濕式鎂法煙氣脫硫技術(shù)發(fā)展綜述
概述
人類的生存和發(fā)展離不開能源，而在目前甚至到本世紀(jì)中葉或更長的一段時間內(nèi)，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(chǎn)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(yán)重制約著世界經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)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(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的脫硫方式，技術(shù)成熟、運(yùn)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(shù)，占脫硫總裝機(jī)容量的81.1%。其中占絕對統(tǒng)治地位的石灰/石灰石—石膏法是目前最成熟的脫硫技術(shù)。
從20世紀(jì)60年代起，日本、前蘇聯(lián)、西德等國相繼建成鈣法脫硫的大型工業(yè)裝置；到1971年，美國將其真正推向工業(yè)化應(yīng)用。該工藝具有過程簡單、原料來源豐富、成本低廉、運(yùn)行穩(wěn)定和脫硫效率高（90%）等優(yōu)點(diǎn)，但亦存在基建投資大、運(yùn)行費(fèi)用高、生成的副產(chǎn)物易造成二次污染等缺點(diǎn)。
為了選擇技術(shù)可靠、推廣有潛力的FGD工藝，人們越來越關(guān)注脫硫劑有回收可能的鎂法FGD技術(shù)[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(yīng)用業(yè)績相對較少。據(jù)介紹，氧化鎂再生法的脫硫工藝最早由美國開米科基礎(chǔ)公司（Chemico-Basic）20世紀(jì)60年代開發(fā)成功。70年代后，費(fèi)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(jīng)過幾千小時的試運(yùn)行之后，在3臺機(jī)組上（其中2個分別為 150MW和320MW）投入了規(guī)模的FGD系統(tǒng)和兩個氧化鎂再生系統(tǒng)。上述系統(tǒng)于1982年建成并投入運(yùn)行， 1992年后停運(yùn)了硫酸制造廠，直接將反應(yīng)產(chǎn)物硫酸鎂進(jìn)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(tǒng)，運(yùn)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(jìn)口，受價格因素制約較大，在一定程度上影響了該工藝的發(fā)展。到80年代初，日本應(yīng)用了3套成套規(guī)模的鎂法煙氣脫硫裝置，已建成的最大規(guī)模為20萬kW級機(jī)組，但多為拋棄法。有關(guān)資料表明，傳統(tǒng)的鎂法煙氣脫硫技術(shù)已顯示出其進(jìn)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(nèi)氧化鎂法煙氣脫硫工藝的發(fā)展
氧化鎂法脫硫工藝的優(yōu)點(diǎn)眾多，非常適合我國國情的需要[1] 。因此，在2001年，清華大學(xué)環(huán)境系承擔(dān)了國家“863”計劃中《大中型鍋爐鎂法脫硫工藝工業(yè)化》的課題，對鎂法煙氣脫硫工藝操作參數(shù)、吸收塔優(yōu)化設(shè)計和副產(chǎn)品回收利用等進(jìn)行了全面深入的研究，并在 4t/h、12t/h鍋爐上進(jìn)行了中試研究，在35t/h鍋爐上有了工程應(yīng)用。
2005年，山東濱化集團(tuán)山東濱化熱力有限責(zé)任公司2×240t/h鍋爐煙氣脫硫工程順利通過驗收，投產(chǎn)運(yùn)行。該工程是當(dāng)時我國最大的鎂法煙氣脫硫項目，采用先進(jìn)的濕式鎂法煙氣脫硫技術(shù)，兩爐一塔設(shè)計，應(yīng)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(fù)荷煙氣量約為60萬Nm3 /h。脫硫系統(tǒng)順利通過性能驗收，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，各項性能指標(biāo)達(dá)到并超出合同和技術(shù)協(xié)議的要求；SO2脫除率最高可達(dá)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(tuán)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(jī)組容量的限制，成為世界裝機(jī)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(yùn)行期間，脫硫塔 pH值設(shè)定在6.2～6.8的情況下，平均脫硫效率達(dá)到了 95%以上（最高97%，最低94.8%，平均95.78%）。系統(tǒng)投入運(yùn)行，設(shè)備完好率100%，電氣熱控保護(hù)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(yùn)行各項指標(biāo)均達(dá)到或超過設(shè)計值。
2008年，即將竣工的魯北化工集團(tuán)魯北發(fā)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(jī)容量上的突破，整套系統(tǒng)設(shè)計的脫硫效率不低于95％。副產(chǎn)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(nèi)的發(fā)展提供了很好的示范作用。
3 氧化鎂法煙氣脫硫工藝的發(fā)展評述
3.1 富鎂地區(qū)集中發(fā)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(fā)展鎂法脫硫的優(yōu)勢條件，同時這也是氧化鎂法煙氣脫硫技術(shù)在國外發(fā)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(qū)，因此在這些區(qū)域采取氧化鎂法煙氣脫硫技術(shù)具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。特別是遼寧地區(qū)的氧化鎂純度高、Si含量低，更應(yīng)大力發(fā)展氧化鎂法煙氣脫硫技術(shù)。目前國內(nèi)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(qū)域模式的循環(huán)經(jīng)濟(jì)打下了堅實的基礎(chǔ)。
3.2 能夠適應(yīng)環(huán)保的要求
在可持續(xù)發(fā)展的大環(huán)境下，煙氣脫硫技術(shù)也更應(yīng)該貼近循環(huán)利用和節(jié)約資源的路線，同時更要求其具有能夠穩(wěn)定安全長期運(yùn)行的能力。這就需要煙氣脫硫技術(shù)具有適用于各種規(guī)模的電廠、副產(chǎn)品可綜合利用、脫硫效率能夠適應(yīng)今后環(huán)保要求、系統(tǒng)長期穩(wěn)定運(yùn)行等特點(diǎn)，氧化鎂法煙氣脫硫技術(shù)正具有以上的優(yōu)勢特點(diǎn)。 3.3 深化研究整體工藝
鎂法煙氣脫硫具有得天獨(dú)厚的副產(chǎn)品優(yōu)勢，應(yīng)充分挖掘其在循環(huán)利用和經(jīng)濟(jì)效益方面的潛能，在保證脫硫效率的基礎(chǔ)上，專注于循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。國內(nèi)鎂法煙氣脫硫技術(shù)在企業(yè)和科研工作者的不懈努力下，對副產(chǎn)品的利用進(jìn)行了深入研究，同時也對脫硫產(chǎn)物亞硫酸鎂的結(jié)晶機(jī)理和整體工藝優(yōu)化進(jìn)行了研究，為環(huán)保產(chǎn)業(yè)技術(shù)國有化打下了堅實的基礎(chǔ)。
3.4 拓展應(yīng)用范圍
雖然國內(nèi)的脫硫工程建設(shè)已基本完成，但能夠穩(wěn)定連續(xù)長期運(yùn)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(jié)機(jī)和其它化工企業(yè)外排煙氣的二氧化硫治理也迫在眉睫。因此我國更應(yīng)在其它需要煙氣脫硫的行業(yè)上大力發(fā)展鎂法煙氣脫硫，同時，也應(yīng)該多吸收消化適用于其它行業(yè)煙氣脫硫的技術(shù)和方法，做到從實際出發(fā)，因地制宜。
3.5 多元綜合利用副產(chǎn)品
通過對副產(chǎn)品優(yōu)勢的發(fā)揮和今后發(fā)展的統(tǒng)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(nèi)條件和增加效益的副產(chǎn)品后處理技術(shù)，同時提供穩(wěn)定長期有效的運(yùn)營服務(wù)模式。
（2）隨著環(huán)保要求的日益嚴(yán)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(chǎn)品后處理系統(tǒng)，在保證脫硫效率、環(huán)保要求達(dá)標(biāo)的同時，提高脫硫系統(tǒng)的收益。
（3）在鎂資源少的地區(qū)，可通過副產(chǎn)品后處理技術(shù)中的煅燒制酸工藝獲得高活性的回用氧化鎂，實現(xiàn)了“少量原料補(bǔ)充，保證脫硫效率，獲得高額利潤”的經(jīng)濟(jì)模式。
（4）在鎂肥需求量大的地區(qū)，可通過副產(chǎn)品后處理技術(shù)中的制復(fù)合肥添加劑工藝和制鎂肥工藝獲得高品質(zhì)的亞硫酸鎂和七水硫酸鎂肥料，既可滿足周邊地區(qū)對含鎂肥料的需求，又可獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
（5）對于廠內(nèi)可用地面積小、投資預(yù)算有限的電廠，通過副產(chǎn)品后處理技術(shù)中的制復(fù)合肥添加劑工藝，可實現(xiàn)小投入即可獲得高而穩(wěn)的脫硫效率，同時可獲得能夠綜合利用的副產(chǎn)品來增加經(jīng)濟(jì)收益。
（6）對于需要建立脫硫系統(tǒng)的企業(yè)集中的地區(qū)，通過副產(chǎn)品后處理技術(shù)中的脫水工藝獲得亞硫酸鎂干料，再進(jìn)行亞硫酸鎂集中綜合利用處理（制肥或制酸），可實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)的“分散治理，集中處理”的區(qū)域循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式。
（7）對于含硫量低、粉塵成分復(fù)雜、含氧量高的鋼鐵企業(yè)燒結(jié)機(jī)煙氣脫硫，可通過副產(chǎn)品后處理技術(shù)中的制鎂肥工藝獲得高品質(zhì)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(zhì)副產(chǎn)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(chǎn)品制取鎂肥的效益和循環(huán)利用效用也會日益變得明顯。
（9）隨著對硫鐵礦制酸的環(huán)保要求越加嚴(yán)格、國內(nèi)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(chǎn)品制取硫酸的重要性、市場效應(yīng)和利潤也會越加明顯。
4 濕式鎂法煙氣脫硫副產(chǎn)品
4.1 濕式鎂法副產(chǎn)品工藝路線
副產(chǎn)品循環(huán)利用路線按回收的副產(chǎn)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(yè)主現(xiàn)場情況的不同，因地制宜地選擇不同的成熟工藝制得副產(chǎn)品。
4.1.1 氧化鎂再生-二氧化硫制酸副產(chǎn)品工藝
氧化鎂再生-二氧化硫制酸副產(chǎn)品工藝流程為：循環(huán)漿液在經(jīng)一定時間的運(yùn)行后會含有亞硫酸鎂和硫酸鎂，泵入脫硫廢液供給系統(tǒng)后，經(jīng)離心機(jī)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(tǒng)中，之后再經(jīng)干燥可以得到含少量水分的亞硫酸鎂粉。將亞硫酸鎂粉進(jìn)行煅燒，產(chǎn)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(tǒng)中，可節(jié)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(chǎn)生廢料，通過先進(jìn)的循環(huán)工藝可以得到可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
4.1.2 鎂鹽制肥副產(chǎn)品工藝
通過對濕式鎂法工藝的優(yōu)化和控制，可保證循環(huán)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(jīng)濟(jì)效益，采取氧化鎂再生-二氧化硫制酸副產(chǎn)品工藝的經(jīng)濟(jì)效益最大。
脫硫廢液是含有MgSO3晶體、MgSO4、少量未反應(yīng)的氫氧化鎂和少量飛灰等的混合物，經(jīng)過水力旋流器脫水后，再經(jīng)過真空皮帶機(jī)實現(xiàn)進(jìn)一步脫水。漿液通過吸收塔漿液排出泵送至一級脫水系統(tǒng)，經(jīng)過水力旋流器進(jìn)行濃縮脫水，清液流入循環(huán)水箱，濃縮液進(jìn)入真空皮帶脫水機(jī)。經(jīng)過兩級脫水濃縮的產(chǎn)品是含水量小的優(yōu)質(zhì)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(yīng)的氧化鎂和氫氧化鎂以及雜質(zhì)的混合物，在經(jīng)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(jīng)底部噴嘴噴入，形成油霧，在與吹入的高溫空氣混合后，經(jīng)燃燒器發(fā)生燃燒反應(yīng)，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(huán)境案件包括環(huán)境民事案件、環(huán)境行政案件和環(huán)境刑事案件。這類案件涉及的知識都很專業(yè)。為了更好地維護(hù)當(dāng)事人的合法權(quán)益、更好地維護(hù)法律的正確實施、更好地實現(xiàn)社會公平和正義，建議各級人民法院組建環(huán)境法庭，專門審理各類環(huán)境訴訟案件。
（2）建立環(huán)境公益訴訟制度
環(huán)境公益訴訟是指為了保護(hù)自然資源和生態(tài)環(huán)境，對破壞自然資源或生態(tài)環(huán)境的違法行為，任何公民、法人或者其他組織都有權(quán)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(zé)任的訴訟活動。建議探索、建立并健全中國特色的環(huán)境公益訴訟制度。可以先在小范圍內(nèi)試點(diǎn)，待條件具備后再在全國范圍內(nèi)全面推廣。
2.4 關(guān)于環(huán)境法研究的建議
（1）倡導(dǎo)生態(tài)文明
環(huán)境法學(xué)研究者的環(huán)境理念較先進(jìn)、法律素養(yǎng)較高、法律知識淵博。建議環(huán)境法學(xué)研究者加強(qiáng)宣傳，可在報紙、雜志、廣播電臺、電視臺和互聯(lián)網(wǎng)等媒體上舉辦環(huán)境法普法宣傳，讓生態(tài)文明理念進(jìn)機(jī)關(guān)、進(jìn)鄉(xiāng)村、進(jìn)社區(qū)、進(jìn)學(xué)校、進(jìn)企業(yè)、進(jìn)單位，讓生態(tài)文明理念深入人心，讓生態(tài)文明理念進(jìn)入社會每一個人的日常生活。
（2）全面參與環(huán)境法治建設(shè)
環(huán)境法學(xué)研究者應(yīng)加快研究綠色GDP、綠色環(huán)境稅和環(huán)境宏觀戰(zhàn)略等課題，同時也要不斷學(xué)習(xí)新知識、研究和解決新問題，為我國的環(huán)境立法提供法理支持，為環(huán)境執(zhí)法提供理論支持，為環(huán)境司法提供技術(shù)支持。
參考文獻(xiàn)：（略）
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