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浓缩干燥一体机在镁法烟气脱硫中的节能应用
张国臣，李新平，张娟，韩艳敏
(1.焦作市雾神化工机械有限公司；2.焦作市技师学院)
关键词
烟气脱硫，氧化镁，氢氧化镁，硫酸镁，亚硫酸镁、浓缩、干燥。
摘 要
对镁法烟气脱硫联产无水硫酸镁作了综述，包括脱硫工艺过程采用高温烟气作热源生产无水硫酸镁，实现能量梯级利用，低温高效吸收SO2，无外来热源生产无水硫酸镁，极大地降低了生产成本，提高经济效益。
一、总述
世界上各国对烟气脱硫都非常重视，已开发了多种行之有效的脱硫技术。目前烟气脱硫技术的主要有：①石灰～石灰石/石膏法、②镁法、③海水脱硫、④碱式硫酸铝法、⑤双碱法、⑥氨酸法、⑦活性焦炭法等，目前应用最多的有石灰～石灰石/石膏法和镁法。
全国燃煤电厂每年将产生5000万t左右的脱硫石膏，同时化肥工业每年还有4 000万t磷石膏产生。我国天然高品位石膏储量丰富，市场容量不过1200万t/年，导致脱硫石膏利用空间有限，只能抛弃、填埋，不可避免造成二次污染。
镁法烟气脱硫技术以氧化镁或氢氧化镁为脱硫剂。我国镁资源丰富，有独特的条件发展镁法脱硫技术，副产硫酸镁产品。“浓缩干燥一体机”是集预浓缩、浓缩、干燥、煅烧为一体的集约化装置，该装置用于镁法脱硫可自动实现工艺过程自动化，无外加热源制无水硫酸镁。硫酸镁可作用于医药、微生物工业、轻工业、化学工业、印染工业、制药工业、电镀工业、冶炼工业。用途广泛经济价值较高，而且从根本上解决了脱硫过程形成的二次污染。
二、工艺原理
镁法烟气脱硫技术是用氧化镁作为脱硫剂进行烟气脱硫的一种湿法脱硫方式，也称为氧化镁湿法烟气脱硫技术。氧化镁的脱硫机理与氧化钙的脱硫机理相似，都是碱性氧化物与水反应生成氢氧化物，再与二氧化硫溶于水生成的亚硫酸溶液进行酸碱中和反应，反应生成亚硫酸镁和硫酸氢镁，亚硫酸镁氧化后生成硫酸镁。其主要化学反应过程如下。
①氧化镁浆液制浆过程的化学反应为：
MgO +H2O=Mg(O H)2(浆液)
MgO + CO2 + H2O = Mg(HCO3)2
②镁法烟气脱硫过程的基本化学反应为：
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
此过程MgO有5%的过量。
③亚硫酸镁氧化为硫酸镁的化学式
MgSO3 + 1/2O == MgSO4
三、工艺描述
工艺流程如下图：（以玻璃窑炉尾气为例）
以玻璃窑炉尾气为例叙述工艺流程。
来自玻璃窑炉的450℃左右高温尾气在系统高压引风机的作用下，进入多级高效旋风收粉器，经高效旋风收粉器后除去烟气中的碱金属氧化物和颗粒二氧化硅，然后进入喷雾干燥塔。过滤后的硫酸镁溶液在高压泵的作用下使硫酸镁溶液在喷雾干燥塔中雾化并被干燥，干燥后的硫酸镁产品落入塔体底部经关风机、高效冷却机、包装得到成品硫酸镁产品。
在系统高压引风机的作用下干燥后的尾气进入高效旋风收粉器，经高效旋风收粉器后收集下较细的硫酸镁物料落入集料箱，经关风机、高效冷却机、包装得到成品硫酸镁产品。
在系统高压引风机的作用下，尾气经旋风收粉器上部集风箱进入气液高效换热器，经换热器换热后烟气温度约80～120℃，换热后进入二氧化硫喷雾吸收塔。氢氧化镁料浆罐中的氢氧化镁料浆在高压泵的作用下使氢氧化镁料浆在喷雾吸收塔中雾化，并与二氧化硫烟气成逆流接触，在多级接触过程中，二氧化硫与氢氧化镁反应生成MgSO3溶液。尾气经系统高压引风机后，排入大气。
MgSO3溶液流入氧化池，在氧化池中通往过量的空气，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浓缩系统，在高负压的真空浓缩系统成逆流进入高效换热器，经高效换热器后硫酸镁溶液浓度达到26%左右，进入浓缩后储罐。再经高压泵送入干燥系统，完成物料的逆流循环过程。
四、硫酸镁生产过程耗热量计算；
说明：以年产MgSO4产品1万吨计算。MgSO3溶液氧化后的液体（浓度15%计）送入预浓缩系统，在预浓缩系统中将MgSO4溶液浓缩到26%，送入干燥塔，在干燥塔中得到无水硫酸镁产品。
工艺计算:
物料浓缩前含水率：W1=85/15=5.666
物料浓缩后含水率：W2=74/26=2.846
物料干燥后含水率: W3=1/99=0.0101
浓缩脱除水量：ΔW1=1400*(5.666-2.846)= 3948㎏
干燥脱除水量：ΔW2=1400*(2.846-0.01010)= 3970.26㎏
取水的蒸发潜热535 kcal/㎏。MgSO4·7H2O溶液从20℃～260℃物料平均比热容为0.77 kcal/㎏.℃。
1、干燥必须耗热量：
Q干燥=3970.26*(530+(220-100))+1400*0.78*(220-100)= 2711709kcal/h
2、干燥需风量：
G=2711709/(0.25*(450-220))= 47160.15㎏/h
3、干燥余热量：
Q余=0.25*(47160.15+3970.26)*(220-110)= 1406086.275kcal/h
4、 浓缩应供热量：
Q应供=3948/3000*60=78.96 万kcal/h
干燥余热为140.6万kcal/h大于应供热量113.32万kcal/h能够满足浓缩需要。
5、系统总热量：
Q总=0.25*47160.15*(450-20)= 5069716.125kcal/h
1、 烟道气需要量：47160.15㎏/h
副产1万吨MgSO4的玻璃企业，烟道气量约有80000㎏/h。足够满足系统镁法脱硫需要。
直接生产成本：
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序号
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名称
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单价/T
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数量元/T
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合计
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1
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电
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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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包装物
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20条
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1.5
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30
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3
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机械消耗
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5
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5
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4
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工资福利
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100
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100
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合计
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217
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无水硫酸镁市场价格为2600～5000元/吨。取最低价格2600元/吨。直接成本为217元/吨。经济价值可观。
五、工艺特点
1、镁法脱硫采用预浓缩、脱硫、氧化、干燥、烟气净化五道工序为一体，减少设备占地面积、提高设备利用率、降低生产成本、系统高效节能。
2、系统主要动力为一台高压引风机，高温烟气逐步高温走向低温至高压引风机，系统引风机动力小、压头高、能量大。
3、系统能量梯级利用：450℃高温烟气干燥MgSO4溶液，干燥后的尾气温度为200℃，经换热器后烟气温度达到80℃左右。常规脱硫尾气温度要降低到100℃以下，方能吸收SO2气体，本系统有效地利用了以往镁法脱硫浪费的高温尾气能量。
4、系统装置不设烟气换热设备：本系统450℃的高温烟气不需要设置换热设备，只需要设置高效旋风收粉器，即可将碱金属氧化物和固体SiO2等杂质除去，同时也降低了系统阻力，提高脱硫副产品的品质，保证副产品的综合利用。
5、脱硫塔高效脱硫：脱硫塔设置有双层喷淋、双层脱雾。该装置在很低的液气比的条件下提供很高的SO2去除效率。
6、脱硫效率高：高效换热器的热源为脱硫后的尾气，能量重复利用过程，工艺过程余热富裕多，脱硫塔中可一步或少量循环即可等到10%浓度MgSO3溶液。MgSO4溶液越低，脱硫效率越高。
7、工艺过程无二次污染：工艺过程包括：浓缩、干燥、脱硫、氧化，在浓缩时形成的冷凝液为蒸汽冷却水，该水可回到生产工艺或者用于调节氢氧化镁料浆。烟道气经高效收粉器收集下的碱金属和SiO2固体，可作为固废材料堆存。高压引风机排放的气体为空气和水蒸汽。
8、投资费用少。由于氧化镁作为脱硫剂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、设备的功率等都可以相应较小，相对来说其投资费用较低。
9、运行费用低：浓缩干燥一体机系统主要动力是系统高压引风机，工艺过程自然形成自动化，一个系统只需要2人/班操作即可，所以大大降低了运行成本。
10、运行可靠：MgSO4的干燥是在喷雾干燥塔中完成，烟气脱硫中是脱硫塔中完成，MgSO3氧化是在陶瓷储槽中完成，完成氧化后将液体PH值调节到7再进入预浓缩系统。因此在整个系统不存在堵塞和结构问题，同时也较好地解决了生产过程对设备腐蚀问题。
11、副产物利用前景广阔。副产品MgSO4主要用于于医药、微生物工业、轻工业、化学工业、印染工业、制药工业、电镀工业、冶炼工业。农业上用作肥料；可作饲料添加剂，水泥的助燃剂；用于炸药、火柴、瓷器、玻璃、颜料、ABS树脂的制造；在防火材料方面用作丙烯酸脂树脂等塑料的阻燃剂；在环保上用于污水处理。七水硫酸镁在轻工业中用于生产鲜酵母、味精、饮料、矿泉水；在化学工业中用于制造硬脂酸镁、磷酸氢镁，氧化镁等其它镁盐和硫酸钾、硫酸纳等其它硫酸盐；在防火材料中用作填充剂增强耐热性；在制药上硫酸镁加工为泻药、抗惊厥药、三硅酸镁、麦白霉素、乙酰螺旋霉素和肌昔等药物。在肥料行业，用于制造镁肥料，对植物的生长起了很大的作用。在食品工业上硫酸镁用于乳酸、味精等。在制革工业中用作填充剂；在电镀工业中用做导电盐；在印染上可用作织物上染剂、加重剂、镁染剂。另外用于工业污水处理，对废液污水起到凝结和沉降作用使其达到排污标准。
浓缩干燥一体机用于镁法脱硫所得副产品为无水硫酸镁，大大降低了目前严重影响产品销售的运输成本（如：MgSO4.7H2O其水份含量为51%以上），有效地增大了无水硫酸镁的销售半径。
五、结语
“浓缩干燥一体机”应用于镁法烟气脱硫技术在实际应用中证明是一种工艺成熟、运行稳定的脱硫技术。其工艺流程简单、专用设备少、工艺过程自动化、投资及运行维护费用较低。其副产品回收价值高、无二次污染、脱硫剂氧化镁易得、生产成本低、占地面积小。因此“浓缩干燥一体机”用于镁法烟气脱硫技术是适应多种烟气脱硫方式，尤其在富产氧化镁的地区应有良好的市场前景。
参考文献:
胡庆福·镁化合物生产与应用·北京：化学工业出版社·2004.2
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