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【摘要】根據我國目前煙氣脫硫技術的發展情況，削減工業鍋爐煙氣中SO2的排放量，控制大氣SO2污染，保護大氣環境質量，是一項重要課題。本文簡述了長春市新誠供熱經營有限責任公司氧化鎂濕法脫硫的技術改造方案，并在2019年開始實施改造并投入使用，在此基礎上根據新誠供熱公司58MW熱水鍋爐的設計運行參數，通過技術改造前和改造后的運行狀況進行對比。
【關鍵詞】新誠脫硫系統 堵塔 SO2 環保排放
1、新誠公司鍋爐系統簡述：
長春市供熱（集團）有限公司新城鍋爐房，位于長春市南關區，供熱總面積約500萬平方米。目前鍋爐房總裝機有6臺80ton/h（58MW）鏈條式熱水鍋爐，每臺爐后配一臺長袋低壓脈沖噴吹式布袋除塵器、一臺離心引風機、一套濕式鎂法脫硫系統，每臺塔3層噴淋、2層除霧，6臺爐公用一根煙囪。2018—2019采暖期運行期，新誠分公司總耗煤量151724噸，收到基硫份平均0.4%，共消耗脫硫劑氧化鎂約1218噸，高峰期脫硫系統日耗水600～700噸。
2. 改造前裝置運行存在的主要問題
1）脫硫系統運行不穩定，SO2排放濃度（折算后）超過允許值400 mg/Nm3（干基、9% O2）。
2）整個脫硫系統不能實現自動化運行，無法監測各項運行數據，依靠人工經驗運行，運維工作量大，無法連續穩定運行。
3） 脫硫漿液制備系統不完善，制漿能力不足，不能正常運行，不能保證制取符合技術要求的脫硫漿液。
4） 漿液輸送系統堵塞、磨損（包括管道、輸送泵、閥門、儀表、噴嘴），系統不能正常運行。
5） 脫硫塔底部沉積、堵塞嚴重，影響漿液排放及置換。
6） 部分煙道及脫硫塔內腐蝕嚴重，導致系統漏風并有安全隱患，#4-#6脫硫塔及出口煙道腐蝕相對較嚴重，#1-#3相對較輕。
7） 除霧器沖洗不正常運行，影響除霧效果。
8） 脫硫漿液排放后，處理系統不能有效實現固液分離，系統不能正常運行。
3、裝置存在問題的實驗研究分析
針對脫硫系統工藝堵塔的問題，邀請長春工業大學化工專業實驗室進行了如下幾方面的實驗分析：對氧化鎂吸收劑的質量（粒度）進行了分析；對脫硫產物的組成進行了分析；同時對氧化鎂吸收劑的最佳制備工藝條件進行了分析，從而總結出脫硫裝置堵塔的原因。
具體的實驗結果如下:
綜合酸性亞硫酸溶液中的溶解度變化及釋放氣體情況，判斷黃色堵塔物質的主要是MgSO3。造成堵塔的原因，一方面是由于投料中MgO過量，導致吸收完成后一部分MgO未反應，生成白色堵塔物質；另一方面MgO過量導致系統pH值為堿性，MgSO3在堿性環境中微溶，易發生沉淀，產生黃色堵塔物質。
經過分析比對發現堵塔物質為MgO和Mg(OH)2、MgSO3的混合物。造成堵塔的原因是MgO相對SO2過量，使吸收體系呈堿性，由于脫硫產物MgSO3微溶于中性及堿性溶液，生成沉淀造成堵塔。
經實驗確定，調整吸收液系統的pH值為6，可以增加MgSO3溶解度，減少沉淀的生成。以利于工藝的穩定進行；MgO熟化適宜的工藝條件，60 oC，1.0h，其質量濃度為3-5%時，懸浮液具有相近的堿度。此時氧化鎂懸浮液的穩定性好，有利于脫硫過程。
4、對后續脫硫系統工藝改造的有關建議
根據前述的分析及氧化鎂法脫硫的原理及脫硫工藝實踐經驗，后續工藝改造中應重點注意以下問題的解決：
1）適宜的氧化鎂吸收液的制備是關鍵：氧化鎂吸收液的濃度高低是影響裝置脫硫效率及裝置工藝過程穩定運行的關鍵因素,因此在后續的工藝改造中,應重點解決如下問題,將目前的手動制吸附液的裝置改成自動控制裝置,實現氧化鎂稱重、運送及制漿過程的溫度、流量等的自動控制；同時將適當加大制漿容器的體積，以滿足最大處理負荷下工藝過程對氧化鎂吸收劑量的工藝要求。同時氧化鎂溶液的濃度要適宜，不是越高越好，建議氧化鎂吸收劑的濃度不超10%，能滿足吸收塔循環液的pH值為6左右即可。為保證對吸收循環液酸堿度的控制，應對塔底吸收液進行實時的pH值監控。
2）、關于塔底沉淀的控制措施問題。根據前面所做的實驗室分析結果，目前塔底單位沉淀物主要是未反應的氧化鎂、氫氧化鎂（由于吸收劑過量產生）和脫硫副產物亞硫酸鎂，在正常情況下，亞硫酸鎂會通過曝氣氧化為硫酸鎂，而由于目前的工藝中，無氧化設備及工序，且由于亞硫酸鎂在堿性條件下微溶，因而導致了大量沉淀生成，累積，從而堵塔。因此在后續改造中，必須要增加脫硫產物氧化裝置，同時在塔底要安裝固體擾動裝置、液位指示裝置及pH監測裝置，以保證塔底沉淀物的及時有效處理和循環液技術指標（pH值和固含量等）滿足工藝使用要求；同時為脫硫產物的利用奠定基礎（亞硫酸鎂不能直接作為化工原料使用，而硫酸鎂則可以）。
3）、關于脫硫產物的回收利用問題。
嚴格意義講，脫硫產物的處理與脫硫凈化過程本身同樣重要。脫硫產物處理不當，會造成嚴重的二次污染問題，同樣會受到政府環境監管部門的問責及監督。因此貴公司要認真重視脫硫產物的無害化及資源化處理問題。在后續的改造中，要恢復脫硫產物過濾、分離工序。同時增加結晶、干燥工序，得到符合工業或化肥使用標準的硫酸鎂產品，銷售給生產復合肥等企業作為原料，這樣就達到了資源化和無害化的目標。
5、改造方案
脫硫部分具體改造方案
5.1主要技術參數表
不同入口SO2濃度對應物料消耗表
5.2.改造后脫硫系統各部分說明
根據脫硫的工藝過程，把整個脫硫系統分為以下5個部分：
A區：氧化鎂供應和漿液制備部分；
B區：脫硫主體部分；
C區：工藝給水部分；
D區：漿液氧化部分；
E區：廢水預處理部分(業主另案處理)。
（1）A區：氧化鎂供應和漿液制備部分
袋裝氧化鎂粉，（200目，純度≥85％），經人工破袋或自動破袋機后，通過新增的氣力輸送系統（羅茨風機等設備），將氧化鎂粉輸送至新增的總容積30m3氧化鎂料倉。料倉底部設置旋轉卸料閥、螺旋輸送機等輸送設備，將氧化鎂粉末送至熟化罐中。
根據前面的“物料耗量計算”，30m3的氧化鎂料倉（密度按1.2t/m3）可以滿足6臺機組（每臺煙氣量230000m3/h）序號1工況，約2天使用量，序號3工況，約3天使用量。其它入口SO2濃度氧化鎂的使用時間，可以進行相應的計算。
在人工送料口附近設置負壓吸塵裝置，可改善送料時物料飛散狀況。
根據“物料耗量計算”，在最大工況序號1-6臺機組平均1小時需要20%濃度氫氧化鎂量約3.977噸，氧化鎂在60℃熟化成氫氧化鎂需要3小時，則需要每次可以制備3.977x3=11.931噸的容量的制備罐。故原氧化鎂熟化罐（有效容積約4.3 M3）不能滿足系統需求。
將現有的熟化罐和存儲罐拆除，按需求容量設置相應儲罐。經計算和綜合衡量將熟化罐和存儲罐的有效容積分別定為12m3和18m3。同時將熟化罐和存儲罐仍然放置在現有位置。罐周圍的管路需要拆除重新配管，漿液供給泵（2用1備）建議更換為新品。現有水罐保留不動繼續按水罐使用。
（2） B區：脫硫塔主體部分
脫硫塔整體利舊，不再改動，只對破損處進行修復處理。經檢查脫硫塔防腐破損較多，嚴重的部分多處已經腐蝕穿孔，對整個脫硫塔做全面電火花掃描，對腐蝕處清理干凈后重新做玻璃鱗片防腐，必要處做防腐加強。
脫硫塔入口煙道，作為煙氣干濕交界面，溫度高濕度大，不適合采用玻璃鱗片防腐處理，在脫硫塔入口2米范圍內做不銹鋼內襯處理，材料雙相不銹鋼2205或C276。
保溫部分：對于已經污染、破損的保溫棉和彩鋼板進行全部更換。
脫硫塔入口處的預噴淋有不同程度損壞堵塞，重新布置噴嘴位置和形式。
脫硫塔內部漿液噴淋層，經現場檢查，噴嘴有不同程度堵塞、磨損、缺失，管路開焊等情況，更換或修復3層噴淋管路。
漿液循環泵：原每臺脫硫塔漿液循環泵2用1備，經核算液氣比2可以滿足脫硫效率要求。
漿液循環管道：多處破損更換，并設置PH計。
脫硫塔漿液溢流管道：利舊保留不動。
塔底擾動裝置：為防止脫硫塔底部固體沉積堵塞，在循環泵出口，引出一路漿液管路，深入到脫硫塔底部椎體結構部分，進行擾動底部漿液區。
在脫硫塔漿液池增加壓力式液位計，監測液位情況。
（3）C區：工藝給水部分
利用原有的工藝水箱不動繼續使用，對每臺漿液循環水泵加裝密封冷卻水循環水管路。
（4） D區：漿液氧化部分
氫氧化鎂和二氧化硫反應生成的亞硫酸鎂，亞硫酸鎂為沉淀鹽類，容易堵塞管道和后續水處理的需要，需要進一步氧化成溶解性硫酸鎂。在脫硫塔漿液區底部增加氧化空氣，氧化空氣由新增的羅茨風機提供，1#~3#脫硫使用1組羅茨風機（1用1備），4#~6#脫硫使用1組羅茨風機（1用1備），氧化用羅茨風機初步方案放置脫硫塔附近煙道下方泵房內。
（5） E區：廢水預處理部分
廢水處理部分目前采用沉淀池沉淀，上清液回收循環利用，如環保部門無另做要求可繼續采用。
5.3電氣、自控部分說明
為了保證整個脫硫系統能夠實現自動化運行，脫硫系統采用1套PLC控制系統（FGD_PLC）可以分別對每一臺鍋爐的脫硫系統進行監視和控制。
脫硫島控制系統FGD_PLC的監控范圍至少包括：
— FGD裝置（吸收系統、FGD供水及排放系統等）；
— 公用系統（氧化鎂制漿等）；
— FGD電氣系統（低壓電源回路的監視和控制等）；
脫硫島控制系統FGD_PLC按照功能分散和物理分散相結合的原則設計，其功能包括數據采集系統（DAS）、模擬量控制系統（MCS）、順序控制系統（SCS）等，另外需要增加的設備有：
脫硫塔循環漿液PH計，需增加沖洗管路。
增加馬達控制柜1面；就地操作箱 1只；
增加動力和儀表信號電纜。
增加相應的電纜橋架
更換布袋除塵器脈沖噴吹就地控制箱上按鈕，并增加按鈕專用防塵罩，旋轉開關加防水罩。
在馬達控制盤上，增加脫硫塔入口煙氣溫度顯示儀表。
增加脫硫塔內液位變送器。
增加PLC及上位機HMI，并重新設計、完善脫硫控制邏輯，改進控制程序。
6、改造后取得的效果
改造后保證整個脫硫系統穩定達標排放：參照用戶要求及《GB 13271-2014鍋爐大氣污染物排放標準》,明確改造后執行的排放標準如下：煙塵≤50mg/m3SO2＜200mg/m3（標態、干基、9%O2）；
保證改造后系統能夠連續穩定自動運行(氧化鎂投料為人工投入)，減少人工操作及運行維護工作量，整個脫硫系統的監視、控制及操作均由PLC系統實現，使系統運行更加優化，實現智能化自動運行模式；
充分利用現有系統及設備，盡量減少改動工作量，按照經濟適用原則，降低脫硫運行成本費用。
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