO2浓度、pH值、温度、停留时间等。

鲁北电厂FGD系统主要由脱硫剂氢氧化镁浆液制备系统、烟气系统、SO2吸收系统、吸收塔排空系统、脱硫副产品浆液输送和脱水系统、工业水系统、废水处理系统、热控系统、电气系统及杂用和仪用压缩空气系统等组成。其它还有检修、起吊、消防等设备。烟气首先进入除尘系统，通过静电除尘器或者布袋除尘器将99%以上的灰尘收集下来作为建筑材料出售给水泥厂等相关企业，既能增加企业收益又能避免因为尘粒而堵塞喷头降低脱硫效率。经除尘后的烟气从脱硫塔底部进入脱硫反应塔，在脱硫塔烟气入口处设有喷水降温的装置，将烟气的温度降到比较适于SO2发生化学反应。在吸收塔的上部有三层喷头不断的喷淋脱硫剂浆液，与从下而上的烟气进行逆向接触，充分的进行反应。为了减少设备的结构堵塞问题以及减小塔内压力损失过大保证烟气畅通，塔体内不设任何支撑或检修架。经洗涤后的烟气湿度比较大，需要对它进行脱水处理，在吸收塔内喷淋层的上方安装两层除雾器。同时在除雾器的上面又安装了自动工艺水冲洗系统以便及时处理运行一段时间后除雾器上面的烟尘。从脱硫塔内出来的烟气温度一般在50~60℃左右。并且烟气中仍含有少许水分，直接排放容易造成风机带水腐蚀风机叶片和烟囱。因此，在风机前面通过加热将烟气温度提高后再进行排放，这样就能避免风机及烟囱的腐蚀。

镁法脱硫工艺在日本和美国已分别有多台机组运行业绩。该工艺适用于各种硫量煤种的烟气脱硫，脱硫效率可达到95%以上。氧化镁粉作为吸收剂能更有效地去除烟气中的SO2，无结垢问题，并且氧化镁法脱硫工艺对脱硫剂的质量要求没有石灰石/石膏法高，液气比相对石灰石可减少2/3左右。循环泵的电能消耗可大大降低。

3 鲁北氧化镁法烟气脱硫工程基本设计条件 3.1 煤质资料

项目 符号 单位 设计煤种 % % % % % % 14.00 8.40 11.00 60.33 3.62 9.94 校核煤种 17.40 5.49 11.65 56.97 3.50 9.18 1）工业元素及可磨性分析 全水份 空气干燥基水份 灰份 碳 氢 氧

Mar Mad Aar Car Har Oar

氮 全硫 干燥无灰基挥发份 哈氏可磨性系数 收到基低位发热量 Nar St,ar Vdaf HGI % % % kJ/kg 0.70 0.41 36.44 56 22760 0.70 0.60（按1.7进行设计） 30.83 53 21490 1120 1150 1160 1170 33.77 11.90 13.17 23.79 1.18 7.86 0.79 1.81 0.73 0.45 4.55 19 137.66 2）灰熔融性（弱还原性气氛） 变形温度 软化温度 半球温度 熔融温度 3）灰成份 二氧化硅 三氧化二铝 三氧化二铁 氧化钙 氧化镁 三氧化硫 氧化钾 氧化钠 氧化钛 氧化锰 其它 4）煤粉细度 5）燃料使用量

3.2 FGD入口烟气参数 锅炉BMCR工况烟气参数 m/s 锅炉出口烟气量 m/s 锅炉出口烟气温度 ℃ 150

33DT ST HT FT ℃ ℃ ℃ ℃ 1130 1160 1210 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 K2O Na2O TiO2 MnO2 R90 % % % % % % % % % % % % T/h 36.71 13.09 11.36 22.92 1.28 8.30 0.73 1.23 4.38 22 439.2 482.66 129 工况每台，干态 工况每台，湿态 烟气通流能力设计温度 最高连续运行温度

干式电除尘器出口烟气条件 烟气量（干基烟气量） 水分含量 烟气温度（EP出口） 氧浓度 烟气（SO2）浓度

名称 型号 型式 转速 体积流量 质量流量 入口温度 出口温度 入口全压 入口静压 出口全压 出口静压 全压升 静压升 大气压 调节方式 效率 液压油油压 介质温度 介质密度 轴功率 叶轮级数 每级叶片数 叶片调节范围 轴承润滑方式 轴承冷却方式

m/h % ℃ % mg/Nm 3313176 8.76 120.4 4.5 3623 单位 数据（TB/B-MCR） HU25038-22 双级动叶可调轴流式风机 r/min m3/h kg/h ℃ ℃ （Pa） （Pa） （Pa） （Pa） （Pa） Pa Pa 动叶可调 ％ MPa ℃ g/m3 kw 级 片 度 85.4 4.2 135.5 0.904 3412 2 22 -36～+20 循环油+油池 循环油+油池+风冷 990/990 309/274 279.3/247.7 135.5/135.5 147.7/145.7 -6208/-5205 -60.4/-5742 3615/2981 2932.4/2443.7 9822.8/8185.7 9822.8/8185.7 102200

风机旋转方向（从电机侧看） 风机总重量 冷却风机型号 冷却风机流量 冷却风机全压 冷却风机转速 3.3 吸收介质氧化镁参数

牌号 氧化镁%≥ 二氧化硅%≤ 氧化钙%≤ 灼烧失量%≤ 细度（10%筛余） 3.4设计要求

kg 逆时针旋转 29000 5—29No.5A m3/h Pa r/min 3743—2731 1930—3860 2980 份额 85 6.0 4.0 8.0 200目 （1）烟气脱硫系统按一炉一塔方案设计，脱硫效率不小于95%； （2）脱硫副产品综合处理后作为脱硫剂回用于烟气脱硫； （3）烟气脱硫系统整套装置的可用率大于95%； （4）使用寿命至少30年。 4 氧化镁法烟气脱硫的特点 4.1技术成熟

氧化镁脱硫技术是一种成熟度仅次于钙法的脱硫工艺，氧化镁脱硫工艺在世界各地都有非常多的应用业绩，其中在日本已经应用了100多个项目，的电站95%是用氧化镁法，另外在美国、德国等地都已经应用，并且目前在我国部分地区已经有了应用的业绩。 4.2原料来源充足

在我国氧化镁的储量十分可观，目前已探明的氧化镁储藏量约为160亿吨,占全世界的80%左右。其资源主要在辽宁，氧化镁完全能够作为脱硫剂应用于电厂的脱硫系统中去。鲁北电厂脱硫所用的氧化镁就是辽宁营口大石桥产的。 4.3 脱硫效率高

在化学反应活性方面氧化镁要远远大于钙基脱硫剂，并且由于氧化镁的分子量较碳酸钙和氧化钙都比较小。因此其它条件相同的情况下氧化镁的脱硫效率要高于钙法的脱硫效率。一般情况下氧化镁的脱硫效率可达到95~98%以上，而石灰石/石膏法的脱硫效率仅达到90~95%左右。 4.4投资费用少

由于氧化镁作为脱硫本身有其独特的优越性，因此在吸收塔的结构设计、循环浆液量的大小、系统的整体规模、设备的功率都可以相应较小，这样一来，整个脱硫系统的投资费用可以降低20%以上。 4.5运行费用低

决定脱硫系统运行费用的主要因素是脱硫剂的消耗费用和水电汽的消耗费用。氧化镁的价格比氧化钙的价格高一些，但是脱除同样的SO2氧化镁的用量是碳酸钙的40%；水电汽等动力消耗方面，液气

比是一个十分重要的因素，它直接关系到整个系统的脱硫效率以及系统的运行费用。对石灰石石膏系统而言，液气比一般都在15L/m3以上，而氧化镁在5 L/m3以下，这样氧化镁法脱硫工艺就能节省很大一部分费用。同时氧化镁法副产物的出售又能抵消很大一部分费用。 4.6运行可靠

镁法脱硫相对于钙法的最大优势是系统不会发生设备结垢堵塞问题，能保证整个脱硫系统能够安全有效的运行，同时镁法PH值控制在5.5~6.5之间，在这种条件下设备腐蚀问题也得到了一定程度的解决。总的来说，镁法脱硫在实际工程中的安全性能拥有非常有力的保证。 4.7综合效益高

由于镁法脱硫的反应产物是亚硫酸镁和硫酸镁，综合利用价值很高。一方面我们可以进行强制氧化全部生成硫酸镁，然后再经过浓缩、提纯生成七水硫酸镁进行出售，另一方面也可以直接煅烧生成纯度较高二氧化硫气体来制硫酸。 4.8副产物利用前景广阔

我们知道硫酸被称为“化学工业之母”，二氧化硫是生产硫酸的原料。我国是一个硫资源相对缺乏的国家，硫磺的年进口量超过500万吨，折合二氧化硫750万吨。另外硫酸镁在食品、化工、医药、农业等很多方面应用都比较广，市场需求量也比较大。镁法脱硫充分利用了现有资源，推动了循环经济的发展。无二次污染常见的湿法脱硫工艺里面，不可避免的存在着二次污染的问题。对于氧化镁脱硫技术而言，对于后续处理较为完善，对SO2进行再生，解决了二次污染的问题。 5 结束语

随着国家相应环保的出台，对火电厂烟气治理的要求日益严格，随之而来的是多种多样的脱硫工艺。镁法脱硫技术以其投资小、运行费用低、环保效益好、可回收副产品和产生一定的经济效益等特点，正越来越受到人们的关注，也将占据越来越大的脱硫市场。在国家大力倡导循环经济的今天，只有做到真正的副产品综合循环利用，才能真正的做到保护和关爱环境，从而为国家的可持续发展作出环保人的贡献。

参考文献

［1］《中国环保产业》总第120期

［2］大唐鲁北发电有限责任公司2×330MW亚临界机组脱硫运行规程 2010.11.01 ［3］山东滨州2×240t/hr锅炉烟气镁法脱硫工程实施与研究