镁法高效脱硫新突破助力高质量发展

2021-12-30 11:32 中国经济导报-中国发展网 ͼ

摘要：面对高效能镁法脱硫的迫切需求，国内一些科技企业，通过“科技攻关、靶向突破”使镁法脱硫工艺实现重大进展。

生态环保是高质量发展的重要组成部分，也是推动经济高质量发展的重要手段。在“双碳减排”背景下，国家大力推进科技创新，绿色可持续发展战略，产业发展需要科技的支撑引领。发展需要能源，在我国的能源结构中，煤炭现阶段仍占主要地位。如何保持“美丽天空下的绿水青山”就成了用能企业的一道高规格命题。

煤耗大户的“急难愁盼”

燃煤电厂一直以来都是耗煤大户，燃煤电厂污染物治理仍是重点。有效控制燃煤电厂SO2、NOX和粉尘排放量迫在眉睫，势在必行。在国家对排污指标要求越来越严格，要求治理的污染物越来越多的政策下，中国的减排市场企盼能够实现多效减排。

近年来，国家和地方环保部门对燃煤电厂污染物排放浓度和总量有了更为严格的控制，降低了燃煤电厂的排放限额，并对燃煤电厂的环保工程发展提出严格要求。燃煤电厂的脱硫、脱硝和除尘已成为中国环保关注的主要领域之一。《火电厂大气污染物排放标准》提出了燃煤电厂主要污染物排放达到/超过国家天然气燃气轮机排放限值的要求，中国的减排市场期盼通过能够多效减排带来减排收益，并能减少脱硫、脱硝、除尘系统运行成本的新工艺，有效降低燃煤电厂污染物排放，实现近零排放，从而达到健康长久发展。

遇到了哪些“问题疙瘩”

目前烟气脱硫治理主要采用钙法和镁法工艺。在全球范围内，中国是菱镁矿储量大国和镁质材料产品生产大国。基于菱镁资源的加工品在多个领域应用广泛，大量菱镁矿轻烧氧化镁粉出口日韩、北美和欧洲等地区用于环境保护领域，其中约80%的氧化镁用于烟气脱硫。

我国冬季低温地区电厂脱硫大部分采用钙法脱硫工艺，其缺点就是脱硫剂用量大、系统管路易结垢、维护维修难度大，运行费用高，固废比例大，二次污染严重，而氧化镁脱硫工艺恰恰解决了钙法工艺的缺点。国外氧化镁粉体脱硫剂应用技术研究领先我国一代，我国亟需提升镁法脱硫工艺的各关键节点技术，进一步优化匹配达到国际先进。

长期以来，我国镁法脱硫剂以初级或低级的轻烧镁粉为主，在脱硫应用中，存在水化率低、脱硫活性低等问题，造成大量未反应浆料随脱硫废渣排出。抽样调查发现，东北、山东等地区一些电厂脱硫废渣中亚硫酸镁含量高达10%至20%，氧化镁残留量普遍大于10%至30%以上。排放后形成菱镁混凝土形态，块状堆放，处理难度大，固废再利用成本过高，不能达到循环综合利用，企业排放费用大且存在二次污染问题。

我国镁法脱硫技术提升受多因素掣肘，关键在于缺少高活性氧化镁脱硫剂及其高效能利用技术。传统的煅烧工艺中，烧减量与氧化镁活性存在此消彼长的矛盾关系，难以调和。现有的镁法脱硫工艺设计之初是按照市场能够采购到的初级氧化镁粉体脱硫剂效能作为设备系统设计依据，设计单位对氧化镁脱硫剂性质不熟悉，使用单位对氧化镁粉体脱硫剂特性不掌握，操作者对氧化镁水化和副产物氧化参数不了解，导致氧化镁在整个镁法脱硫系统中未被高效利用。

直击问题“靶向突破”

面对高效能镁法脱硫的迫切需求，国内一些科技企业，通过“科技攻关、靶向突破”使镁法脱硫工艺实现重大进展。

在素有“中国镁都”之称的辽宁大石桥市有一家辽宁荣邦科技有限公司（以下简称荣邦公司）。该公司依托国家科技支撑计划项目，联合大连理工大学、大连海事大学等科研单位，对菱镁资源制备高活性氧化镁脱硫剂及其高效能应用产业的关键技术开展科技攻关，形成以高活性煅烧-二次活化加工-高效水化-副产物氧化-资源化回收再利用为主要工艺路线的高活性氧化镁加工工艺与应用全链条技术，完成分段系统控制技术工艺研发及小规模应用，目前研发应用可以控制固废物中氧化镁含量小于3%，达到国际同行业应用水平标准，也为电厂使用高硫煤炭生产，降低采购成本开辟出一条新的通道，对高硫煤矿可持续生产提供技术支撑。

在通用85氧化镁的煅烧工艺中，传统窑炉矿石以块状进料，与燃烧室火焰直接接触，温区不稳定，导致矿石外表过烧而内部欠烧，物料焙烧后活性值低。为了提高活性值则需控制烧减量（碳酸根含量），致使产物中残留约5.5%未分解的碳酸镁，造成原矿石利用率下降。改进型悬浮窑炉矿石以粉体进料，但存在因粉体粒度分布宽导致的风量风压匹配控制难度高的缺陷，活性值虽然有了很大程度的提高，但烧减量未能改善。针对上述瓶颈问题，荣邦公司形成基于旋风火焰和微粉分区的控温燃烧专利技术，精确匹配不同粒度矿粉的受热温度和时间，有效降低烧减量（3%）并同时具备高活性（柠檬酸活性值小于52s）。进一步，对一次煅烧粉体进行机械活化，再次大幅提升活性，与传统的初级氧化镁粉相比，由原来的6个小时水化率70%~75%提升至3小时水化率大于95%。

在以往的脱硫剂使用过程中，因水化程度不高，不能有效转化为氢氧化镁，大量未水化的氧化镁进入脱硫塔。脱硫过程中，微溶的亚硫酸镁在脱硫剂表面结晶形成钝化层，阻碍脱硫活性物释放，浆液pH值迅速下降，为维持脱硫系统正常运行，不得已持续投加过量的脱硫剂，导致脱硫剂使用量大，废渣产生量多且包含大量未反应脱硫剂，造成浪费。针对上述问题，荣邦公司专利技术制得的高活性氧化镁粉体可破解氢氧化镁转化率低的难题。荣邦公司针对亚硫酸镁裹挟的问题，形成了旋流曝气深度氧化技术，2小时内亚硫酸镁氧化镁高达97%，使被包覆的脱硫剂再次暴露得以高效利用，并形成了高价值的硫酸镁溶液。此外，荣邦公司在脱硫塔内的喷嘴设计和喷淋布局开展了优化研究，通过以上措施及装备调整控制的应用得到的较好的脱硫效果，大大降低了脱硫剂的过多浪费消耗，取得了很好的经济效果并解决了固废环保处理问题，使得固废无害化，可以作为建筑材料和土壤改良剂。再进一步，通过烟气余热利用负压蒸馏塔浓缩去除其它杂质，获得硫酸镁饱和溶液析出硫酸镁结晶，烘干得到硫酸镁粉体作为元素肥化工原料添加剂或外加工转化为高纯氧化镁粉体材料，为实现固废、废液再生资源综合利用找到了一条合理途径。

据荣邦公司介绍，我国市场每年用于脱硫剂生产的粉体约200万吨，如应用辽宁荣邦科技有限公司的镁法脱硫全系统控制技术，可节约氧化镁脱硫剂粉体40万吨，相当于减少原矿开采量100万吨，综合考虑菱镁矿分解以及燃煤燃烧释放的二氧化碳，折合每年减少二氧化碳排放量为68万吨。如果实现负压蒸馏技术生产硫酸镁粉体替代用氧化镁粉体制备硫酸镁工艺，按用于电厂脱硫剂50%回收率实现折算100万吨氧化镁转化硫酸镁300万吨，与传统的菱镁矿煅烧+硫酸工艺制硫酸镁工艺相比，减少原矿开采量240万吨，减少二氧化碳年排放量达170万吨。

减排降碳是碳达峰碳中和的实现途径，也是我国高质量发展的内在要求。2021年中央经济工作会议指出，传统能源逐步退出要建立在新能源安全可靠的替代基础上。要立足以煤为主的基本国情，抓好煤炭清洁高效利用，增加新能源消纳能力，推动煤炭和新能源优化组合。要狠抓绿色低碳技术攻关，加快形成减污降碳的激励约束机制。

今年是“十四五”开局之年，荣邦公司将按照党和国家的发展要求，坚持以人民为中心的发展思想，持续打好蓝天、碧水、净土保卫战，建设资源节约，环境友好型社会，助力“双碳”目标的国际承诺，坚持生态优先、科技引领，推动绿色可持续发展，为建设高质量发展的美丽中国做出贡献。