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一.概述
本技术方案根据业主的要求，针对锅炉、房设备的特点、治理需要，采用镁法脱硫工艺。对于该项目，镁基湿法工艺成熟、稳定，能达到要求的脱硫率，脱硫效率高、运行费用低、不结垢是其优点。并针对锅炉房现有４台３５ｔ／ｈ锅炉布局，采用将原麻石水膜除尘塔改 造成旋流板喷淋吸收塔进行脱硫除尘的工艺系统，采用氧化镁作脱硫吸收反应剂，以确保 较高的脱硫效率。该系统简单，投资较低，能稳定运行。其脱硫效率不受负荷变化影响，吸收反应塔系统内不会发生积垢、堵塞等问题，所产生的副产物为亚硫酸镁和硫酸镁浆液，经处理后可以直接排放。本方案着重介绍了氧化镁湿法脱硫工艺的特点，同时根据该厂烟气治理要求和烟气的基本数据，作出了脱硫除尘系统工艺流程
二.脱硫方案的设计依据
(1)麻石水膜除尘器脱硫改造技术特点改造工程采用麻石水膜除尘器主副塔改造治理技术。改造的基本内容是保持现有水膜除尘器外筒不变，在水膜除尘器主塔增设旋流板气水分布系统、喷淋系统和除雾系统，改造现有文丘里部分，增添加药系统和完善脱硫除尘循环介质的循环系统。改造后系统阻力增加１０００ｐａ左右，脱硫效率可达９０％。这样可在确保除尘脱硫效率、使处理后的烟气达标排放的同时降低改造投资费用。
(2)麻石水膜除尘器脱硫改造技术原理由于原麻石水膜其人口文丘里管阻力很大，若不拆除文丘里管，则原引风机难以克服系统运行阻力。因此本改造工程将拆除原文丘里管，加装预喷淋除尘系统，对烟气初步降温除尘，产生的灰水排人原灰水系统，减少后期脱硫除尘系统的压力，提高脱硫剂的利用率。烟气切向进入水膜塔，烟气中的颗粒物借助于气流旋转所产生的离心力冲击湿润壁面而被捕集。在烟气进口上方适当位置增设三层吸收喷淋系统，其作用是增强气液传质和使气体在整个内塔截面积上高速旋转，强化气液接触和固体颗粒物的分离。旋流板是一种的传质设备，具有传质效率高、压降低、不易堵塞、脱硫除尘效率高等优点。烟气受塔内喷淋液冲击、洗涤，烟尘凝结并沉降，气态污染物与吸收液充分接触传质，不断强烈更新烟气与吸收液的传质界面，强化脱硫与除尘效率，烟气中的ＳＯ 被洗涤液大量吸收，尘粒也被水雾粘附而除去。吸收塔烟气出口设置脱水除雾装置，使进人烟道的烟气不带水。
(3)镁法湿式脱硫工艺该脱硫工艺使用（ＭｇＯ）为吸收剂原料。由于镁基脱硫反应性能高于钙基脱硫，不易产生结垢问题，其价格大大低于钙基吸收剂，而且脱硫产物可以排放而不造成二次污染。
1.钙基脱硫工艺技术特点钙基脱硫反应度远远高于钙基，脱硫效率可达９０—９８％；脱除等量的ｓＯ 需要ＭｇＯ量仅为石灰石的４０％。且循环水量小，反应塔较低，设备和系统远小于石灰石／石膏法，造价较低；系统比较简单，占地少；适用于大、中、小各类锅炉，烟气处理范围大；适用于高、中、低各类含硫燃料；脱硫产物稳定无害，可以排放而不造成二次污染；系统简单、运行稳定、不积垢，不堵塞；ＭｇＯ脱硫工艺技术成熟，运行费用较低。该工艺的缺点是：ＭｇＯ的资源有限，不如石灰石普遍。由于氢氧化镁很好的脱硫反应性能，工业实践证明，采用镁基脱硫所要求的喷淋水量可以减少到仅相当于达到同样脱硫效率的钙基脱硫的１／３以下，其喷淋吸收塔的高度
只有钙基的大约２／３。因此，镁基脱硫的主体设备的造价要明显低于钙基吸收塔，其循环液系统亦相应简化，耗电量大为降低。由于ＭｇＯ的分子量（４Ｏ）是ＣａＯ（５６）的７１％，是石灰石（１００）的４０％。因此，去除等量的二氧化硫所需氧化镁要比钙基少很多，其运输、储存系统，熟化系统，脱硫剂供应系统也比钙基大大简化，造价明显较低。因此，ＭｇＯ脱硫设备造价一般可比石灰石／石膏法低约２０—３Ｏ％，其运行耗电量也较低。
运行稳定性高是镁基脱硫较石灰石湿法脱硫的一个重要优点。由于镁基脱硫副产品的溶解度较高，其固体悬浮物是松散的极细粉末，不易沉积，因此钙基湿法脱硫系统中普遍存在的积垢、结块、磨损、堵塞等难题在镁基系统中显著减轻，运行稳定性显著提高，维护更容易，费用较低。镁基脱硫另一个重要优点是其副产品，亚硫酸镁和硫酸镁的经济价值很高。如能得到利用，产生的经济利益可以补偿相当一部分运行费用。由于我国的镁资源丰富，氧化镁法被作
为我国重点发展的烟气脱硫方法，列人”十五”高科技发展计划（８６３计划），由清华大学环境系开发，内容包括脱硫剂，脱硫吸收反应系统，副产品处理方式等已较为成熟，目前已在７５ｔ／ｈ规模锅炉得到应用。基于以上的分析可知，镁基法脱硫工艺完全能够满足对脱硫效率高，管理、运行稳定，初投资和运行费用低的要求；而且脱硫产物稳定无害，可以排放。
2.镁基湿法脱硫原理
本方案采用镁基湿法脱硫工艺。脱硫剂以轻烧镁（Ｍｇｏ）为原料，经熟化生成的氢氧化镁（Ｍｇ（ＯＨ） ）浆液，由于其反应活性比氢氧化钙（Ｃａ（ＯＨ） ）强，与二氧化硫（ｓｏ：）反应强度要比氢氧化钙高十至二十倍，是性能极好的脱硫剂。镁基脱硫与钙基、钠基一样在工业上得到成功应用已有数十年。其反应原理
如下：
吸收过程的主要反应：
ＭｇＯ＋Ｈ２Ｏ＝Ｍｇ（ＯＨ）２（浆液）
Ｍｇ（ＯＨ）２＋ＳＯ２＋５Ｈ２Ｏ＝ＭｇＳＯ３．６Ｈ２０
ＭｇＳＯ３．６Ｈ２０＋ＳＯ２＝Ｍｇ（ＨＳＯ３）２＋５Ｈ２０
Ｍｇ（ＨＳＯ３）２＋Ｍｇ（ＯＨ）２＋１０Ｈ２０＝２ＭｇＳＯ３．６Ｈ２０
吸收过程的主要副反应为氧化反应：
Ｍｇ（ＨＳＯ３）２＋１／２０２＋６Ｈ２０＝ＭｇＳＯ４．７Ｈ２０＋ＳＯ２
ＭｇＳ０３＋１／２０２＋７Ｈ２０＝ＭｇＳＯ４．７Ｈ２０
Ｍｇ（ＯＨ）２＋Ｓ０￣１／２０２＋６Ｈ２０＝ＭｇＳ０４．７Ｈ２０
副产物为含有一定ＭｇＳＯ，悬浮物和ＭｇＯ 混合物的水溶液。
3.工艺流程简介
整套脱硫系统设计包括以下几部分：脱硫剂制备系统、烟道预喷淋除尘系统、麻石塔脱硫除尘系统、曝气系统和废液处理系统。其工艺流程为：锅炉烟气首入预喷淋除尘系统对烟气初步降温除尘，产生的灰水排人原灰水系统，减少后期脱硫除尘系统的压力，提高脱硫剂的利用率。经过预除尘的烟气送人多级喷淋吸收塔脱除烟气中的灰尘和ＳＯ：后进入除雾器进行水气分离，净化后的烟气引入烟囱排放。含有ＭｇＳＯ，悬浮物和ＭｇＳＯ混合物的水溶液送人曝气池曝气处理，使微溶于水的ＭｇＳＯ，生成溶于水的ＭｇＳＯ ，反应完全的副产物经沉淀池沉淀分离，澄清液排人废水系统，固渣由人工定期清理。
工艺流程方框图如下：
①脱硫剂制备系统本设计采用Ｍｇｏ粉作为制备脱硫剂的原料，整个系统有ＭｇＯ料仓、Ｍｇｏ熟化罐、搅拌机及水泵组成。袋装Ｍｇｏ原料送入料仓，定时定量向Ｍｇｏ熟化罐中加料，在罐内设有搅拌机对浆液进行搅拌、熟化过程。为强化硝化反应，必要时加入热水，提高反应温度。经熟化后的浆液通过脱硫剂供给泵及调节阀定量送人吸收塔，装液的供给量是通过吸收塔中反应液的ＰＨ值进行调节的。
②预喷淋除尘系统锅炉烟气进入预喷淋除尘系统，经喷淋水洗涤和多级折流板作用，使烟气中的较大颗粒大部分去除，产生的灰水排入原灰水系统，减少后期脱硫除尘系统的压力，提高脱硫剂的利用率。洗涤水循环使用，少量蒸发，提高水的利用率。
③脱硫除尘系统由于进入脱硫系统的烟气仍含有粉尘，脱硫剂也含有杂质，为延长烟气与脱硫剂的反应时间和脱除微尘颗粒，提高脱硫除尘效率，防止结垢，本方案采用多级旋流板喷淋吸收装置。烟气切向进入吸收塔，烟气中的颗粒物借助于气流旋转运动所产生的离心力冲击湿润壁面而被捕集。烟气自上而下螺旋状流动，循环浆液自上而下喷射。上升中的烟气在多级旋流板作用下强制高速旋转，特殊设计的喷嘴组确保循环浆液在烟气流中充分雾化以及均匀分布和充分反应，循环浆液与锅炉烟气碰撞相互剪切，强化气液固三相接触，对锅炉烟气中灰尘和ＳＯ 等污染物的进一步去除。未完全反应的脱硫剂经再循环被多次利用，使整个反应的当量比接近于１。吸收塔烟气出口设置脱水除雾装置去除所带的细小液滴。
④脱硫产物处理系统脱硫后的副产物为含有一定ＭｇＳＯ 悬浮物和ＭｇＳ０ 混合物的水溶液。初级反应生成物中，以亚硫酸镁为主。约占６０—８０％，亚硫酸镁微溶于水，常温下，在水中溶解度约０．８ｇ／１００ｇＨ２０，而且不如硫酸镁稳定。因此，在脱硫塔外部设循环浆液氧化区，通过曝气鼓风机将空气鼓人，可很容易使产物中的亚硫酸镁氧化为硫酸镁。硫酸镁是一种稳定的化学物质，有很高的可溶性，其溶解度约为亚硫酸镁的１００倍。首先，浆液通过重度计和ＰＨ计控制在一定浓度范围内，ＰＨ值控制６—９，浆液排放量约为３ｔ／ｈ，由排液泵排入沉淀池中沉淀，渣后外排人厂区管网。我国的污水排放标准体系中，ＧＢ８９７８—１９９６（（污水排放标准》中对ＭｓＳ０ 、ＭｇＳＯ，、硫酸根离子、亚硫酸根离子、镁离子排放浓度和排放总量未有规定。因此排人灰水系统只是增加约３ｔ／ｈ的排放量，而对污水处理难度及现有工艺不会产生任何影响，不会对环境造成污染，其排放是的。本烟气脱硫装置满足治理ＳＯ 污染的目的，产生废液和废渣都得到妥善处理，不会造成堆积和二次污染。
⑤控制系统对于湿法脱硫除尘系统，重要是控制脱硫除尘效率。控制出口ＳＯ浓度的关键监控指标是除尘液的ＰＨ值。脱硫除尘液的ＰＨ值控制在设计时确定，在运行中分别调节脱硫剂补给量和排出液量，从而控制了脱硫效率和副产物的排放。所有监控和调节以及主要监控系数，如人口烟气温度出口烟温等则送到锅炉主控制室监视。本方案采用数字显示监控系统，运行人员可根据监测数据来控制整个除尘脱硫系统的运行操作。控制柜可设置在锅炉控制室内，集中控制，也可单独设置于现场工作室。操作人员可以在控制室内对整个脱硫除尘系统实施操作和监控，根据工艺流程的设计要求，实现各参数的目标控制，确保系统稳定运行，达到规定的性能指标。同时，对设备要求能就近进行手动操作。４烟气脱硫系统设备及投资估算烟气脱硫系统的设备包括通用设备（或部件）和非标设备两大类。通用设备包括各类泵、阀门、监控仪表等，大多数通用设备可以在国内采购，对部分质量难以满足要求控制仪表等和部件（如喷嘴等）则选用进口元器件。非标设备主要包括预除尘系统、多级旋流喷淋吸收系统、曝气池、浆液罐、控制柜等。土建部分包括：脱硫剂制备间２４ｍ ，泵房及电气控制２Ｃ，ｍｚ，循环水池可利用原有渣池改建。
