探讨影响镁法脱硫系统正常运行质量的因素
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摘 要：随着国家层面对环保要求的日益提高，各发电企业面对的环保压力愈加严峻。镁法脱硫技术作为湿法脱硫技术的重要组成部分，在国家的环保事业中占有不可或缺的地位。镁法脱硫技术相比钙法脱硫技术，有着成熟稳定、脱硫效率高、副产品可回收循环利用等无可比拟的技术优势，但镁法脱硫系统在工况运行过程中的某些因素严重影响、威胁着脱硫系统的稳定运行。本文将对其主要影响因素并调整技术措施作简要分析概述，并斗胆对未来的湿法脱硫技术发展趋势提出自己的陋见。
关键词：镁法脱硫;正常运行;因素
中图分类号：X703.1 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）13-0011-02
镁法脱硫是用轻烧氧化镁（MgO）粉为还原剂，经热水水化與其反应后形成氧化镁粉与氢氧化镁（Mg（OH）2）混合介质浆液，通过与进入吸收塔的烟气逆向接触，吸收烟气中的硫氧化物（SOX）成分，生成副产品亚硫酸镁（MgSO3）和硫酸镁（MgSO4）混合产物的工业过程。
其主要反应过程如下：
MgO+H2O（热水）→Mg（OH）2
Mg（OH）2+SO2→MgSO3
1 在镁法脱硫吸收塔反应过程中，影响吸收塔正常运行质量的因素如下：
1.1 氧化镁（MgO）水解效率
众所周知，影响化学反应速率有几大因素，温度、压力、反应浓度、有效接触效率、pH等。下面将对其一一进行分析。
（1）热水温度。轻烧氧化镁水合反应如下：
MgO+H2O（热水）→Mg（OH）2 （1）
由于镁离子和氧原子的极性作用，导致氧化镁物质分子电荷中心偏心而带有极性。在溶解剂热水（H2O）影响下，电解离析出的氢离子和极性羟基活性高。在氧化镁分子与极性水分子碰撞过程中，氧化镁分子中氧原子的极性作用夺取水中水分子簇游离的氢离子生成羟基结构，与水分子簇中的剩余部分生成双羟基极性离子团。而双羟基结构团可以与镁离子组成氢氧化镁物质分子。
由于温度对物质焓量的影响，温度越高，焓量越大，分子内部原子振动越剧烈。氧化镁粉水合时水温越高，氧化镁分子内部与水分子内部分子振动越剧烈，导致氧化镁中氧原子与氢离子碰撞作用加强，两者的电子云交互的范围就会变大，氧原子夺取氢离子的概率增大，氧化镁水合作用加强;相对地，由于氧化镁水合反应的不彻底性，氢氧化镁分子团分解离析的概率也会增加，产生的离子会生成新的分子簇，对氧化镁水合作用产生负面影响。
（2）粉水混合比。氧化镁粉与水溶剂的混合比例影响氧化镁水合反应的效果。在一定浓度范围内，水合反应体系中产生氢氧化镁的浓度与氧化镁加入量成正比。随着体系溶解浓度的饱和，氢氧化镁浓度增长趋向平缓;在此浓度梯度提高过程中，氧化镁的水合率不断降低。结论就是，在氧化镁粉水解过程中，加入的氧化镁粉越少，其水解效率越高，反应越彻底，效果越好。
（3）氧化镁粉细度。氧化镁粉粒度越小，其水合效果越佳。将氧化镁粉取近似球体颗粒，根据公式：
c=S/V=（4πr2）/（4πr3/3）=3/r （2）
众所周知，比表面积越大，其与外界接触效果越好。从上式可知，其球径越小，颗粒的比表面积越大，即氧化镁粉与水接触效果愈佳，其水解效果越好。
另，在中性或者碱性环境下氧化镁水解比较困难，对其有抑制作用。水化效果与氧化镁的活性有关，活性高的容易水解。氧化镁水解后，表面会形成比较疏松的氢氧化镁包壳，水分子扩散进去后继续水解。
1.2 喷淋效率
（1）喷淋系统布局。现脱硫浆液喷淋系统一般安装有碳化硅材质喷嘴，在浆液循环泵的出力作用下，浆液受压以从喷嘴中以小于120°度的大角度向下喷淋，覆盖下部相应烟气空间。在吸收塔内部烟气与脱硫浆液接触的过程中，由于逆向接触，为了保证锅炉烟气中硫氧化物的有效吸收，喷淋喷嘴在吸收塔内部的布局显得格外重要，要保证烟气流动的全面覆盖，保证浆液与烟气的有效接触。
（2）雾化效率。类比氧化镁粉水合效率过程，得出氢氧化镁浆液喷淋液滴越小，与烟气的有效接触面积越大，在接触过程中就能够除去烟气中的硫氧化物。
（3）烟气流动均匀性。为保证吸收塔系统的正常运行，吸收塔内部空间搭设有各种设备，如喷淋系统、除雾器系统及高压水冲洗系统等。设备的存在导致锅炉烟气在其中流动过程中的不均匀性，会产生各种湍流，气态硫氧化物在烟气中不均态分布。此种工况会导致脱硫浆液处理烟气的出力波动，可能会造成环保污染事故。
1.3 pH值
氢氧化镁是一种能溶于水的中强碱性物质，根据氧化镁溶解水合过程分析，加入吸收塔内的“氢氧化镁”浆液是氢氧化镁、氧化镁粉及水的混合物质。在浆液吸收塔烟气过程中，浆液中的氢氧化镁碱不断消耗，反应体系中pH值逐渐下降，能够促进氢氧化镁浆液中剩余氧化镁粉的水解过程，保证氢氧化镁的供应;另外，根据一定温度下溶液的离子积方程（吸收塔内环境主要是水溶解多物质体系）。
KW=[H+]·[OH-]， （3）
pH值越低，体系中氢氧根离子浓度c（OH-）越小，同样有助于促进氧化镁粉的水合作用。
1.4 脱硫效率
烟气流量乘以烟气中二氧化硫浓度，即单位时间内进入脱硫吸收塔内部，需要处理的二氧化硫的量。根据吸收塔反应Mg/S指数，理论上需同步加入一定量的氢氧化镁。实际上，在吸收塔系统正常运行时，进入吸收塔的烟气浓度是动态改变的，补充吸收塔内部的新鲜浆液量也需要同步改变。但鉴于反应过程需要时间，吸收塔内部浆液监测仪表反映出的数据与操作时间对比有一定的滞后性。因此，在日常吸收塔运行中，吸收塔实际补浆并不能与吸收塔反应所需完美契合。 吸收塔补充浆液最好的运行方式是吸收塔内部需要多少，浆液泵就补充多少浆液进入吸收塔。若锅炉负荷、烟气浓度波动，由于参数反映的滞后性，时时补充的浆液在吸收塔塔内反应会有一定的富余或短缺，进而进行一系列的补浆调整，导致脱硫吸收塔系统整体参数波动。
2 针对性调整
2.1 水解效率
氧化镁水合反应时要尽量控制热水温度范围在50-80℃。一方面是为了保证氧化镁水合效率，另一方面要考虑现场设备的耐受程度和物料成本。
用氧化镁粉制备氢氧化镁浆液时要根据水溶剂的量酌量添加氧化鎂粉。氧化镁粉加入过少，水解效果佳，但浆液制备浓度低;加入过多，氢氧化镁浓度高，但氧化镁利用率低，同时增加设备损耗与运行成本。在制备氢氧化镁浆液时，一般控制其浓度在1150kg/m3左右。
氧化镁粉颗粒越细越好，有利于氧化镁粉的水解效果。但颗粒越小，其加工成本越高，加工过程中能耗越大。在镁法脱硫系统中，日常使用的氧化镁粉颗粒粒度控制基本在200目至250目左右，既能够保证氧化镁粉的水解效果，也能保证与水合剂的有效接触，还能够有效控制加工成本，降低脱硫系统的整体运行成本。
2.2 喷淋效率
喷淋覆盖率高，增加喷淋管道与喷嘴组件，能够保证浆液与烟气的有效接触面积，但一方面加大了物料成本及后期的运行成本，另一方面提高吸收塔烟气阻力，增大了锅炉烟气系统中风阻，提高了烟气系统中风机的能耗，违背了节能降耗的初衷。在氧化镁湿法脱硫烟气系统中，吸收塔内部喷嘴以90°-120°的大角度向下喷淋浆液，布局要保证喷淋整体覆盖率达到吸收塔横向截面积的200%-300%，既能够保证吸收塔喷淋效果，也不致喷淋能耗过高。
在喷淋过程中，浆液循环泵给吸收塔喷淋浆液提供动力，使其经过喷淋系统喷嘴内部时在切向力的作用下，旋转喷出并雾滴化;喷淋喷嘴内部的切向角度也会影响浆液的雾化效果。浆液循环泵出力不足与否，直接作用于吸收塔喷淋系统的效率。关于吸收塔喷淋系统喷淋效果，则需通过系统设计、安装调试时喷淋系统的整体试验得出最佳搭配。
在安装吸收塔时，为保证吸收塔内部烟气流动的均匀性及可处理性，会在吸收塔内部塔壁上安装烟气托盘、偏转环、多孔筛板等装置，让烟气主要集中在中间通道位置，保证烟气在吸收过程中能够与浆液充分接触。
2.3 pH值
在镁法脱硫系统中，因为镁法脱硫中氧化镁粉水解与钙法脱硫中碳酸钙颗粒溶解的机理不同。吸收塔pH值低，影响烟气中二氧化硫的吸收;pH值高，影响吸收塔浆液中正常的反应过程和结晶转化。为了保证镁法脱硫中吸收塔正常反应所需环境和反应的进行，就反应要求来说，一般会控制pH尽可能低。为减少对吸收塔塔体基材的腐蚀破坏，综合控制镁法脱硫中吸收塔pH值在5.7-6.7范围内。
2.4 脱硫效率
在吸收塔正常运行时，为避免吸收塔补浆过剩或短缺对吸收塔内部反应过程产生影响，在人员操作情况下，只能依据个人经验，根据吸收塔入口烟气各参数进行相应的调整;在自动程控操作模式下，可以建立数据模型，通过大量的吸收塔进、出口参数试验数据分析修正得出最佳的补浆方式、数据，控制吸收塔系统各项参数始终在正常范围内波动。
3 未来趋势分析
在此，本人斗胆对湿法脱硫技术未来发展方向作出自己的预测：
（1）脱硫技术将继续发展，更多高效的脱硫技术将应用于生产，如燃煤粒化脱硫、燃煤离子化离析同步发电并脱硫等，也可以多种脱硫技术复合处理烟气等;（2）更多高效、低成本、环境友好型脱硫剂将应用在日常生产中;（3）人工智能、大数据的应用，将导致发电厂将朝向智能化电厂发展。环保脱硫系统将以大数据建立的数据库模型为基础，依靠各电子控制单元，实现智能化联网管理运行。
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