MSN综合高效烟气净化工艺研究

宋远强，周 玉，胡 誉，柳知非，孙好芬

(青岛理工大学 环境与市政工程学院，山东 青岛 266033)

近年来，我国重工业发展迅猛，各类燃煤热电厂如雨后春笋般拔地而起，在为经济发展作出重大贡献的同时，对大气的污染程度却也日益增加，其中主要污染物是氮氧化物和二氧化硫，全国二氧化硫总排放量的一半是燃煤电厂所排放的[1]，而酸雨的构成主要是因为SO2排放量大。脱硫技术依据其煤炭的燃烧过程将处理阶段分为燃烧前的燃料脱硫、燃烧中的脱硫和燃烧后的脱硫三种[2]。为控制其产生的污染，工业中常使用的脱硫技术为湿法石灰石-石膏法脱硫技术。由于原料价格低廉、技术成熟等优点，传统FGD脱硫技术在我国国内广泛使用，但该技术也由于副产物利用率低、装置易发生堵塞结垢等问题得不到更好解决而饱受诟病；与之相比，氧化镁法不仅弥补了传统FGD技术存在的缺陷，脱硫工艺的脱硫率大大提高，而且副产品七水合硫酸镁可以用做镁肥、运行更加稳定。为更好提高烟气处理效率，结合两者优势， MSN综合高效烟气净化工艺被提出。

1 MSN脱硫脱硝一体化工艺简介

MSN工艺(Magnesium oxide desulfurization denitration )，M指的是吸收剂为氧化镁，S指代要除去的二氧化硫，N指代要除去的氮氧化物。

MSN工艺拟定工艺系统主要由以下6个子系统组成：烟风系统、浆液制备系统、脱硫脱硝一体化系统、副产品处理系统、工艺水系统和废水处理系统。本文重点介绍烟风系统、脱硫脱硝一体化系统、副产品处理系统与废水处理系统[3]。

入口的二氧化硫浓度、烟气流量、含尘量等参数都会影响到氧化镁法的脱除效率[4]，其中，入口的二氧化硫浓度、烟气流量等因素对脱硫效率的影响较大。

烟风系统包括静电除尘器、增压风机、烟气换热器(GGH)和烟囱。原烟气通过使用静电除尘器除尘后，然后由增压风机进行增压，再经过GGH降温后进入脱硫塔脱硫；脱硫后的净烟气在进入脱硝塔前由增压风机进一步增压，经过脱硝后进入GGH升温至所需要的出口烟温，最终排入大气。在MSN工艺中，在增压风机的使用数量和安放位置会与传统工艺有较大差异。

2 脱硫脱硝一体化系统

2.1 脱硫塔

2.1.1 基本构造

一般的脱硫塔中有循环泵、鼓风机、搅拌器、鼓泡器、除雾器以及喷淋装置等[5]。脱硫浆液从脱硫塔浆液池通过浆液循环泵将其输送至浆液喷淋装置，喷嘴将其均匀喷出;使流动的烟气与脱硫浆液相遇，使烟气与浆液充分接触，产生脱硫效果，最后吸收了二氧化硫的氢氧化镁浆液流入浆液池。各设备的布置有如下目的：搅拌器在底部搅拌浆液，目的是为了浆液浓度分布均匀，防止脱硫塔底部结垢；鼓泡器进行鼓泡，掀起固体沉淀，扰动流层避免上下分层；除雾器可以降低烟气湿度，使得雾气中的硫酸镁液滴冷凝回流，既有助于减少随烟气带走的水分，降低补充的工艺水耗水量，又能维持吸收塔内液位要求；循环泵可以循环抽取浆液喷淋，富集硫酸镁。

2.1.2 设计特色

(1)MSN工艺拟采用氧化镁湿法三仓式脱硫技术。吸收塔自下而上分为三仓:下仓浆液池、中仓洗涤区、上仓气体区。下仓浆液池为吸收剂浆液液面以下的区域，用于储存脱硫剂、氧化脱硫产物；中仓洗涤区为浆液池液面以上到喷淋层之间的区域；上仓气体区为吸收塔内喷淋层以上的区域，装有除雾器以及水冲洗系统。三仓由隔板相隔开，原烟气在中仓洗涤区喷淋后通过与下仓相连的通道进入浆液池强制氧化，然后通过管道流入上仓。

(2)为避免烟气遇冷水倒流与固体物沉积，MSN工艺中吸收塔烟道的入口段设计为倾斜状。

(3)在脱硝塔中拟加入旋流板，扩大烟气与脱硝浆液的反应面积，增加脱硝效率，有效脱去氮氧化物。

2.2 脱硝塔

通过脱硫处理的烟气中仍含有部分的氮氧化物，因此烟气经增压风机增压后会进入脱硝塔进一步脱硝。在脱硝塔中，氮氧化物会被添加到吸收剂浆液的氧化剂过氧化氢氧化，从而变得易溶于水，与氢氧化镁发生反应产生副产物硝酸镁。

3 副产品与废水处理系统

3.1 脱硫副产物处理

副产物的处理主要方式有两种：(1) 脱硫塔废弃液强制氧化后的主要成分为硫酸镁，经过循环富集使得硫酸镁浓缩后，重结晶获得七水合硫酸镁。该项技术的前期投资少，可以制革、造纸、造瓷等。(2) 在脱硫塔脱硫过程中用抑制剂抑制亚硫酸镁被氧化为硫酸镁，重结晶亚硫酸镁，通过干燥煅烧可以得到二氧化硫和氧化镁，氧化镁作为脱硫原料可以回用制备氢氧化镁浆液，二氧化硫可以富集制硫酸。由于二氧化硫收集易发生泄露，因而，MSN工艺中，将采用第一种处理方法[8]。

3.2 脱硝副产物处理

脱硝塔中的脱硝副产物主要为硝酸镁。一方面，硝酸镁溶液经浓缩重结晶后可以获得硝酸镁晶体，直接用于制农肥；另一方面，将富集的硝酸镁溶液用浓浆泵排出后在反应池内与石灰乳进行反应并陈化放置，而后将浆液过滤便可获得硝酸钙滤液和氢氧化镁滤饼。浸洗滤饼，加水制成浆液后可循环用于脱硫和脱硝工段。硝酸钙滤液可以与脱硫副产物硫酸镁反应获得石膏晶须。

MgSO4+Ca(NO3)2=Mg(NO3)2+CaSO4(晶须)

Mg(NO3)2+Ca(OH)2=Mg(OH)2↓+Ca(NO3)2

3.3 废水处理系统

脱硫塔废弃液中除硫酸镁外，还含有亚硫酸镁与亚硫酸氢镁，为降低废水COD，需要在脱硫塔下部浆液池利用鼓风机强制曝气氧化。脱硝塔废水处理原理相似。在CaSO4结晶得到副产物后剩余的废弃液中，除了悬浮物、氮氧化物之外，还会存在少量有机污染物。对于这些物质，目前多是通过中和、沉淀、混凝、泥浆脱水等方法进行处理。处理后的废弃液可以重新作为工艺水循环使用，或者利用再生水渗滤系统将水净化。

4 结论

MSN工艺系统既融合了传统FGD脱硫系统的基本构造，同时又在其基础上进行了优化设计，实现了脱硫脱硝一体化，将FGD装置安全可靠、功能完整的和氧化镁脱硫法污染小、效率高的特点相结合，操作流程合理、顺畅，必定可为我国脱硫事业作出新的贡献，在烟气处理、环境保护方面发挥巨大作用。