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烟气脱硫技术—氧化镁脱硫应用原理说明

发布日期:2019-02-23 12:17点击:

氧化镁脱硫技术应用氧化镁脱除烟气中二氧化硫的技术有多种,但基本原理均相同,其中应用多的是氧化镁浆洗再生法,本文介绍的镁法烟气脱硫技术即是以此为例。工艺主要由四部分组成:预处理、吸收、固体分离、干燥和再生。SO2再利用系统往往与氧化镁脱硫系统相配套,故可以看作是该工艺的第五部分<10>。

预处理烟气脱硫前先进行预处理,目的是除尘、增湿。燃油锅炉烟气粉尘含量小,且粉尘粒子基本上都是碳化物,在再生过程中,直接可以烧掉,一般不需要预处理,整个装置采用一级文丘里管洗涤器实现脱硫即可;燃煤锅炉烟气的粉尘中含有的钒和铁,在S(Ⅳ)到S(Ⅵ)的氧化过程中起到催化作用,使脱硫产物中硫酸镁的含量增加,增大了再生的难度。此外,大量烟尘存在于循环吸收浆液中,也使整个脱硫系统的运行成本大大提高。因而燃煤锅炉烟气必须进行预处理,系统中需要采用两级文丘里管洗涤器实现预处理和脱硫。

吸收预处理后的烟气由文丘里管洗涤器的顶部引入,在文丘里管的喉颈与氧化镁循环浆液发生强烈的雾化作用,强化气液接触,从而得到较好的脱硫效果。典型的脱硫装置中,第一级文丘里洗涤器,氧化镁浆液从文丘里管喉颈部的锥体、围绕锥体的环面和喉颈部外围注入,第二级文丘里吸收器通过切向喷射嘴进入<11>。脱硫后的烟气,经除雾、再热后从烟囱排出。脱硫过程中,主要发生以下反应:Mg(OH)2+SO2MgSO3+H2O(1)MgSO3+H2O+SO2Mg(HSO3)2(2)Mg(HSO3)2+MgO2MgSO3+H2O(3)此外,还有如下副反应:2MGSO3+O22MgSO4(4)MgO+SO3MgSO4(5)再生时,MgSO4分解成氧化镁所需要的温度,比MgSO3分解高的多,会大大增加再生过程中的能耗。研究表明,基本上所有的MgSO4都是由MgSO3氧化生成的,这一反应发生在脱硫过程的每一步。可以在吸收系统中加入阻氧剂抑制MgSO3的氧化,苯酚、对苯二胺以及各种α型醇、酮和酯均可作为抑制剂,其中对苯二胺常用<12>。

固液分离固体分离部分由离心机、转鼓干燥器和集尘器等装置组成。离心后,固体含量从10%上升到60%,然后进入转鼓干燥器,经干燥脱除水分和结晶水后得到以MgSO3、MgSO4和MgO为主要成分的固体,再进入煅烧炉中再生。

再生煅烧再生一般控制在400~1000℃,以得到具有较大比表面积和较高活性的氧化镁。当温度高于1200℃,氧化镁会被烧结甚至烧死,从而失活不能用于烟气脱硫。在煅烧过程中,为还原硫酸盐,需要添加焦炭或煤(反应6、7)。再生的氧化镁和新补充的氧化镁混合制浆后,进入脱硫系统中。煅烧气中含有约10%体积的SO2,可用于生产干燥压缩二氧化硫、制造硫酸和元素硫以及生产肥料。

烟气氧化镁脱硫技术应用现状镁法烟气脱硫在国外研究和应用起步较早<13-16>。最初的应用主要是在造纸制浆工业,经过几十年的发展,该技术已发展成为技术成熟的烟气脱硫工艺之一<17>。早期的工艺主要分为三种:采用MgO和MgSO3浆作为吸收液,采用MgO、MgSO3、MnO2和吸收反应催化剂混合浆作为吸收液及采用MgSO3、MgSO4和Mg(HSO3)2的酸性溶液作为吸收液。前两种工艺脱硫效率可以达到90%以上。直接使用氧化镁浆液作为吸收剂的工艺是由美国BabcockWilcox、Chemico2Basic、BasicChemicals等公司开发的,前苏联、日本等国家也对此进行了大量研究。镁资源在世界范围内的分布远不及石灰石资源分布广,从一定程度上限制了氧化镁脱硫技术的推广和应用。但是,由于氧化镁法脱硫的诸多优点,尤其是脱硫效率高、二次污染小,其仍是国内外烟气脱硫行业重视的方法之一。

为了考察镁法脱硫技术的建造及运行情况,美国环境保护总署与几家化学工程公司合作建造了两套脱硫示范装置。第一个安装在马萨诸塞州BostonEdison公司Mystic电站150MW燃油锅炉上;第二个在马里兰州Potomac电力公司Dickerson发电站,用于处理该电站190MW燃煤锅炉的一半烟气。通过两个装置的运行情况,对镁法脱硫技术进行客观的评价。BostonEdison公司脱硫装置运行了27个月,Potomac公司装置运行了15个月,两套装置的脱硫效率均高于90%,从设计建造、投资和环境影响来看,对环境影响小,是可行的SO2控制措施。这两套脱硫装置的运行,为镁法脱硫提供了大量的基础数据,以此为基础,费城电力公司,建设了Cromby电厂、Eddystone电厂的三套脱硫装置,大装机容量334MW.