燒結煙氣氧化鎂法脫硫應用研究

李 勇 鄧增軍 周 末

（中冶長天國際工程有限責任公司湖南長沙410007）

燒結煙氣氧化鎂法脫硫應用研究

李 勇 鄧增軍 周 末

（中冶長天國際工程有限責任公司湖南長沙410007）

為了解決石灰石－石膏法煙氣脫硫的結垢問題，鎂法煙氣脫硫技術應運而生，本文通過簡述江西某鋼廠鎂法煙氣脫硫工程的設計、運行情況，為燒結行業煙氣脫硫技術提供一種備選方案。

氧化鎂；煙氣脫硫；燒結；吸收塔

1 概述

江西某鋼廠有兩臺燒結機，其中一臺為130m2燒結機，另一臺為245m2燒結機，兩臺燒結機共用一套氧化鎂法煙氣脫硫系統，氧化鎂回收采用多效蒸發結晶回收系統。脫硫系統于2013年底正式投入運行。

2 工藝原理

氧化鎂法脫硫主要有三個反應過程：脫硫液制備、污染物吸收、終產物氧化。

脫硫液制備：

MgO+H2O→Mg(OH)2

污染物吸收：

SO2+H2O→H2SO3

H2SO3+Mg(OH)2→MgSO3+H2O

H2SO3+MgSO3+H2O→Mg(HSO3)2

Mg(HSO3)2+Mg(OH)2→2MgSO3+2H2O

終產物氧化：

2MgSO3+O2→2MgSO4

Mg(HSO3)2+O2→MgSO4+H2SO4

3 工藝流程圖

氧化鎂法脫硫工藝流程路線簡單，燒結煙氣依次經過增壓風機、濃縮降溫塔、吸收塔后排放，氧化鎂制備成氫氧化鎂漿液后依次在吸收塔、濃縮降溫塔中與煙氣中的SO2發生化學反應，最終被氧化成硫酸鎂漿液進入蒸發結晶系統回收七水硫酸鎂，工藝流程見圖1。

圖1 氧化鎂法煙氣脫硫工藝流程圖

4 設計性能指標

脫硫系統設計性能指標見表1。

表1 煙氣脫硫系統設計性能指標

5 系統構成

氧化鎂法煙氣脫硫系統主要由脫硫液制備系統、吸收系統、硫酸鎂蒸發結晶系統、輔助系統構成。

5.1 脫硫液制備系統

脫硫劑制備系統主要由氫氧化鎂制備、儲存箱及氫氧化鎂輸送泵等其它附屬設備組成，該系統主要用于制備、儲存氫氧化鎂漿液，按脫硫系統最大漿液消耗量的200%設計，氫氧化鎂制備箱、氫氧化鎂輸送泵均按一用一備設置，氫氧化鎂儲存箱可儲存8h脫硫液用量。

5.2 吸收系統

吸收系統主要由濃縮降溫塔、濃縮降溫塔循環泵、吸收塔（含漿液池、噴淋層、除霧器）、吸收塔循環泵、攪拌器、氧化風機、硫酸鎂漿液排出泵等設備組成。

5.2.1 濃縮降溫塔

濃縮降溫塔在氧化鎂脫硫系統中主要有兩個作用，一方面硫酸鎂漿液可以在濃縮降溫塔中與燒結熱煙氣接觸反應，硫酸鎂漿液中的水分被熱煙氣蒸發，硫酸鎂漿液濃度可以大大提高，從而可以節約后續蒸發結晶系統的能耗；另一方面燒結熱煙氣在濃縮降溫塔中由于吸收了硫酸鎂漿液中水分，熱煙氣得到了冷卻，有利于后續吸收塔中吸收反應。濃縮降溫塔設計直徑為12m，反應段設計煙氣停留時間3s。

5.2.2 吸收塔

燒結煙氣的污染物大部分在吸收塔中被去除，吸收塔采用空塔噴淋技術，并在漿液池配置有4臺側進式攪拌器，能有效防止漿液沉積堵塞管道。吸收塔設置有3臺漿液循環泵（流量：3400 m3/h，揚程：24m/26m/28m），并配套設置了3層漿液噴淋層，每層噴淋層都選用耐磨損、耐腐蝕的碳化硅噴嘴，且噴嘴的布置保證漿液覆蓋率達到200%以上，保證系統能安全、穩定、高效運行。為了防止吸收塔出口煙氣攜帶微小的脫硫液滴，吸收塔頂部還布置有兩層高效的屋脊式除霧器，屋脊式除霧器能保證吸收塔出口粉塵達標排放。吸收塔設計直徑為13.4m，反應段設計煙氣停留時間為4s。

5.3硫酸鎂蒸發結晶系統

硫酸鎂蒸發結晶系統主要用于七水硫酸鎂回收，其回收原理為：用蒸汽加熱硫酸鎂漿液并蒸發部分水分，然后在迅速冷卻到一定的溫度析出七水硫酸鎂晶體，并用離心機分離出晶體，最后用干燥機烘干就達到了回收七水硫酸鎂晶體的目的。硫酸鎂蒸發結晶系統主要包括：1座多效循環蒸發器；1臺渦旋分離稠厚器；2臺離心機（一用一備）；1臺振動流化床干燥機；1臺半自動成品包裝機。

6 運行情況

煙氣脫硫系統于2013年12月底正式投入運行，系統能在設計工況下穩定運行，各項性能指標均能達到設計要求，脫硫效率可達95%以上，煙囪出口粉塵濃度可滿足排放要求。

7 存在的問題

脫硫系統正常運行幾個月后發現整個系統阻力逐漸增加，增壓風機已不能滿足系統正常運行要求，停機檢修發現系統存在一些濕法脫硫常見的問題。

7.1 漿液沉積

停機檢修發現濃縮塔漿液池底部漿液沉積現象較嚴重，吸收塔漿液池底部只有局部區域有少量沉積物。濃縮塔沉積物主要成份為亞硫酸鎂、硫酸鎂、粉塵、重金屬等，其中亞硫酸鎂含量達60%以上。

7.2 蒸發結晶系統故障

蒸發結晶系統故障率偏高，系統多次出現管道堵塞現象，一旦出現管道堵塞現象，結晶系統必須停運檢修。在實際運行過程中，結晶系統還出現過無晶體析出或只有少量晶體析出的現象，嚴重影響氧化鎂的回收效率，氧化鎂的回收效率不足50%。

7.3 煙囪雨

該脫硫系統煙囪雨現象控制相對較好，只是在負荷高及其他自然條件較差的情況下有少量煙囪雨，主要有如下幾個原因：（1）吸收塔出口除霧器采用屋脊式除霧器，除霧效果較好；（2）排煙筒煙氣流速低于14m/s，煙氣中的水分大部分在煙囪內凝結后回流至塔內；（3）排煙筒設計有旋流裝置，煙氣在煙囪中旋流，煙氣中夾帶的水分在離心力的作用下從煙氣中分離出來，排煙筒出口煙氣夾帶的水分大大減少。

7.4 腐蝕

由于燒結煙氣中含有SO2、SO3、HCl、HF等酸性氣體，絕大部分的酸性氣體能被脫硫液吸收后生成了稀酸，在煙氣脫硫系統中形成低pH值的強腐蝕環境，會對煙氣脫硫設備造成較強酸腐蝕。濃縮塔、吸收塔、箱罐等大型非標設備一般采用玻璃鱗片防腐，鱗片防腐價格便宜，防腐效果好，但對施工要求較高。由于施工質量原因，該脫硫塔塔壁發生過腐蝕穿孔現象。

7.5 磨損

氧化鎂法煙氣脫硫利用氫氧化鎂漿液作為脫硫劑，漿液濃度一般為25%～30%，因此對管道及設備的磨損也較大。該鋼廠管道大部分采用鋼骨架PE管及襯膠鋼管，鋼骨架PE管耐磨耐腐均較好，襯膠鋼管耐腐蝕較好，但耐磨性相對較差，管道彎頭部位出現過磨穿的現象。

8 改進措施

8.1 防止漿液沉積的措施

濃縮塔中漿液濃度較高，只設置有氧化空氣管網，漿液靠氧化空氣鼓泡攪動，沒有配套設置氣浮攪動泵或機械攪拌器。漿液攪拌強度很低，這是導致濃縮塔漿液池底部沉積的最直接原因。針對這個問題，停機檢修時增加了4臺機械側進式攪拌器，后續運行基本解決了漿液沉積問題。

8.2 改善蒸發結晶系統的措施

蒸發結晶系統故障率偏高，主要原因是多效循環蒸發器缺乏精確控制蒸發量的手段，很難精確控制蒸發器出口硫酸鎂漿液濃度，當蒸發的水分過多時，不僅造成了能源的浪費，同時也會導致晶體在蒸發器內析出，析出的晶體粘附在蒸發器管道壁上造成管道堵塞，影響系統的正常運行。針對多效循環蒸發器目前存在的缺點，適當增加一些控制儀表，如密度計、溫度計、流量計、調節閥等，增加多效循環蒸發器控制手段，強化多效循環蒸發器的可控性，有利于蒸發結晶系統穩定運行。

8.3 預防煙囪雨的措施

目前控制煙囪雨的方法較多，如降低排煙筒內煙氣流速、排煙筒設置旋流裝置、吸收塔采用除霧效果更好的屋脊式除霧器、屋脊式除霧器前加設預除霧裝置等措施，這些方法均可有效減少煙囪雨，但都不能從根本上解決煙囪雨的問題，目前一種新型的預防煙囪雨技術已悄然興起，火力發電行業已有多套應用濕式電除霧器成功杜絕煙囪雨的案例，因此，濕式電除霧器在不久的將來必將成為預防煙囪雨的重要手段。

8.4 防腐防磨

濕法煙氣脫硫凡是與漿液接觸的部位均需做防腐防磨處理，根據設備所在位置的不同，應采用不同的防腐防磨技術，其主要的防腐防磨部位有如下幾個：

8.4.1 濃縮塔入口區域

濃縮塔入口區域為干濕界面區，工藝條件復制，入口煙氣粉塵濃度高，該區域防腐防磨要求最高，是濕法脫硫核心防腐防磨區域。該區域的防腐防磨材料一般采用耐腐蝕耐磨損較好的合金鋼，目前采用較多的為1.4529鎳鉬合金鋼、C276哈氏合金鋼。1.4529鎳鉬合金鋼成本遠低于C276哈氏合金鋼，完全能滿足該區域的防腐耐磨要求，因此，1.4529鎳鉬合金鋼逐漸取代了C276哈氏合金鋼在脫硫領域的應用。

8.4.2 濃縮塔、吸收塔、漿液箱等大型非標件內部

濃縮塔、吸收塔、漿液箱等大型非標件內部一般只與漿液或濕煙氣接觸，與漿液或濕煙氣接觸的部位漿液或煙氣流速均較少，磨損強度隨之減少，因此可采用耐磨性能相對較差的橡膠襯里、玻璃鱗片襯里、FRP襯里等進行防腐防磨，該區域的腐蝕主要為氯離子等酸性離子腐蝕，而橡膠襯里、玻璃鱗片襯里、FRP襯里耐酸性離子腐蝕性能好。玻璃鱗片襯里由于具備防腐性能優良、施工方便、成本低廉、維護方便等諸多優點，在脫硫脫硝領域的應用越來越廣泛。

8.4.3 管道及管件

管道的防腐防磨應用較多的是橡膠襯里管，襯膠鋼管防腐性能好，但受工藝條件限制，橡膠襯里在溫度變化較大時容易與鋼管脫落，因此襯膠鋼管有被其他襯里管道替代的趨勢，較好的替代產品為鋼骨架PE管，鋼骨架PE管為整體成型，不存在襯里脫落的現象，且防腐耐磨性能優越，該鋼廠所選用鋼骨架PE管使用至今效果良好，無因腐蝕磨損穿孔現象。

9結語

氧化鎂法煙氣脫硫系統是一種資源回收型的新型脫硫技術，具有脫硫效率高、運行穩定、副產物利用價值高等優點，完全能適應燒結煙氣的運行條件，針對目前工程中出現的一些問題加以改進后，燒結煙氣脫硫系統基本可保證持續穩定運行，脫硫效率可達95%以上。實際運行中濃縮塔漿液池未再出現漿液沉積現象，除霧器部位也只有少量污垢，處于合理范圍內，設備腐蝕及磨損也得到了有效控制，氧化鎂回收效率也有一定的提高，但回收效率依然不高，如能進一步提高氧化鎂的回收效率，氧化鎂法煙氣脫硫技術將成為頗具市場競爭力的燒結煙氣脫硫技術之一。

[1]中國環境保護產業協會.火電廠煙氣脫硫工程技術規范.石灰石/石灰－石膏法HJ/T179-2005.2005,06,24.

李勇（1982—），男，湖南，本科，工程師。從事工業窯爐煙氣凈化工作。