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石膏法濕法煙氣脫硫技術及工藝比較

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行業動態
作者:
2018/09/29 17:14
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【摘要】:
煙氣脫硫技術是目前世界上唯一大規模商業化應用的脫硫方式,是火力發電廠控制酸雨和二氧化硫的主要技術手段。
  煙氣脫硫技術是目前世界上唯一大規模商業化應用的脫硫方式,是火力發電廠控制酸雨和二氧化硫的主要技術手段。目前世界上所擁有的煙氣脫硫技術(FGD)有上百種之多。根據脫硫產物的存在的狀態可劃分為濕法、半干法和干法三類工藝。這些工藝主要包括:
 
  1)濕法脫硫技術,共占全世界FGD裝置總量的85%左右,其中石灰-石膏法約占26.7%,其它濕法脫硫技術約占48.3%;
 
  2)半干法脫硫技術,主要包括噴霧干燥脫硫技術、爐內噴射吸收劑/增溫活化脫硫技術等,約占全世界FGD裝置總量的近10%;
 
  3)干法脫硫技術,包括煙氣循環流化床脫硫技術、等離子體脫硫技術等。
 
下面我們從兩種常見的濕法脫硫的脫硫劑性質、化學反應機理、技術特點進行比較:
 
  1氧化鎂法與石灰石-石膏法脫硫工藝的脫硫劑性質比較
 
  氧化鎂法脫硫工藝選用輕燒鎂(MgO)為脫硫劑,而石灰石-石膏法采用石灰石粉(CaCO3)為脫硫劑,兩種脫硫劑在物理、化學性質上存在較大差異。
 
  1.1物理性質
 
  氧化鎂(MgO)俗稱苦土,相對分子量為41,為白色無定型粉末、無味、無毒。MgO對水呈一定的惰性,特別是高溫煅燒后的MgO難溶于水,易溶于酸和氨鹽溶液中,在水中溶解度因二氧化碳的存在而增大。
 
  MgO是菱鎂礦石中的主要成分,菱鎂礦加熱至640℃以上時,開始分解成氧化鎂和二氧化碳,在700~1000℃煅燒時,二氧化碳沒有完全逸出,成為一種粉末狀物質,稱為輕燒鎂。煙氣脫硫所用的氧化鎂即為輕燒鎂,輕燒鎂極易溶于水并發生化學反應。
 
  石灰石粉(CaCO3)相對分子量為100,為白色晶體或白色粉末、無味。相對密度為2.71(25℃),在空氣中穩定,幾乎難溶于水(溶解度≈0.015kg/m3)、不溶于醇。
 
  鎂離子的溶解堿性比鈣離子高10~15倍,因此鎂法脫硫工藝系統不易發生設備結垢堵塞問題。
 
  1.2化學性質
 
  MgO是堿性氧化物,具有堿性氧化物的通性,暴露在空氣中,容易吸收水分和二氧化碳,極易與酸、銨鹽發生化學反應。而SO2是堿性氧化物,具有酸性氧化物的通性,MgO與SO2極易發生化學反應,形成硫酸鹽。
 
  Mg(OH)2+SO2+5H2O→MgSO3˙6H2O
 
  而CaCO3是一種碳酸鹽,加熱至1098K左右開始分解成氧化鈣和二氧化碳,碳酸鈣難溶于水,但易溶于酸,生成鹽和二氧化碳。
 
  CaCO3+SO2+H2O→CaSO3+CO2↑+H2O
 
  MgO與SO2化學反應活性比CaCO3與SO2化學反應活性要強得多,反應速率要快。
 
  2氧化鎂法與石灰石-石膏法脫硫工藝的技術特點比較
 
  2.1氧化鎂脫硫工藝技術特點
 
  2.1.1主要優點
 
  1)技術相對成熟。氧化鎂脫硫技術是一種成熟度僅次于鈣法的脫硫工藝,氧化鎂脫硫工藝在世界各地都有非常多的應用業績,目前在我國部分地區已經較多應用的業績。
 
  2)原料來源充足。在我國氧化鎂的儲量十分可觀,目前已探明的氧化鎂儲藏量約為160億噸,占全世界的80%左右。因此氧化鎂完全能夠作為脫硫劑應用于電廠的脫硫系統中去。
 
  3)脫硫效率高。在化學反應活性方面氧化鎂要遠遠大于鈣基脫硫劑,并且氧化鎂的分子量較碳酸鈣和氧化鈣都小。一般情況下氧化鎂的脫硫效率可達到95~98%以上,而石灰石-石膏法的脫硫效率僅達到90~95%左右。
 
  4)投資費用少。由于氧化鎂作為脫硫本身有其獨特的優越性,因此在吸收塔的結構設計、循環漿液量的大小、系統的整體規模、設備的功率都可以相應較小,這樣一來,整個脫硫系統的投資費用可以降低20%以上。
 
  5)運行費用低。決定脫硫系統運行費用的主要因素是脫硫劑的消耗費用和水、電、汽的消耗費用。對石灰石-石膏法液氣比一般都在15L/m3以上,氧化鎂在5L/m3以下,產生的循環漿液比、能耗量、循環泵的容量比均為3:1,這樣氧化鎂法脫硫工藝就能節省很大一部分費用。
 
  6)運行可靠。硫酸鎂的溶解度較高,脫硫塔內是溶液水循環,不產生沉渣,所以鎂法脫硫相對于鈣法的最大優勢是系統不會發生設備結垢堵塞問題;同時鎂法pH值控制在6.0~6.5之間,設備腐蝕問題也得到了一定程度的解決??偟膩碚f,鎂法脫硫在實際工程中的安全性能擁有非常有力的保證。
 
  7)綜合效益高。由于鎂法脫硫的反應產物是亞硫酸鎂和硫酸鎂,綜合利用價值很高。一方面我們可以進行強制氧化全部生成硫酸鎂,然后再經過濃縮、提純生成七水硫酸鎂進行出售,另一方面也可以直接煅燒生成純度較高二氧化硫氣體來制硫酸。
 
  8)副產物利用前景廣闊。硫酸被稱為“化學工業之母”,二氧化硫是生產硫酸的原料。我國是一個硫資源相對缺乏的國家,硫磺的年進口量超過500萬噸,折合二氧化硫750萬噸。另外,硫酸鎂在食品、化工、醫藥、農業等很多方面應用都比較廣,市場需求量也比較大。鎂法脫硫充分利用了現有資源,推動了循環經濟的發展。
 
  9)無二次污染。常見的濕法脫硫工藝里面,不可避免的存在著二次污染的問題。對于氧化鎂脫硫技術而言,對于后續處理較為完善,對SO2進行再生,解決了二次污染的問題,即使對脫硫產物采用拋棄法,也不會對環境造成污染。
 
  2.1.2主要缺點
 
  1)85%的輕燒氧化鎂市場價格高于石灰石;
 
  2)氧化鎂產地主要分布在遼東半島和山東半島,其供應情況應予以考慮。
 
  2.2石灰石-石膏脫硫工藝技術特點
 
  1)技術最成熟,應用最多,技術可靠性好;
 
  2)石灰石資源豐富,價格便宜,目前市場售價約為200元/噸左右;
 
  3)脫硫效率達90~95%;
 
  4)對煤種變化、負荷變化的適應性強;
 
  5)由于脫硫原料及產物溶解度小,易造成設備的結垢、堵塞和磨損。
 
  3結論
 
  氧化鎂法與石灰石-石膏法同為煙氣濕法脫硫,其原理相同,工藝相似,只是使用的脫硫劑不同。由于氧化鎂法脫硫工藝有其自身特點和獨特優越性,所以它是一種經濟實用、有競爭力并有良好市場發展前景的脫硫技術。
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