摘要：介绍了加镁石灰湿法烟气脱硫技术的基本原理、工艺特点和应用。与石灰石-石膏湿法比较、加镁石灰脱硫效率高，液/气比低，电耗低，造价省，副产品石膏品质好的优点。不仅适用于新建脱硫机组，特别适用于现有石灰石-石膏湿法的效率提升和降耗改造。

　　熊天渝 徐红(盛尼克能源环保技术（重庆）有限公司, 重庆 400039)

　　一 概述

　　自上世纪90年代以来，我国的火电厂开始大规模实施烟气脱硫，到2012年底，全国共建成运行脱硫机组装机容量达6.8亿千瓦，其中92%以上采用的是石灰石膏湿法脱硫工艺。由于脱硫工程的迅猛发展，和恶性价格竞争，许多脱硫公司降低设计标准，应付环保“验收”之后，许多脱硫设备实际脱硫效率远低于设计要求，甚至不能正常连续运行。国家“十二五”规划新排放标准出台后（见表1），电厂烟气脱硫的旁路必须取消，二氧化硫的排放标准最高提高到了50mg/m3。相当大一批机组要求脱硫效率要达到97%以上，超过了石灰石脱硫的能力。因此，大部份电厂脱硫设施将必须进行效率提升改造。同时，石灰石法的电耗高达厂用电的2%以上，对电厂是一沉重负担；而脱硫机组产生的脱硫石膏由于品质较低得不到有效利用，造成每年数千万吨的固体废弃物。对于现有的石灰石-石膏湿法脱硫系统，要进一步提高脱硫效率，降低电耗和改善脱硫石膏品质便于利用是当前中国电厂烟气脱硫面临的主要问题。改造现有脱硫设施要达到的基本目标包括：

　　达到最新的SO2排放指标；

　　改善运行可靠性和持续运行能力；

　　尽可能利用现有脱硫系统设施（料仓、罐、泵、供电、供水等）

　　在现有场地条件下实施改造工程；

　　降低脱硫系统的运行成本，特别是电耗；

　　改善脱硫副产品石膏的品质，便于利用；

　　尽可能降低改造工程成本。

　　表1：火电厂新SO2的排放标准对烟气脱硫效率的要求

　　

　　 加镁石灰脱硫工艺（MEL-FGD）是美国独资盛尼克能源环保技术（重庆）有限公司从美国引进的具有世界先进水平的成熟的高效湿法脱硫技术。该技术综合了镁基（MgO）的优良脱硫性能和石灰的低成本的优点，在石灰中加少量（＜10%）氧化镁，可以达到99%的脱硫效率，其液/气比不超过10 l/m3，电耗省一半以上，而且避免钙基脱硫工艺的结垢等问题，同时还能生产高品质石膏副产品，是世界上最先进的湿法脱硫工艺，目前已经用于包括世界上三台最大的1,400MW燃煤锅炉机组，和大批石灰石-石膏法脱硫的效率提升、降电耗改造。中国的镁资源丰富，不仅有世界最大的氧化镁(MgO)产量，更有分布广泛的镁钙共生白云石以及含镁石灰石，为采用加镁石灰脱硫工艺具有特殊的资源优势。

　　二 加镁石灰脱硫基本原理

　　湿法脱硫是脱硫剂在溶液中的碱性离子与溶解于水的气态二氧化硫（SO2），即亚硫酸（H2SO3）根SO3结合，产生中性物质，达到除去气态中SO2的目的。由于液相反应强度大大高于气相和固相，因而湿法脱硫比干法或半干法脱硫的效率高。

　　首先，烟气中SO2被水所吸收，生成亚硫酸：

　　SO2 + H2O → H2SO3

　　中和H2SO3的脱硫反应必须在液相进行。因而脱硫剂的溶解碱性决定了吸收反应的能力。应用广泛的钙基脱硫的脱硫剂石灰——CaO，或石灰石—CaCO3由于其在水中的溶解性很小，因而反应速度慢，强度低，必须加大水量，增加喷淋级数，以保证足够的溶解碱性和充分的接触时间。这就造成钙基脱硫的反应需要很高的液/气比，导致循环液量大，电耗高，脱硫反应装置体积大。因而，具有造价和运行费用高的固有缺点。

　　氧化镁具有极好的脱硫性能，其溶解碱性比钙基高数百倍，脱硫所要求的液/气比只有钙基的1/2 -1/3,具有性能更好，电耗更低的固有优势。世界上第一座超临界燃煤发电机组，美国Eddistone电站的2×360MW（350 bar,659/659/659℃）自1974年投运以来一直采用从中国进口的MgO脱硫。MgO脱硫在日本、台湾、韩国和德国也得到了工业应用。由盛尼克公司提供技术和设计，大唐电力公司建成了2X330MW机组氧化镁脱硫，在液/气比低于6/m3 达到97%以上脱硫效率，厂用电率低于1%。但由于氧化镁产地的限制，大量规模用于脱硫受到限制。加镁石灰脱硫工艺正是综合了镁基（MgO）的优良脱硫性能和石灰(CaO)的低成本的优点在美国开发成功的一种先进的湿法脱硫工艺。

　　在MgO和CaO同时出现时，首先都加水进行熟化反应，生成其氢氧化物：

　　MgO + H2O → Mg(OH)2

　　CaO + H2O → Ca(OH)2

　　而烟气中的SO2溶于水，生成亚硫酸：

　　SO2 + H2O → H2SO3  -

　　由于Mg(OH)2具有比Ca(OH)2比高得多的活性，在脱硫浆液中，浓度高得多的Mg++首先与SO3--  发生吸收反应：

　　Mg(OH)2  + H2SO3   → MgSO3   +  2H2O

　　MgSO3 + H2SO3  → Mg(HSO3)2

　　CaO熟化产生的Ca(OH)2并不直接与H2SO3反应，而是与镁基脱硫产物在一定条件下发生如下反应：

　　Ca(OH)2 + Mg(HSO3)2  → CaSO3 · 1/2H2O + MgSO3 + 3/2H2O

　　在CaO中加入氧化镁时，如前述MgO反应产物Mg(HSO3)2和MgSO4等能反复使用时，实际上代替了CaO的脱硫作用，因而显著改善了脱硫性能，最终消耗的是石灰。石灰中加MgO脱硫的另一个重要优点是阻止了在吸收反应过程中CaSO4· 2H2O的产生，因而可以大大减轻常规石灰石法工艺中易结垢、堵塞等问题。

　　当烟气中有氧气存在时，部份亚硫酸盐被氧化成硫酸盐：

　　CaSO3 · 1/2H2O + O2 + 3/2H2O  → CaSO4 · 2H2O ——石膏

　　MgSO3 + 1/2O2 → MgSO4

　　对于不回收石膏的脱硫系统，大部份最终副产物为CaSO3 · 1/2H2O。

　　当需要产生石膏副产品时，则利用氧化器，使CaSO3 · 1/2H2O都氧化成石膏。由于亚硫酸钙是从亚硫酸镁置换产生的,纯度高,氧化后生产的石膏品质优良。在美国，原来采用抛弃处理副产品的加镁石灰脱硫工艺陆续进行改造，生产高品质石膏作为副产品出售，如在Zimmer电站（1×1,300MW，供电功率，下同），Gavin电站（2×1,300MW）和Bruce Mansfield电站（3×917MW）。因此，实现上述工艺原理的关键是保持镁成分在系统中循环使用，使镁成分的消耗最低。成功的加镁石灰工艺可以