双碱法与氧化镁法工艺比较.doc

一.两种工艺的比较1.1 双碱法脱硫工艺化学反应原理基本化学原理可分为脱硫过程和再生过程两部分。钠-钙双碱法Na+/Ca2+采用纯碱启动，钠碱吸收SO2、石灰再生的方法。其基本化学原理可分脱硫过程和再生过程：脱硫过程Na2CO3 + SO2 Na2SO3 + CO2 (1)2NaOH + SO2 Na2SO3 + H2O (2)Na2CO3 + SO2 + H2O NaHSO3 (3)（1）式为吸收启动反应式；（2）式为主要反应式，pH9（碱性较高时）（3）式为当碱性降低到中性甚至酸性时（5pH9）再生过程2NaHSO3 + Ca(OH)2 Na2SO3 + +CaSO3 + 2H2O (5)Na2SO3 + Ca(OH)2 2NaOH + CaSO3 (6)在石灰浆液（石灰达到达饱和状况）中，NaHSO3很快与Ca（OH）2反应从而释放出Na，SO32-与Ca2反应，反应生成的CaSO3以半水化合物形式沉淀下来从而使Na得到再生。Na2CO3只是一种启动碱，起动后实际上消耗的是石灰，理论上不消耗纯碱（只是清渣时会带走一些，因而有少量损耗）再生的NaOH和Na2SO3等脱硫剂循环使用。技术特点钠-钙双碱法【Na2CO3-Ca(OH)2】采用钠碱启动、钠碱吸收SO2、钙碱再生的方法。该工艺具有以下优点：1投资省、脱硫效率高。与传统的双碱法脱硫相比较，钠碱吸收剂较钙碱的反应活性高、吸收速度快，可大大降低脱硫吸收的液气比，从而降低吸收液循环泵的功率和投资，而脱硫效率达80%以上，除尘脱硫后的烟气确保完全满足环保排放要求；2该工艺在多个燃煤锅炉的除尘脱硫项目中运行效果良好，技术成熟，运行可靠性高，烟气除尘脱硫装置投入率为95%以上，系统主要设备很少发生故障，因此不会因除尘脱硫设备故障影响主设备的安全运行；3对操作弹性大，对燃烧煤种含硫量的变化适应性强。旋流板塔用碱液作为脱硫剂，工艺吸收效果好，吸收剂利用率高，可根据锅炉煤种变化，适当调节pH值、液气比等因素，以保证设计脱硫率的实现；4再生和沉淀分离在塔外，大大降低塔内和管道内的结垢机会；5钠碱循环利用，损耗少，运行成本低；6正常操作下吸收过程无废水排放，脱硫渣无毒，溶解度极小，无二次污染，可综合利用；7灰水易沉淀分离，可大大降低水池的投资；8钠碱吸收剂反应活性高、吸收速度快，可降低液气比，从而既可降低运行费用，又可减少水池、水泵和管道的投资；9可利用石灰生产线当中的除尘灰作为再生剂(实际消耗物)，运行成本低。10钠-钙双碱法除尘脱硫一体化工艺、设备简单，占地面积小，设备维护费用少，基本不耗钠碱，投资和运行费用低，运行稳定，烟气处理效果良好，非常适合石灰生产线的烟尘治理。2.2 氧化镁脱硫工艺工作原理氧化镁湿法脱硫工艺（简称：镁法脱硫）与石灰-石膏法脱硫工艺类似，它是以氧化镁（MgO）为原料，经熟化生成氢氧化镁（Mg(OH)2）作为脱硫剂的一种先进、高效、经济的脱硫系统。在吸收塔内，吸收浆液与烟气接触混合，烟气中的二氧化硫与浆液中的氢氧化镁进行化学反应从而被脱除，最终反应产物为亚硫酸镁和硫酸镁混合物。如采用强制氧化工艺，最终反应产物为硫酸镁溶液，经脱水干燥后形成硫酸镁晶体。反应过程1、熟化MgO+H2O Mg(OH)22、吸收 SO2 + H2O H2SO3 SO3 + H2O H2SO4 3、中和 Mg(OH)2+ H2SO3 MgSO3+2H2OMg(OH)2+ H2SO4 MgSO4+2H2OMg(OH)2+2HCl MgCl2+2H2OMg(OH)2+2HF MgF2+2H2O4、氧化 2 MgSO3+O22MgSO4 5、结晶 MgSO3+ 3H2O MgSO33H2OMgSO4+ 7H2O MgSO4 7H2O系统组成脱硫系统主要由烟气系统、吸收塔系统、氢氧化镁浆液制备系统、浓缩塔系统、副产品处理系统、废水处理系统、公用系统（工艺水、压缩空气、事故浆液罐系统等）、电气控制系统等几部分组成。工艺流程锅炉/窑炉除尘器引风机浓缩塔吸收塔烟囱来自于锅炉或窑炉的烟气经过除尘后在引风机作用下进入浓缩塔、吸收塔，吸收塔为逆流喷淋空塔结构，集吸收、氧化功能于一体，上部为吸收区，下部为氧化区，经过除尘后的烟气与吸收塔内的循环浆液逆向接触。系统一般装3-4台浆液循环泵，每台循环泵对应一层雾化喷淋层。当只有一台机组运行时或负荷较小时，可以停运1-2层喷淋层，此时系统仍保持较高的液气比，从而可达到所需的脱硫效果。吸收区上部装二级除雾器，除雾器出口烟气中的游离水份不超过75mg/Nm3。吸收SO2后的浆液进入循环氧化区，在循环氧化区中，亚硫酸镁被鼓入的空气氧化成硫酸镁晶体。同时，由吸收剂制备系统向吸收氧化系统供给新鲜的氢氧化镁浆液，用于补充被消耗掉的氢氧化镁，使吸收浆液保持一定的pH值。反应生成物浆液达到一定密度时先排至吸收塔前的浓缩塔，经浓缩后进入脱硫副产品系统，经过脱水形成硫酸镁晶体。 湿式氧化镁FGD脱硫工艺流程图工艺特点1、反应性好，脱硫效率高湿法脱硫的反应强度取决于脱硫剂碱金属离子的溶解碱性。由于镁离子的溶解碱性比钙离子高数百倍，因而镁基脱硫剂具有比钙基脱硫剂高数十倍的脱硫反应能力。工业实践证明，镁基脱硫剂能比钙基脱硫剂更高的脱硫效率，可达99%以上，同时采用镁基脱硫所要求的喷淋水量仅相当于达到同样脱硫效率的钙基脱硫的1/3，耗电量也大为降低。2、运行可靠性高由于镁基脱硫生成物的溶解度较高，其固体悬浮物为松散的结晶体，不易沉积，因此没有钙基湿法脱硫系统中存在的结垢、结块、堵塞等现象，运行可靠，维护更容易。3、造价低由于反应强度高，镁基喷淋反应吸收塔的高度只有钙基脱硫的2/3左右，因此，镁基脱硫的主体设备的造价要明显低于钙基吸收塔。同时，由于氧化镁的分子量（40）是氧化钙（56）的73%，是碳酸钙（石灰石，分子量为100）的40%，因此，去除等量的二氧化硫所需的氧化镁要比钙基少得多，而且MgO又以粉状供货，脱硫剂供给系统也比钙基脱硫大大简化，降低了系统的造价。比较表明，氧化镁脱硫设备的造价一般可比石灰石/石膏法低1015%左右。4、运行费用低由于镁基工艺的耗电量比石灰石/石膏法低约一半，加上投资较低，虽然脱硫剂成本较高，但综合脱硫成本一般比石灰石/石膏法低1015%左右。5、副产品回收的经济效益高镁基工艺的直接副产物是亚硫酸镁,经氧化后形成硫酸镁。脱硫工艺实际产出的是含少量硫酸镁的亚硫酸镁副产物。只有经强制氧化产生主要成分为硫酸镁的副产物。两种脱硫副产物都具有市场利用价值,其处理和利用形式应该“因地制宜”,取决于技术经济的比较和在特定项目中的可行性。二.在供暖锅炉上适应性2.1投资工业锅炉及炉窑湿法烟气脱硫工程技术规范中有如下规定，见表1表1 脱硫装置主要技术指标序号脱硫方法液气比钙硫比1双碱法51.102氧化镁21.05由表1可以看出氧化镁法的浆液循环泵流量是双碱法的40%，所以浆液循环泵的投资比双碱法小。由于氧化镁的分子量、钙硫比都比双碱法的小，因此氧化镁法脱硫工艺的系统比双碱法规模小，设备占地面积小。氧化镁法在pH接近中性时运行，对设备的防腐等级不是很严格，而双碱法在低pH值下运行迫使设备的防腐处理及设备材质的选择更加严格。氧化镁法较双碱法脱硫配套的设备较少，例如，氧化镁法的除雾器前后一般情况下就没有必要设置冲洗装置，在供暖结束后对除雾器进行清洗即可，即使设置了冲洗装置，其冲洗次数也大大减少。而双碱法由于易结垢，在除雾器前后必须设置除雾器冲洗装置，而且双碱法必须设置曝气系统，否则生成的CaSO3 H2O将会严重堵塞管道及设备，而在氧化镁法脱硫中可以不设曝气系统。针对供暖中心的建设资金有限的实际情况，占地面积小，建设费用低的氧化镁法脱硫应该是建设方应该优先选用的工艺。2.2 运行费用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、电的消耗费用。氧化镁法的用量约是双碱法的60%，虽然氧化镁的价格比氧化钙的价格高一些，但双碱法在脱硫剂费用上没有节省很多。而在水、电等动力消耗方面，氧化镁法的节能性却更加明显。循环水量氧化镁法是双碱法的40%，这就大大减低了循环泵的耗电量，而循环泵又是整个脱硫系统功率最大的设备。具体数据分析详见表32.3 安全运行方面供暖锅炉负荷变化大，这对脱硫设备的安全运行影响较大，尤其测控仪器仪表设备，氧化镁法配套的设备较少；而双碱法为了保证设备的安全稳定运行，配套了较齐全的测控设备。氧化镁法整个系统的事故率及维修率远远低于双碱法。运行中双碱法对pH值的控制十分严格，而锅炉实际运行人员的运行经验有限，设备结垢和管路堵塞现象经常发生，设备腐蚀现象也比较严重。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6.57.5之间，在这种条件下设备腐蚀问题也较容易解决。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。供暖锅炉的运行具有时段性，且锅炉间经常倒换运行，氧化镁法在锅炉在短期停运后可将排空、冲洗的步骤省去，短时间停运后再次启动脱硫附属设备，形成的物理垢很快被水流冲开，基本上不会对设备造成损坏。而双碱法脱硫系统中，操作人员必须对停运的设备管路立即进行排空、冲洗操作，否则很容易在管道及设备上结成硬垢，再次启动设备时对设备造成损坏。相比较氧化镁法的操作比较简单，故障率和维修率低。这种运行方式是符合供热厂的实际情况的。氧化镁法和双碱法脱硫工艺比较见表2表2 工艺比较脱硫工艺项目双碱法氧化镁法脱硫效率90989098吸收剂CaOMgO可靠性高高结垢易结垢不结垢堵塞堵塞不堵塞占地面积大小运行费用高低投资大小三. 实例以单台四十吨供暖锅炉为例，对两种工艺循环系统的运行成本进行简单的比较，烟气量为120000m3/h（工况），初始SO2浓度为2000mg/Nm3，达标浓度为400mg/Nm3，运行时间3600h/年。相关费用：石灰价格250元/吨（纯度75%），氧化镁价格500元/吨（纯度85%），水费4.6元/吨，电费0.77元/度。对表分析见表3表3 运行费用分析表项目单位单位双碱法数值氧化镁法数值脱硫剂年耗量吨/年