李 勇 邓增军 周 末

（中冶长天国际工程有限责任公司湖南长沙410007）

烧结烟气氧化镁法脱硫应用研究

李 勇 邓增军 周 末

（中冶长天国际工程有限责任公司湖南长沙410007）

为了解决石灰石－石膏法烟气脱硫的结垢问题，镁法烟气脱硫技术应运而生，本文通过简述江西某钢厂镁法烟气脱硫工程的设计、运行情况，为烧结行业烟气脱硫技术提供一种备选方案。

氧化镁；烟气脱硫；烧结；吸收塔

1 概述

江西某钢厂有两台烧结机，其中一台为130m2烧结机，另一台为245m2烧结机，两台烧结机共用一套氧化镁法烟气脱硫系统，氧化镁回收采用多效蒸发结晶回收系统。脱硫系统于2013年底正式投入运行。

2 工艺原理

氧化镁法脱硫主要有三个反应过程：脱硫液制备、污染物吸收、终产物氧化。

脱硫液制备：

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

终产物氧化：

2MgSO3+O2→2MgSO4

Mg(HSO3)2+O2→MgSO4+H2SO4

3 工艺流程图

氧化镁法脱硫工艺流程路线简单，烧结烟气依次经过增压风机、浓缩降温塔、吸收塔后排放，氧化镁制备成氢氧化镁浆液后依次在吸收塔、浓缩降温塔中与烟气中的SO2发生化学反应，最终被氧化成硫酸镁浆液进入蒸发结晶系统回收七水硫酸镁，工艺流程见图1。

图1 氧化镁法烟气脱硫工艺流程图

4 设计性能指标

脱硫系统设计性能指标见表1。

表1 烟气脱硫系统设计性能指标

5 系统构成

氧化镁法烟气脱硫系统主要由脱硫液制备系统、吸收系统、硫酸镁蒸发结晶系统、辅助系统构成。

5.1 脱硫液制备系统

脱硫剂制备系统主要由氢氧化镁制备、储存箱及氢氧化镁输送泵等其它附属设备组成，该系统主要用于制备、储存氢氧化镁浆液，按脱硫系统最大浆液消耗量的200%设计，氢氧化镁制备箱、氢氧化镁输送泵均按一用一备设置，氢氧化镁储存箱可储存8h脱硫液用量。

5.2 吸收系统

吸收系统主要由浓缩降温塔、浓缩降温塔循环泵、吸收塔（含浆液池、喷淋层、除雾器）、吸收塔循环泵、搅拌器、氧化风机、硫酸镁浆液排出泵等设备组成。

5.2.1 浓缩降温塔

浓缩降温塔在氧化镁脱硫系统中主要有两个作用，一方面硫酸镁浆液可以在浓缩降温塔中与烧结热烟气接触反应，硫酸镁浆液中的水分被热烟气蒸发，硫酸镁浆液浓度可以大大提高，从而可以节约后续蒸发结晶系统的能耗；另一方面烧结热烟气在浓缩降温塔中由于吸收了硫酸镁浆液中水分，热烟气得到了冷却，有利于后续吸收塔中吸收反应。浓缩降温塔设计直径为12m，反应段设计烟气停留时间3s。

5.2.2 吸收塔

烧结烟气的污染物大部分在吸收塔中被去除，吸收塔采用空塔喷淋技术，并在浆液池配置有4台侧进式搅拌器，能有效防止浆液沉积堵塞管道。吸收塔设置有3台浆液循环泵（流量：3400 m3/h，扬程：24m/26m/28m），并配套设置了3层浆液喷淋层，每层喷淋层都选用耐磨损、耐腐蚀的碳化硅喷嘴，且喷嘴的布置保证浆液覆盖率达到200%以上，保证系统能安全、稳定、高效运行。为了防止吸收塔出口烟气携带微小的脱硫液滴，吸收塔顶部还布置有两层高效的屋脊式除雾器，屋脊式除雾器能保证吸收塔出口粉尘达标排放。吸收塔设计直径为13.4m，反应段设计烟气停留时间为4s。

5.3硫酸镁蒸发结晶系统

硫酸镁蒸发结晶系统主要用于七水硫酸镁回收，其回收原理为：用蒸汽加热硫酸镁浆液并蒸发部分水分，然后在迅速冷却到一定的温度析出七水硫酸镁晶体，并用离心机分离出晶体，最后用干燥机烘干就达到了回收七水硫酸镁晶体的目的。硫酸镁蒸发结晶系统主要包括：1座多效循环蒸发器；1台涡旋分离稠厚器；2台离心机（一用一备）；1台振动流化床干燥机；1台半自动成品包装机。

6 运行情况

烟气脱硫系统于2013年12月底正式投入运行，系统能在设计工况下稳定运行，各项性能指标均能达到设计要求，脱硫效率可达95%以上，烟囱出口粉尘浓度可满足排放要求。

7 存在的问题

脱硫系统正常运行几个月后发现整个系统阻力逐渐增加，增压风机已不能满足系统正常运行要求，停机检修发现系统存在一些湿法脱硫常见的问题。

7.1 浆液沉积

停机检修发现浓缩塔浆液池底部浆液沉积现象较严重，吸收塔浆液池底部只有局部区域有少量沉积物。浓缩塔沉积物主要成份为亚硫酸镁、硫酸镁、粉尘、重金属等，其中亚硫酸镁含量达60%以上。

7.2 蒸发结晶系统故障

蒸发结晶系统故障率偏高，系统多次出现管道堵塞现象，一旦出现管道堵塞现象，结晶系统必须停运检修。在实际运行过程中，结晶系统还出现过无晶体析出或只有少量晶体析出的现象，严重影响氧化镁的回收效率，氧化镁的回收效率不足50%。

7.3 烟囱雨

该脱硫系统烟囱雨现象控制相对较好，只是在负荷高及其他自然条件较差的情况下有少量烟囱雨，主要有如下几个原因：（1）吸收塔出口除雾器采用屋脊式除雾器，除雾效果较好；（2）排烟筒烟气流速低于14m/s，烟气中的水分大部分在烟囱内凝结后回流至塔内；（3）排烟筒设计有旋流装置，烟气在烟囱中旋流，烟气中夹带的水分在离心力的作用下从烟气中分离出来，排烟筒出口烟气夹带的水分大大减少。

7.4 腐蚀

由于烧结烟气中含有SO2、SO3、HCl、HF等酸性气体，绝大部分的酸性气体能被脱硫液吸收后生成了稀酸，在烟气脱硫系统中形成低pH值的强腐蚀环境，会对烟气脱硫设备造成较强酸腐蚀。浓缩塔、吸收塔、箱罐等大型非标设备一般采用玻璃鳞片防腐，鳞片防腐价格便宜，防腐效果好，但对施工要求较高。由于施工质量原因，该脱硫塔塔壁发生过腐蚀穿孔现象。

7.5 磨损

氧化镁法烟气脱硫利用氢氧化镁浆液作为脱硫剂，浆液浓度一般为25%～30%，因此对管道及设备的磨损也较大。该钢厂管道大部分采用钢骨架PE管及衬胶钢管，钢骨架PE管耐磨耐腐均较好，衬胶钢管耐腐蚀较好，但耐磨性相对较差，管道弯头部位出现过磨穿的现象。

8 改进措施

8.1 防止浆液沉积的措施

浓缩塔中浆液浓度较高，只设置有氧化空气管网，浆液靠氧化空气鼓泡搅动，没有配套设置气浮搅动泵或机械搅拌器。浆液搅拌强度很低，这是导致浓缩塔浆液池底部沉积的最直接原因。针对这个问题，停机检修时增加了4台机械侧进式搅拌器，后续运行基本解决了浆液沉积问题。

8.2 改善蒸发结晶系统的措施

蒸发结晶系统故障率偏高，主要原因是多效循环蒸发器缺乏精确控制蒸发量的手段，很难精确控制蒸发器出口硫酸镁浆液浓度，当蒸发的水分过多时，不仅造成了能源的浪费，同时也会导致晶体在蒸发器内析出，析出的晶体粘附在蒸发器管道壁上造成管道堵塞，影响系统的正常运行。针对多效循环蒸发器目前存在的缺点，适当增加一些控制仪表，如密度计、温度计、流量计、调节阀等，增加多效循环蒸发器控制手段，强化多效循环蒸发器的可控性，有利于蒸发结晶系统稳定运行。

8.3 预防烟囱雨的措施

目前控制烟囱雨的方法较多，如降低排烟筒内烟气流速、排烟筒设置旋流装置、吸收塔采用除雾效果更好的屋脊式除雾器、屋脊式除雾器前加设预除雾装置等措施，这些方法均可有效减少烟囱雨，但都不能从根本上解决烟囱雨的问题，目前一种新型的预防烟囱雨技术已悄然兴起，火力发电行业已有多套应用湿式电除雾器成功杜绝烟囱雨的案例，因此，湿式电除雾器在不久的将来必将成为预防烟囱雨的重要手段。

8.4 防腐防磨

湿法烟气脱硫凡是与浆液接触的部位均需做防腐防磨处理，根据设备所在位置的不同，应采用不同的防腐防磨技术，其主要的防腐防磨部位有如下几个：

8.4.1 浓缩塔入口区域

浓缩塔入口区域为干湿界面区，工艺条件复制，入口烟气粉尘浓度高，该区域防腐防磨要求最高，是湿法脱硫核心防腐防磨区域。该区域的防腐防磨材料一般采用耐腐蚀耐磨损较好的合金钢，目前采用较多的为1.4529镍钼合金钢、C276哈氏合金钢。1.4529镍钼合金钢成本远低于C276哈氏合金钢，完全能满足该区域的防腐耐磨要求，因此，1.4529镍钼合金钢逐渐取代了C276哈氏合金钢在脱硫领域的应用。

8.4.2 浓缩塔、吸收塔、浆液箱等大型非标件内部

浓缩塔、吸收塔、浆液箱等大型非标件内部一般只与浆液或湿烟气接触，与浆液或湿烟气接触的部位浆液或烟气流速均较少，磨损强度随之减少，因此可采用耐磨性能相对较差的橡胶衬里、玻璃鳞片衬里、FRP衬里等进行防腐防磨，该区域的腐蚀主要为氯离子等酸性离子腐蚀，而橡胶衬里、玻璃鳞片衬里、FRP衬里耐酸性离子腐蚀性能好。玻璃鳞片衬里由于具备防腐性能优良、施工方便、成本低廉、维护方便等诸多优点，在脱硫脱硝领域的应用越来越广泛。

8.4.3 管道及管件

管道的防腐防磨应用较多的是橡胶衬里管，衬胶钢管防腐性能好，但受工艺条件限制，橡胶衬里在温度变化较大时容易与钢管脱落，因此衬胶钢管有被其他衬里管道替代的趋势，较好的替代产品为钢骨架PE管，钢骨架PE管为整体成型，不存在衬里脱落的现象，且防腐耐磨性能优越，该钢厂所选用钢骨架PE管使用至今效果良好，无因腐蚀磨损穿孔现象。

9结语

氧化镁法烟气脱硫系统是一种资源回收型的新型脱硫技术，具有脱硫效率高、运行稳定、副产物利用价值高等优点，完全能适应烧结烟气的运行条件，针对目前工程中出现的一些问题加以改进后，烧结烟气脱硫系统基本可保证持续稳定运行，脱硫效率可达95%以上。实际运行中浓缩塔浆液池未再出现浆液沉积现象，除雾器部位也只有少量污垢，处于合理范围内，设备腐蚀及磨损也得到了有效控制，氧化镁回收效率也有一定的提高，但回收效率依然不高，如能进一步提高氧化镁的回收效率，氧化镁法烟气脱硫技术将成为颇具市场竞争力的烧结烟气脱硫技术之一。

[1]中国环境保护产业协会.火电厂烟气脱硫工程技术规范.石灰石/石灰－石膏法HJ/T179-2005.2005,06,24.

李勇（1982—），男，湖南，本科，工程师。从事工业窑炉烟气净化工作。