石膏法湿法烟气脱硫技术及工艺比较

烟气脱硫技术是目前世界上唯一大规模商业化应用的脱硫方式,是火力发电厂控制酸雨和二氧化硫的主要技术手段。目前世界上所拥有的烟气脱硫技术(FGD)有上百种之多。根据脱硫产物的存在的状态可划分为湿法、半干法和干法三类工艺。这些工艺主要包括:
1)湿法脱硫技术,共占全世界FGD装置总量的85%左右,其中石灰-石膏法约占26.7%,其它湿法脱硫技术约占48.3%; 2)半干法脱硫技术,主要包括喷雾干燥脱硫技术、炉内喷射吸收剂/增温活化脱硫技术等,约占全世界FGD装置总量的近10%; 3)干法脱硫技术,包括烟气循环流化床脱硫技术、等离子体脱硫技术等。
下面我们从两种常见的湿法脱硫的脱硫剂性质、化学反应机理、技术特点进行比较:
1氧化镁法与石灰石-石膏法脱硫工艺的脱硫剂性质比较
化镁法脱硫工艺选用轻烧镁(MgO)为脱硫剂,而石灰石-石膏法采用石灰石粉(CaCO3)为脱硫剂,两种脱硫剂在物理、化学性质上存在较大差异。
1.1物理性质
氧化镁(MgO)俗称苦土,相对分子量为41,为白色无定型粉末、无味、无毒。MgO对水呈一定的惰性,特别是高温煅烧后的MgO难溶于水,易溶于酸和氨盐溶液中,在水中溶解度因二氧化碳的存在而增大。
MgO是菱镁矿石中的主要成分,菱镁矿加热至640℃以上时,开始分解成氧化镁和二氧化碳,在700——1000℃煅烧时,二氧化碳没有完全逸出,成为一种粉末状物质,称为轻烧镁。烟气脱硫所用的氧化镁即为轻烧镁,轻烧镁极易溶于水并发生化学反应。
石灰石粉(CaCO3)相对分子量为100,为白色晶体或白色粉末、无味。相对密度为2.71(25℃),在空气中稳定,几乎难溶于水(溶解度≈0.015kg/m3)、不溶于醇。
镁离子的溶解碱性比钙离子高10——15倍,因此镁法脱硫工艺系统不易发生设备结垢堵塞问题。
1.2化学性质
MgO是碱性氧化物,具有碱性氧化物的通性,暴露在空气中,容易吸收水分和二氧化碳,极易与酸、铵盐发生化学反应。而SO2是碱性氧化物,具有酸性氧化物的通性,MgO与SO2极易发生化学反应,形成硫酸盐。
Mg(OH)2+SO2+5H2O→MgSO3˙6H2O
而CaCO3是一种碳酸盐,加热至1098K左右开始分解成氧化钙和二氧化碳,碳酸钙难溶于水,但易溶于酸,生成盐和二氧化碳。
CaCO3+SO2+H2O→CaSO3+CO2↑+H2O
MgO与SO2化学反应活性比CaCO3与SO2化学反应活性要强得多,反应速率要快。
2氧化镁法与石灰石-石膏法脱硫工艺的技术特点比较
2.1氧化镁脱硫工艺技术特点
2.1.1主要优点
1)技术相对成熟。氧化镁脱硫技术是一种成熟度仅次于钙法的脱硫工艺,氧化镁脱硫工艺在世界各地都有非常多的应用业绩,目前在我国部分地区已经较多应用的业绩。
2)原料来源充足。在我国氧化镁的储量十分可观,目前已探明的氧化镁储藏量约为160亿吨,占全世界的80%左右。因此氧化镁完全能够作为脱硫剂应用于电厂的脱硫系统中去。
3)脱硫效率高。在化学反应活性方面氧化镁要远远大于钙基脱硫剂,并且氧化镁的分子量较碳酸钙和氧化钙都小。一般情况下氧化镁的脱硫效率可达到95——98%以上,而石灰石-石膏法的脱硫效率仅达到90——95%左右。
4)投资费用少。由于氧化镁作为脱硫本身有其独特的优越性,因此在吸收塔的结构设计、循环浆液量的大小、系统的整体规模、设备的功率都可以相应较小,这样一来,整个脱硫系统的投资费用可以降低20%以上。
5)运行费用低。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、汽的消耗费用。对石灰石-石膏法液气比一般都在15L/m3以上,氧化镁在5L/m3以下,产生的循环浆液比、能耗量、循环泵的容量比均为3:1,这样氧化镁法脱硫工艺就能节省很大一部分费用。
6)运行可靠。硫酸镁的溶解度较高,脱硫塔内是溶液水循环,不产生沉渣,所以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;同时镁法pH值控制在6.0——6.5之间,设备腐蚀问题也得到了一定程度的解决。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。
7)综合效益高。由于镁法脱硫的反应产物是亚硫酸镁和硫酸镁,综合利用价值很高。一方面我们可以进行强制氧化全部生成硫酸镁,然后再经过浓缩、提纯生成七水硫酸镁进行出售,另一方面也可以直接煅烧生成纯度较高二氧化硫气体来制硫酸。
8)副产物利用前景广阔。硫酸被称为“化学工业之母”,二氧化硫是生产硫酸的原料。我国是一个硫资源相对缺乏的国家,硫磺的年进口量超过500万吨,折合二氧化硫750万吨。另外,硫酸镁在食品、化工、医药、农业等很多方面应用都比较广,市场需求量也比较大。镁法脱硫充分利用了现有资源,推动了循环经济的发展。
9)无二次污染。常见的湿法脱硫工艺里面,不可避免的存在着二次污染的问题。对于氧化镁脱硫技术而言,对于后续处理较为完善,对SO2进行再生,解决了二次污染的问题,即使对脱硫产物采用抛弃法,也不会对环境造成污染。
2.1.2主要缺点
1)85%的轻烧氧化镁市场价格高于石灰石;
2)氧化镁产地主要分布在辽东半岛和山东半岛,其供应情况应予以考虑。
2.2石灰石-石膏脱硫工艺技术特点
1)技术最成熟,应用最多,技术可靠性好;
2)石灰石资源丰富,价格便宜,目前市场售价约为200元/吨左右;3)脱硫效率达90——95%;4)对煤种变化、负荷变化的适应性强;
5)由于脱硫原料及产物溶解度小,易造成设备的结垢、堵塞和磨损。
3结论
氧化镁法与石灰石-石膏法同为烟气湿法脱硫,其原理相同,工艺相似,只是使用的脱硫剂不同。由于氧化镁法脱硫工艺有其自身特点和独特优越性,所以它是一种经济实用、有竞争力并有良好市场发展前景的脱硫技术。