濕式鎂法煙氣脫硫技術發展綜述
概述
人類的生存和發展離不開能源，而在目前甚至到本世紀中葉或更長的一段時間內，煤炭等礦物燃料的燃燒仍將是人類獲取能源的主要途徑之一。而煤炭在燃燒提供能源的同時，也產生了大量的SO2和煙塵等大氣污染物。因SO2排放造成的酸雨已威脅到世界各國，嚴重制約著世界經濟的可持續發展和人類的身體健康。因此，煙氣脫硫勢在必行。
控制SO2排放量的方法有很多，主要分為：燃燒前、燃燒中、燃燒后（煙氣脫硫）。煙氣脫硫是目前世界各國唯一大規模商業化應用的脫硫方式，技術成熟、運行可靠。煙氣脫硫方法主要有濕法、半干法、干法三類。干法脫硫工藝因脫硫率較低、吸收劑利用不充分，所以使用價值也低。濕法脫硫工藝是目前使用最為廣泛的脫硫技術，占脫硫總裝機容量的81.1%。其中占絕對統治地位的石灰/石灰石—石膏法是目前最成熟的脫硫技術。
從20世紀60年代起，日本、前蘇聯、西德等國相繼建成鈣法脫硫的大型工業裝置；到1971年，美國將其真正推向工業化應用。該工藝具有過程簡單、原料來源豐富、成本低廉、運行穩定和脫硫效率高（90%）等優點，但亦存在基建投資大、運行費用高、生成的副產物易造成二次污染等缺點。
為了選擇技術可靠、推廣有潛力的FGD工藝，人們越來越關注脫硫劑有回收可能的鎂法FGD技術[1-4] 。
1 氧化鎂法煙氣脫硫工藝的歷史
氧化鎂法煙氣脫硫工藝應用業績相對較少。據介紹，氧化鎂再生法的脫硫工藝最早由美國開米科基礎公司（Chemico-Basic）20世紀60年代開發成功。70年代后，費城電力公司（PECO）與Ducon、United＆ Constructor合作研究氧化鎂再生法脫硫工藝，經過幾千小時的試運行之后，在3臺機組上（其中2個分別為 150MW和320MW）投入了規模的FGD系統和兩個氧化鎂再生系統。上述系統于1982年建成并投入運行， 1992年后停運了硫酸制造廠，直接將反應產物硫酸鎂進行銷售。1980年，美國DUCON公司在PHILADELPHA ELECTRIC EDDYSTONE STATION上成功實施了氧化鎂濕法脫硫系統，運行至今，效果良好。日本也有氧化鎂法煙氣脫硫工藝，但由于日本的氧化鎂主要靠進口，受價格因素制約較大，在一定程度上影響了該工藝的發展。到80年代初，日本應用了3套成套規模的鎂法煙氣脫硫裝置，已建成的最大規模為20萬kW級機組，但多為拋棄法。有關資料表明，傳統的鎂法煙氣脫硫技術已顯示出其進行全部煙氣量處理的可行性。在美國，鎂法煙氣脫硫裝置占脫硫裝置使用量的5%；在日本這一比例為1%。
2 國內氧化鎂法煙氣脫硫工藝的發展
氧化鎂法脫硫工藝的優點眾多，非常適合我國國情的需要[1] 。因此，在2001年，清華大學環境系承擔了國家“863”計劃中《大中型鍋爐鎂法脫硫工藝工業化》的課題，對鎂法煙氣脫硫工藝操作參數、吸收塔優化設計和副產品回收利用等進行了全面深入的研究，并在 4t/h、12t/h鍋爐上進行了中試研究，在35t/h鍋爐上有了工程應用。
2005年，山東濱化集團山東濱化熱力有限責任公司2×240t/h鍋爐煙氣脫硫工程順利通過驗收，投產運行。該工程是當時我國最大的鎂法煙氣脫硫項目，采用先進的濕式鎂法煙氣脫硫技術，兩爐一塔設計，應用基含硫量2.2%，來源為新泰韓莊煤礦及河北、山西等煤礦。年總耗煤量約為59.2萬～64萬噸，滿負荷煙氣量約為60萬Nm3 /h。脫硫系統順利通過性能驗收，系統運行穩定可靠，各項性能指標達到并超出合同和技術協議的要求；SO2脫除率最高可達99.6%，平均為 99.3％；FGD出口SO2濃度平均值為19.2mg/Nm3 ，粉塵濃度＜20mg/Nm3 。
2007年，華能集團山東辛店電廠2×225MW鎂法脫硫工程順利竣工。該項目突破了以前20萬kW機組容量的限制，成為世界裝機容量最大的濕式鎂法煙氣脫硫裝置。該煙氣脫硫裝置在168小時試運行期間，脫硫塔 pH值設定在6.2～6.8的情況下，平均脫硫效率達到了 95%以上（最高97%，最低94.8%，平均95.78%）。系統投入運行，設備完好率100%，電氣熱控保護投入率 100%，自動投入率95%，脫硫效率平均值為95.78%， pH平均值為6.3，脫硫劑漿液消耗量平均值為8.3t/h，電耗平均值為530kW，168小時試運行各項指標均達到或超過設計值。
2008年，即將竣工的魯北化工集團魯北發電有限公司2×330MW鎂法煙氣脫硫工程，將是鎂法煙氣脫硫工藝在裝機容量上的突破，整套系統設計的脫硫效率不低于95％。副產品亞硫酸鎂煙氣再生氧化鎂回用，同時捕集的SO2可富氣制酸，為鎂法煙氣脫硫工藝在國內的發展提供了很好的示范作用。
3 氧化鎂法煙氣脫硫工藝的發展評述
3.1 富鎂地區集中發展
氧化鎂法使用的脫硫劑是純度在80%以上的輕燒氧化鎂，而全世界85%以上的鎂資源儲量在中國，這是中國發展鎂法脫硫的優勢條件，同時這也是氧化鎂法煙氣脫硫技術在國外發展不廣泛的原因之一。我國的氧化鎂資源80%以上分布在遼寧、山東、河南、川貴等省以及南方個別地區，因此在這些區域采取氧化鎂法煙氣脫硫技術具有得天獨厚的優勢。特別是遼寧地區的氧化鎂純度高、Si含量低，更應大力發展氧化鎂法煙氣脫硫技術。目前國內建成的大型鎂法煙氣脫硫裝置大多建立在山東和遼寧省，為形成區域模式的循環經濟打下了堅實的基礎。
3.2 能夠適應環保的要求
在可持續發展的大環境下，煙氣脫硫技術也更應該貼近循環利用和節約資源的路線，同時更要求其具有能夠穩定安全長期運行的能力。這就需要煙氣脫硫技術具有適用于各種規模的電廠、副產品可綜合利用、脫硫效率能夠適應今后環保要求、系統長期穩定運行等特點，氧化鎂法煙氣脫硫技術正具有以上的優勢特點。 3.3 深化研究整體工藝
鎂法煙氣脫硫具有得天獨厚的副產品優勢，應充分挖掘其在循環利用和經濟效益方面的潛能，在保證脫硫效率的基礎上，專注于循環經濟的發展。國內鎂法煙氣脫硫技術在企業和科研工作者的不懈努力下，對副產品的利用進行了深入研究，同時也對脫硫產物亞硫酸鎂的結晶機理和整體工藝優化進行了研究，為環保產業技術國有化打下了堅實的基礎。
3.4 拓展應用范圍
雖然國內的脫硫工程建設已基本完成，但能夠穩定連續長期運行的并不多。
在火電廠煙氣脫硫治理得到一定成績后，國家對燒結機和其它化工企業外排煙氣的二氧化硫治理也迫在眉睫。因此我國更應在其它需要煙氣脫硫的行業上大力發展鎂法煙氣脫硫，同時，也應該多吸收消化適用于其它行業煙氣脫硫的技術和方法，做到從實際出發，因地制宜。
3.5 多元綜合利用副產品
通過對副產品優勢的發揮和今后發展的統籌考慮，提出以下的建議：
（1）對于大中小型火電廠而言，濕式鎂法脫硫均可提供適用于其廠內條件和增加效益的副產品后處理技術，同時提供穩定長期有效的運營服務模式。
（2）隨著環保要求的日益嚴格、燃煤含硫量的逐步提高，濕式煙氣鎂法脫硫可通過有效的副產品后處理系統，在保證脫硫效率、環保要求達標的同時，提高脫硫系統的收益。
（3）在鎂資源少的地區，可通過副產品后處理技術中的煅燒制酸工藝獲得高活性的回用氧化鎂，實現了“少量原料補充，保證脫硫效率，獲得高額利潤”的經濟模式。
（4）在鎂肥需求量大的地區，可通過副產品后處理技術中的制復合肥添加劑工藝和制鎂肥工藝獲得高品質的亞硫酸鎂和七水硫酸鎂肥料，既可滿足周邊地區對含鎂肥料的需求，又可獲得可觀的經濟效益。
（5）對于廠內可用地面積小、投資預算有限的電廠，通過副產品后處理技術中的制復合肥添加劑工藝，可實現小投入即可獲得高而穩的脫硫效率，同時可獲得能夠綜合利用的副產品來增加經濟收益。
（6）對于需要建立脫硫系統的企業集中的地區，通過副產品后處理技術中的脫水工藝獲得亞硫酸鎂干料，再進行亞硫酸鎂集中綜合利用處理（制肥或制酸），可實現區域內的“分散治理，集中處理”的區域循環經濟模式。
（7）對于含硫量低、粉塵成分復雜、含氧量高的鋼鐵企業燒結機煙氣脫硫，可通過副產品后處理技術中的制鎂肥工藝獲得高品質的七水硫酸鎂肥料，即在綜合利用蒸汽能源的前提下，以低能耗獲得高品質副產品，從而獲得可觀的效益。
（8）隨著鎂元素在肥料中的作用日益顯著，利用煙氣脫硫副產品制取鎂肥的效益和循環利用效用也會日益變得明顯。
（9）隨著對硫鐵礦制酸的環保要求越加嚴格、國內硫酸市場受國際硫磺市場的影響越加需要得到控制，利用煙氣脫硫副產品制取硫酸的重要性、市場效應和利潤也會越加明顯。
4 濕式鎂法煙氣脫硫副產品
4.1 濕式鎂法副產品工藝路線
副產品循環利用路線按回收的副產品不同可分為鎂鹽制肥工藝和氧化鎂再生-二氧化硫制酸工藝。每種工藝又可按業主現場情況的不同，因地制宜地選擇不同的成熟工藝制得副產品。
4.1.1 氧化鎂再生-二氧化硫制酸副產品工藝
氧化鎂再生-二氧化硫制酸副產品工藝流程為：循環漿液在經一定時間的運行后會含有亞硫酸鎂和硫酸鎂，泵入脫硫廢液供給系統后，經離心機濃縮可以得到一定含固量的亞硫酸鎂混合物，含硫酸鎂的清液返回到脫硫系統中，之后再經干燥可以得到含少量水分的亞硫酸鎂粉。將亞硫酸鎂粉進行煅燒，產出氧化鎂和二氧化硫氣體。氧化鎂可以作為脫硫吸收劑回用到脫硫系統中，可節省原料的消耗。二氧化硫氣體可以富集制酸。整套工藝可靠性高，不產生廢料，通過先進的循環工藝可以得到可觀的經濟效益。
4.1.2 鎂鹽制肥副產品工藝
通過對濕式鎂法工藝的優化和控制，可保證循環漿液的有效組分含量，同時可獲得適合制備肥料的鎂鹽混合物。
4.2 工藝描述
綜合考慮實際需要和經濟效益，采取氧化鎂再生-二氧化硫制酸副產品工藝的經濟效益最大。
脫硫廢液是含有MgSO3晶體、MgSO4、少量未反應的氫氧化鎂和少量飛灰等的混合物，經過水力旋流器脫水后，再經過真空皮帶機實現進一步脫水。漿液通過吸收塔漿液排出泵送至一級脫水系統，經過水力旋流器進行濃縮脫水，清液流入循環水箱，濃縮液進入真空皮帶脫水機。經過兩級脫水濃縮的產品是含水量小的優質亞硫酸鎂，送至亞硫酸鎂煅燒工段。
煅燒物料是含有MgSO3·XH2O、MgSO4、少量未反應的氧化鎂和氫氧化鎂以及雜質的混合物，在經過離心脫水和真空皮帶脫水后，被加料裝置提升到一定高度后加入流化床煅燒窯。燃油經底部噴嘴噴入，形成油霧，在與吹入的高溫空氣混合后，經燃燒器發生燃燒反應，以提供亞硫酸鎂分解時所需的熱量，煅燒溫度控制在800℃～950℃。
2C+O2→2CO
CO+MgSO4→MgO +CO2↑+SO2↑
環境案件包括環境民事案件、環境行政案件和環境刑事案件。這類案件涉及的知識都很專業。為了更好地維護當事人的合法權益、更好地維護法律的正確實施、更好地實現社會公平和正義，建議各級人民法院組建環境法庭，專門審理各類環境訴訟案件。
（2）建立環境公益訴訟制度
環境公益訴訟是指為了保護自然資源和生態環境，對破壞自然資源或生態環境的違法行為，任何公民、法人或者其他組織都有權依法向人民法院提起訴訟，請求人民法院依法追究其法律責任的訴訟活動。建議探索、建立并健全中國特色的環境公益訴訟制度。可以先在小范圍內試點，待條件具備后再在全國范圍內全面推廣。
2.4 關于環境法研究的建議
（1）倡導生態文明
環境法學研究者的環境理念較先進、法律素養較高、法律知識淵博。建議環境法學研究者加強宣傳，可在報紙、雜志、廣播電臺、電視臺和互聯網等媒體上舉辦環境法普法宣傳，讓生態文明理念進機關、進鄉村、進社區、進學校、進企業、進單位，讓生態文明理念深入人心，讓生態文明理念進入社會每一個人的日常生活。
（2）全面參與環境法治建設
環境法學研究者應加快研究綠色GDP、綠色環境稅和環境宏觀戰略等課題，同時也要不斷學習新知識、研究和解決新問題，為我國的環境立法提供法理支持，為環境執法提供理論支持，為環境司法提供技術支持。
參考文獻：（略）
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