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濃縮干燥一體機(jī)在鎂法煙氣脫硫中的節(jié)能應(yīng)用
張國臣，李新平，張娟，韓艷敏
(1.焦作市霧神化工機(jī)械有限公司；2.焦作市技師學(xué)院)
關(guān)鍵詞
煙氣脫硫，氧化鎂，氫氧化鎂，硫酸鎂，亞硫酸鎂、濃縮、干燥。
摘 要
對鎂法煙氣脫硫聯(lián)產(chǎn)無水硫酸鎂作了綜述，包括脫硫工藝過程采用高溫?zé)煔庾鳠嵩瓷a(chǎn)無水硫酸鎂，實現(xiàn)能量梯級利用，低溫高效吸收SO2，無外來熱源生產(chǎn)無水硫酸鎂，極大地降低了生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。
一、總述
世界上各國對煙氣脫硫都非常重視，已開發(fā)了多種行之有效的脫硫技術(shù)。目前煙氣脫硫技術(shù)的主要有：①石灰～石灰石/石膏法、②鎂法、③海水脫硫、④堿式硫酸鋁法、⑤雙堿法、⑥氨酸法、⑦活性焦炭法等，目前應(yīng)用最多的有石灰～石灰石/石膏法和鎂法。
全國燃煤電廠每年將產(chǎn)生5000萬t左右的脫硫石膏，同時化肥工業(yè)每年還有4 000萬t磷石膏產(chǎn)生。我國天然高品位石膏儲量豐富，市場容量不過1200萬t/年，導(dǎo)致脫硫石膏利用空間有限，只能拋棄、填埋，不可避免造成二次污染。
鎂法煙氣脫硫技術(shù)以氧化鎂或氫氧化鎂為脫硫劑。我國鎂資源豐富，有獨特的條件發(fā)展鎂法脫硫技術(shù)，副產(chǎn)硫酸鎂產(chǎn)品。“濃縮干燥一體機(jī)”是集預(yù)濃縮、濃縮、干燥、煅燒為一體的集約化裝置，該裝置用于鎂法脫硫可自動實現(xiàn)工藝過程自動化，無外加熱源制無水硫酸鎂。硫酸鎂可作用于醫(yī)藥、微生物工業(yè)、輕工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、印染工業(yè)、制藥工業(yè)、電鍍工業(yè)、冶煉工業(yè)。用途廣泛經(jīng)濟(jì)價值較高，而且從根本上解決了脫硫過程形成的二次污染。
二、工藝原理
鎂法煙氣脫硫技術(shù)是用氧化鎂作為脫硫劑進(jìn)行煙氣脫硫的一種濕法脫硫方式，也稱為氧化鎂濕法煙氣脫硫技術(shù)。氧化鎂的脫硫機(jī)理與氧化鈣的脫硫機(jī)理相似，都是堿性氧化物與水反應(yīng)生成氫氧化物，再與二氧化硫溶于水生成的亞硫酸溶液進(jìn)行酸堿中和反應(yīng)，反應(yīng)生成亞硫酸鎂和硫酸氫鎂，亞硫酸鎂氧化后生成硫酸鎂。其主要化學(xué)反應(yīng)過程如下。
①氧化鎂漿液制漿過程的化學(xué)反應(yīng)為：
MgO +H2O=Mg(O H)2(漿液)
MgO + CO2 + H2O = Mg(HCO3)2
②鎂法煙氣脫硫過程的基本化學(xué)反應(yīng)為：
Mg(OH)2 + SO2 == MgSO3 + H2O
Mg(HCO3)2 + SO2 == MgSO3 + H2O + CO2
MgSO3 + H2O + SO2 == Mg(HSO3)2
MgO + Mg(HSO3)2 + H2O== 2MgSO3 + 2H2O
此過程MgO有5%的過量。
③亞硫酸鎂氧化為硫酸鎂的化學(xué)式
MgSO3 + 1/2O == MgSO4
三、工藝描述
工藝流程如下圖：（以玻璃窯爐尾氣為例）
以玻璃窯爐尾氣為例敘述工藝流程。
來自玻璃窯爐的450℃左右高溫尾氣在系統(tǒng)高壓引風(fēng)機(jī)的作用下，進(jìn)入多級高效旋風(fēng)收粉器，經(jīng)高效旋風(fēng)收粉器后除去煙氣中的堿金屬氧化物和顆粒二氧化硅，然后進(jìn)入噴霧干燥塔。過濾后的硫酸鎂溶液在高壓泵的作用下使硫酸鎂溶液在噴霧干燥塔中霧化并被干燥，干燥后的硫酸鎂產(chǎn)品落入塔體底部經(jīng)關(guān)風(fēng)機(jī)、高效冷卻機(jī)、包裝得到成品硫酸鎂產(chǎn)品。
在系統(tǒng)高壓引風(fēng)機(jī)的作用下干燥后的尾氣進(jìn)入高效旋風(fēng)收粉器，經(jīng)高效旋風(fēng)收粉器后收集下較細(xì)的硫酸鎂物料落入集料箱，經(jīng)關(guān)風(fēng)機(jī)、高效冷卻機(jī)、包裝得到成品硫酸鎂產(chǎn)品。
在系統(tǒng)高壓引風(fēng)機(jī)的作用下，尾氣經(jīng)旋風(fēng)收粉器上部集風(fēng)箱進(jìn)入氣液高效換熱器，經(jīng)換熱器換熱后煙氣溫度約80～120℃，換熱后進(jìn)入二氧化硫噴霧吸收塔。氫氧化鎂料漿罐中的氫氧化鎂料漿在高壓泵的作用下使氫氧化鎂料漿在噴霧吸收塔中霧化，并與二氧化硫煙氣成逆流接觸，在多級接觸過程中，二氧化硫與氫氧化鎂反應(yīng)生成MgSO3溶液。尾氣經(jīng)系統(tǒng)高壓引風(fēng)機(jī)后，排入大氣。
MgSO3溶液流入氧化池，在氧化池中通往過量的空氣，使MgSO3溶液氧化成MgSO4溶液。
氧化后的MgSO4溶液在泵的作用下送入真空濃縮系統(tǒng)，在高負(fù)壓的真空濃縮系統(tǒng)成逆流進(jìn)入高效換熱器，經(jīng)高效換熱器后硫酸鎂溶液濃度達(dá)到26%左右，進(jìn)入濃縮后儲罐。再經(jīng)高壓泵送入干燥系統(tǒng)，完成物料的逆流循環(huán)過程。
四、硫酸鎂生產(chǎn)過程耗熱量計算；
說明：以年產(chǎn)MgSO4產(chǎn)品1萬噸計算。MgSO3溶液氧化后的液體（濃度15%計）送入預(yù)濃縮系統(tǒng)，在預(yù)濃縮系統(tǒng)中將MgSO4溶液濃縮到26%，送入干燥塔，在干燥塔中得到無水硫酸鎂產(chǎn)品。
工藝計算:
物料濃縮前含水率：W1=85/15=5.666
物料濃縮后含水率：W2=74/26=2.846
物料干燥后含水率: W3=1/99=0.0101
濃縮脫除水量：ΔW1=1400*(5.666-2.846)= 3948㎏
干燥脫除水量：ΔW2=1400*(2.846-0.01010)= 3970.26㎏
取水的蒸發(fā)潛熱535 kcal/㎏。MgSO4·7H2O溶液從20℃～260℃物料平均比熱容為0.77 kcal/㎏.℃。
1、干燥必須耗熱量：
Q干燥=3970.26*(530+(220-100))+1400*0.78*(220-100)= 2711709kcal/h
2、干燥需風(fēng)量：
G=2711709/(0.25*(450-220))= 47160.15㎏/h
3、干燥余熱量：
Q余=0.25*(47160.15+3970.26)*(220-110)= 1406086.275kcal/h
4、 濃縮應(yīng)供熱量：
Q應(yīng)供=3948/3000*60=78.96 萬kcal/h
干燥余熱為140.6萬kcal/h大于應(yīng)供熱量113.32萬kcal/h能夠滿足濃縮需要。
5、系統(tǒng)總熱量：
Q總=0.25*47160.15*(450-20)= 5069716.125kcal/h
1、 煙道氣需要量：47160.15㎏/h
副產(chǎn)1萬噸MgSO4的玻璃企業(yè)，煙道氣量約有80000㎏/h。足夠滿足系統(tǒng)鎂法脫硫需要。
直接生產(chǎn)成本：
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序號
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名稱
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單價/T
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數(shù)量元/T
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合計
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1
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電
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100kw/T
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0.82
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82
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2
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包裝物
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20條
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1.5
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30
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3
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機(jī)械消耗
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5
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5
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4
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工資福利
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100
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100
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合計
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217
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無水硫酸鎂市場價格為2600～5000元/噸。取最低價格2600元/噸。直接成本為217元/噸。經(jīng)濟(jì)價值可觀。
五、工藝特點
1、鎂法脫硫采用預(yù)濃縮、脫硫、氧化、干燥、煙氣凈化五道工序為一體，減少設(shè)備占地面積、提高設(shè)備利用率、降低生產(chǎn)成本、系統(tǒng)高效節(jié)能。
2、系統(tǒng)主要動力為一臺高壓引風(fēng)機(jī)，高溫?zé)煔庵鸩礁邷刈呦虻蜏刂粮邏阂L(fēng)機(jī)，系統(tǒng)引風(fēng)機(jī)動力小、壓頭高、能量大。
3、系統(tǒng)能量梯級利用：450℃高溫?zé)煔飧稍?/span>MgSO4溶液，干燥后的尾氣溫度為200℃，經(jīng)換熱器后煙氣溫度達(dá)到80℃左右。常規(guī)脫硫尾氣溫度要降低到100℃以下，方能吸收SO2氣體，本系統(tǒng)有效地利用了以往鎂法脫硫浪費(fèi)的高溫尾氣能量。
4、系統(tǒng)裝置不設(shè)煙氣換熱設(shè)備：本系統(tǒng)450℃的高溫?zé)煔獠恍枰O(shè)置換熱設(shè)備，只需要設(shè)置高效旋風(fēng)收粉器，即可將堿金屬氧化物和固體SiO2等雜質(zhì)除去，同時也降低了系統(tǒng)阻力，提高脫硫副產(chǎn)品的品質(zhì)，保證副產(chǎn)品的綜合利用。
5、脫硫塔高效脫硫：脫硫塔設(shè)置有雙層噴淋、雙層脫霧。該裝置在很低的液氣比的條件下提供很高的SO2去除效率。
6、脫硫效率高：高效換熱器的熱源為脫硫后的尾氣，能量重復(fù)利用過程，工藝過程余熱富裕多，脫硫塔中可一步或少量循環(huán)即可等到10%濃度MgSO3溶液。MgSO4溶液越低，脫硫效率越高。
7、工藝過程無二次污染：工藝過程包括：濃縮、干燥、脫硫、氧化，在濃縮時形成的冷凝液為蒸汽冷卻水，該水可回到生產(chǎn)工藝或者用于調(diào)節(jié)氫氧化鎂料漿。煙道氣經(jīng)高效收粉器收集下的堿金屬和SiO2固體，可作為固廢材料堆存。高壓引風(fēng)機(jī)排放的氣體為空氣和水蒸汽。
8、投資費(fèi)用少。由于氧化鎂作為脫硫劑本身有其獨特的優(yōu)越性，因此在吸收塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計、循環(huán)漿液量的大小、系統(tǒng)的整體規(guī)模、設(shè)備的功率等都可以相應(yīng)較小，相對來說其投資費(fèi)用較低。
9、運(yùn)行費(fèi)用低：濃縮干燥一體機(jī)系統(tǒng)主要動力是系統(tǒng)高壓引風(fēng)機(jī)，工藝過程自然形成自動化，一個系統(tǒng)只需要2人/班操作即可，所以大大降低了運(yùn)行成本。
10、運(yùn)行可靠：MgSO4的干燥是在噴霧干燥塔中完成，煙氣脫硫中是脫硫塔中完成，MgSO3氧化是在陶瓷儲槽中完成，完成氧化后將液體PH值調(diào)節(jié)到7再進(jìn)入預(yù)濃縮系統(tǒng)。因此在整個系統(tǒng)不存在堵塞和結(jié)構(gòu)問題，同時也較好地解決了生產(chǎn)過程對設(shè)備腐蝕問題。
11、副產(chǎn)物利用前景廣闊。副產(chǎn)品MgSO4主要用于于醫(yī)藥、微生物工業(yè)、輕工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、印染工業(yè)、制藥工業(yè)、電鍍工業(yè)、冶煉工業(yè)。農(nóng)業(yè)上用作肥料；可作飼料添加劑，水泥的助燃劑；用于炸藥、火柴、瓷器、玻璃、顏料、ABS樹脂的制造；在防火材料方面用作丙烯酸脂樹脂等塑料的阻燃劑；在環(huán)保上用于污水處理。七水硫酸鎂在輕工業(yè)中用于生產(chǎn)鮮酵母、味精、飲料、礦泉水；在化學(xué)工業(yè)中用于制造硬脂酸鎂、磷酸氫鎂，氧化鎂等其它鎂鹽和硫酸鉀、硫酸納等其它硫酸鹽；在防火材料中用作填充劑增強(qiáng)耐熱性；在制藥上硫酸鎂加工為瀉藥、抗驚厥藥、三硅酸鎂、麥白霉素、乙酰螺旋霉素和肌昔等藥物。在肥料行業(yè)，用于制造鎂肥料，對植物的生長起了很大的作用。在食品工業(yè)上硫酸鎂用于乳酸、味精等。在制革工業(yè)中用作填充劑；在電鍍工業(yè)中用做導(dǎo)電鹽；在印染上可用作織物上染劑、加重劑、鎂染劑。另外用于工業(yè)污水處理，對廢液污水起到凝結(jié)和沉降作用使其達(dá)到排污標(biāo)準(zhǔn)。
濃縮干燥一體機(jī)用于鎂法脫硫所得副產(chǎn)品為無水硫酸鎂，大大降低了目前嚴(yán)重影響產(chǎn)品銷售的運(yùn)輸成本（如：MgSO4.7H2O其水份含量為51%以上），有效地增大了無水硫酸鎂的銷售半徑。
五、結(jié)語
“濃縮干燥一體機(jī)”應(yīng)用于鎂法煙氣脫硫技術(shù)在實際應(yīng)用中證明是一種工藝成熟、運(yùn)行穩(wěn)定的脫硫技術(shù)。其工藝流程簡單、專用設(shè)備少、工藝過程自動化、投資及運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用較低。其副產(chǎn)品回收價值高、無二次污染、脫硫劑氧化鎂易得、生產(chǎn)成本低、占地面積小。因此“濃縮干燥一體機(jī)”用于鎂法煙氣脫硫技術(shù)是適應(yīng)多種煙氣脫硫方式，尤其在富產(chǎn)氧化鎂的地區(qū)應(yīng)有良好的市場前景。
參考文獻(xiàn):
胡慶福·鎂化合物生產(chǎn)與應(yīng)用·北京：化學(xué)工業(yè)出版社·2004.2
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