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氧化镁法烟气脱硫运行问题分析叶英夫

发表时间：2020/5/21 来源：《基层建设》2020年第3期作者：叶英夫

[导读] 摘要：氧化镁法烟气脱硫运行中继冶炼烟气湿法脱硫技术的完善及成熟后，氧化镁法脱硫技术已在部分火电厂及环集烟气（冶炼炉窑逸散的二氧化硫烟气）的治理中得到了广泛应用，且脱硫效果良好，工艺运行稳定，脱硫效率可达９０％以上。

        营口昌辉热力有限公司辽宁营口 115009
        摘要：氧化镁法烟气脱硫运行中继冶炼烟气湿法脱硫技术的完善及成熟后，氧化镁法脱硫技术已在部分火电厂及环集烟气（冶炼炉窑逸散的二氧化硫烟气）的治理中得到了广泛应用，且脱硫效果良好，工艺运行稳定，脱硫效率可达９０％以上。本文针对氧化镁法烟气脱硫在燃油锅炉上的运行过程中存在的问题进行分析，探讨了在干式烟囱及吸收塔防腐、除雾段水冲洗对吸收塔操作冲击控制、污水回用后系统COD值控制改进措施等，确保系统长周期平稳运行。
        关键词：氧化镁法；烟气脱硫；问题分析
        1.工艺流程及基本原理
        氧化镁法烟气脱硫工艺主要包括氧化镁熟化､脱硫吸收和脱硫副产物后处理3个部分｡主流程为氧化镁粉与一定比例的水混合，加热､搅拌进行熟化处理，制成氢氧化镁吸收浆液，二氧化硫烟气在吸收塔内与氢氧化镁吸收浆液逆流接触完成吸收过程，生成的亚硫酸镁及亚硫酸氢镁经氧化生成硫酸镁后进行无害化处理｡
        1.1氧化镁熟化
        由于选用氧化镁粉作脱硫剂时会出现溶解度低､沉淀较快的现象，所以可将氧化镁法中的脱硫剂加水改良为氢氧化镁｡氢氧化镁与氧化镁在吸收二氧化硫过程中的反应机理相似｡
        1.2脱硫吸收
        由于氢氧化镁溶解度也不高，所以吸收浆液中仍以未溶的氢氧化镁为主，Mg2+对脱硫反应的影响甚小｡二氧化硫溶于水发生一级､二级解离，生成HSO3－和SO32－｡具体脱硫吸收过程见式（1）至式（6）｡
        SO2+H2O→H2SO3（1）
        H2SO3→H++HSO3－（2）
        HSO3－→H++SO32－（3）
        Mg（OH）2+2H+→Mg2++2H2O（4）
        Mg（OH）2+Mg2++2HSO3－→2MgSO3+2H2O（5）
        MgSO3+SO2+H2O→Mg（HSO3）2（6）
        1.3脱硫副产物后处理
        脱硫副产物主要为亚硫酸镁和亚硫酸氢镁，其中亚硫酸镁占60%（质量分数，下同）~80%，多以结晶的固体颗粒状态存在，容易导致系统结垢､磨损和堵塞｡所以通常将其脱硫副产物氧化为可溶性的硫酸镁，进行无害化排放或者回收制作硫镁肥或建筑材料，见式（7）至式（9）｡
        2Mg（HSO3）2+12H2O+O2→2MgSO4•7H2O+2SO2（7）
        2MgSO3+O2+14H2O→2MgSO4•7H2O（8）
        2MgSO3+O2→2MgSO4（9）
        2.存在的问题分析
        为实现节能减排，公司在新建装置烟气系统上增设了烟气脱硫系统，采用氧化镁烟气脱硫法，是该脱硫法在燃油加热炉上的首次应用｡该系统投用后，烟气中二氧化硫脱除率达到95%以上，脱后二氧化硫含量<30mg/Nm3，排烟温度在55~59℃之间，满足环保要求｡从近几年的运行情况来看，该系统也面临着脱后烟气酸性水汽对烟囱内壁产生腐蚀､吸收塔喷淋对塔壁产生冲刷腐蚀，除雾段冲洗水造成吸收塔pH值波动､污水回用后系统COD排放不达标等问题，就存在问题进行分析，并探讨解决问题的方法｡
        3.问题的解决措施
        3.1干式烟囱内壁的腐蚀防护
        烟囱原设计为排放干烟气，整个烟囱高80m，40m以下按照烟气温度170℃，40~80m按照烟气温度300℃进行设计｡烟囱壁从内到外分三层，最里层为耐酸耐火砖内衬，中间夹层为矿渣棉隔热层，最外层为钢筋混凝土筒壁｡增设氧化镁法烟气脱硫系统后，烟囱内烟气变为<75℃的酸性湿烟气，为防止酸性湿烟气对干烟囱的腐蚀，在冷烟道､烟囱内壁等与湿烟气接触的部位，采用国外进口､专门针对干式烟囱改造为湿式烟囱防腐的涂料进行防腐处理，以防止酸性湿烟气对烟囱的腐蚀｡

        图1烟气脱硫系统原则流程图
        在生产过程中，由于湿式烟气在烟囱内部冷凝，部分水蒸气变成液态水从烟囱底部排出，形成酸液，根据防腐涂料工作环境要求，对吸收塔的氢氧化镁循环量､循环液浓度､排污频次､水冲洗量进行调整控制｡确保烟囱内部酸液pH值控制在2~3，保证防腐层的防腐效果和长周期运行｡
        3.2吸收塔壁腐蚀的预防
        吸收塔是脱出二氧化硫的反应区，是烟气脱硫腐蚀的重灾区｡在氢氧化镁溶液与二氧化硫反应至生成硫酸镁的过程大致可分为三步，第一步是在强氧化环境中二氧化硫与水反应生成硫酸及亚硫酸；第二步是硫酸及亚硫酸与氢氧化镁溶液反应生成硫酸镁或亚硫酸镁，第三步是亚硫酸镁被氧气氧化成硫酸镁｡在50~59℃温度下，反应第一步生成的硫酸处于活性较高状态，腐蚀及渗透能力强，在氢氧化镁溶液未喷淋到的区域，容易对设备形成腐蚀，影响设备使用寿命｡另一方面，喷淋液的冲刷也会对设备产生磨损，受氢氧化镁溶解度影响，苛化的氢氧化镁溶液为10%的悬浊液，含氢氧化镁固体颗粒，如喷淋头安装位置不合适，会造成喷淋液冲刷吸收塔内壁，造成冲刷腐蚀｡
        为了抵抗酸性介质对吸收塔塔壁的腐蚀，在选材时，选择抗腐蚀能力强的不锈钢材料，或者选用普通碳钢加防腐技术相结合｡大榭石化烟气脱硫系统建设时，为减少投资，采用普通碳钢加上玻璃鳞片树脂，玻璃鳞片树脂具有良好的抗渗透性､较高的机械强度和耐蚀性，能够有效的抵抗反应过程中的酸腐蚀｡同时在喷淋液容易冲刷的部位，采用内贴不锈钢板和加厚玻璃鳞片树脂的方法，确保防腐效果｡
        3.3除雾段水冲洗对吸收塔操作冲击控制
        为了减少烟气的水雾夹带，在吸收塔上部设置了除雾段，并设置了水冲洗系统｡水冲洗分上中下三层，采用分段分程控制，定期对除雾段破沫网进行冲洗｡在运行初期，发现经常由于冲洗量过大，造成吸收塔液面上升､循环液pH降低､系统排液量增大､新鲜氢氧化镁吸收液补充量增加，造成系统不平衡｡对此，采取了控制水冲洗时间，将水冲洗频次与循环液循环量和pH值相关联的操作方案｡在系统pH值较高时，对二氧化硫吸收效果好，循环液循环量适当降低，雾沫夹带相对较少，可减少水冲洗量，当系统pH值降低时，加大循环液循环量的同时，适当增加冲洗量，控制雾沫夹带｡

        3.4污水回用后系统COD平衡的控制
        为了减少新鲜水用量，在操作过程中，采用了部分污水作为冲洗水和氢氧化镁溶液配制用水，利用烟气的蒸发和废水的氧化沉淀过程，对COD进行去除，不但可以增加污水回用量，还可以降到COD排放量｡在生产过程中，对烟气脱硫系统各个处理工段的COD含量进行分析，我们发现吸收塔､氧化池､沉淀池均对COD有一定的去除功能，其系统水量和COD平衡如下图2所示｡
        根据化验分析数据，逐步调整污水回用量，经过长期摸索得出，只要控制系统污水补充量不大于外排污水量的75%时，外排污水COD就可保持合格｡
        结语
        综上所述，氧化镁法脱硫技术在我国各地已得到了比较广泛的工程应用，目前已成为一种经济､实用的脱硫新趋势，与常用的钙法脱硫技术相比较，具有一次性投资省､脱硫效率高､综合运行费用低的优点，避免了钙法脱硫的副产物处理及工艺运行中结垢､堵塞等难题｡作为氧化镁法烟气脱硫技术在燃油加热炉上的首次应用，在项目建设过程中采取有针对性的预防措施，有效的降低了设备和干式烟囱的腐蚀｡在生产过程中，针对操作中出现的问题，及时调整操作方案，确保了烟气处理达标，满足了环保要求｡
        参考文献：
        [1]张爽.湿法烟气脱硫装置采用湿烟囱排放的探讨[J].电力建设，2005，26（01）：64-66.
        [2]李宝顺，赵丽丽，周驰，等.湿法烟气脱硫装置的腐蚀与防护[J].化工机械，2009，36（6）：640-642.