钢渣、高炉渣烟气脱硫技术介绍

钢渣、高炉渣烟气脱硫技术介绍.ppt前言众所周知，二氧化硫是主要的大气污染物之一，我国是二氧化硫排放大国，减少二氧化硫排放量是当前最急迫的环境保护任务之一。大部分二氧化硫来自各种含二氧化硫烟气，控制二氧化硫污染最有效的方法是采用烟气脱硫技术。目前国内外烟气脱硫方法很多，可归纳为干法、湿法、半干法，尤以湿法脱硫工艺应用最广。湿法烟气脱硫是将吸收剂调制成溶液或浆液，使其与烟气充分接触，吸收剂与二氧化硫反应生成无害或可再利用的新物质，达到使二氧化硫从烟气中分离出来的目的。吸收剂是湿法脱硫不可缺少的物料，目前用得最多吸收剂有：钙基—石灰石、石灰；钠基—纯碱、烧碱；镁基—氧化镁；氨基—氨水、碳铵、有机胺等。这些吸收剂都是化工原料，用于脱硫则要消耗大量化工原料，不符合循环经济“3R”原则中的“减量化”原则。宁波太极环保设备有限公司另辟蹊径，经过多年的研究，开发成功了以“炉渣”为吸收剂，吸收烟气中二氧化硫的技术。这些“炉渣”包括：钢渣、高炉渣、重有色金属冶炼炉渣、氧化铝厂“赤泥”、造纸厂“白泥”、纯碱厂“盐泥”等。对于具体的烟气脱硫工程，可因地制宜地选择最适合的“炉渣”作为吸收剂。钢铁企业选择钢渣、高炉渣为吸收剂处理烧结烟气，既可以利用难以再利用的废渣解决烧结烟气的污染问题，脱硫产物还可以作为土壤调理剂用于盐碱地改造，是一种非常巧妙的选择。一、钢渣、高炉渣脱硫原理

及工艺流程

1、钢渣、高炉渣的组成1)、炼钢炉渣组成炼钢炉渣化学成分主要是Ca、Mg、Si、Fe等的氧化物，钢渣中各种成分的含量因炼钢炉型、钢种以及每炉钢冶炼阶段的不同，有较大的差异。国内4家炼钢厂的转炉钢渣化学成分如表1所列。表1国内4家炼钢厂的转炉钢渣化学成分％炼钢厂宝钢马钢上钢邯钢CaO40～4945～5045～5142～54MgO4～74～55～123～8SiO213～1710～118～1012～20Al2O31～31～40.6～12～6FeO11～2210～185～204～18Fe2O34～107～105～102.5～13MnO5～60.5～2.51.5～2.51～2P2O51～1.43～52～30.2～1.3F-CaO2～9.55～114～102～10

钢渣由这些金属和非金属氧化物(CaO、FeO、SiO2、MgO)等构成矿物，构成的矿物主要有：硅酸二钙（2CaO·SiO2）硅酸三钙（3CaO·SiO2）钙镁橄榄石（CaO·MgO·SiO2）镁蔷薇辉石（3CaO·MgO·2SiO2）钙铝黄长石(2CaO·Al2O3·SiO2)铁酸钙(CaO·FeO)及RO相等。这些矿物组成取决于钢渣的的化学成分。不同碱度转炉钢渣的矿物组成如表2所列。表2不同碱度转炉钢渣的矿物组成％碱度C3SC2SCMSC3MS2C2ASCaCO3

RO4.2450～60/////15～203.0735～455～10////15～202.7330～3520～30////3～52.6220～3010～20////15～202.5615～2520～25////40～502.11少量20～30///5～1012～201.24/5～1020～2520～305～10/7～15从表中不难看出在碱度为2.5以上时，组成转炉钢渣的主要矿物是硅酸三钙（3CaO·SiO2）、硅酸二钙（2CaO·SiO2）及RO相。

2)、炼铁高炉渣组成炼铁高炉渣的化学成分主要是Ca、Mg、Al、Si等的氧化物，由于矿石的来源及冶炼生铁的种类不同，高炉渣的化学组成波动较大，我国高炉普通渣的化学组成如下：CaO38～49％SiO226～42％Al2O36～7％MgO1～13％MnO0.1～1％Fe2O30.15～2％S0.2～1.5％高炉渣由这些金属和非金属氧化物(CaO、SiO2、Al2O3、MgO等)构成矿物，构成的矿物主要有：钙铝黄长石（2CaO·Al2O3·SiO2）钙镁黄长石（2CaO·MgO·SiO2）硅酸二钙（2CaO·SiO2）假硅灰石（CaO·SiO2）钙长石（CaO·Al2O3·2SiO2）钙镁橄榄石（CaO·MgO·SiO2）镁蔷薇辉石（3CaO·MgO·2SiO2）镁方柱石（2CaO·MgO·2SiO2）等。3)、钢渣、高炉渣组成的异同钢渣和高炉渣化学组成极为相似，都是Ca、Mg、Al、Fe、Si等金属和非金属氧化物，但钢渣Fe高Al低，高炉渣Fe低Al高。因其金属和非金属氧化物含量和成渣条件不一样，由其构成的矿物也不同。钢渣中Al低Fe高，易生成铁橄榄石(2FeO·SiO2)、铁酸钙(CaO·FeO)，而高炉渣中Al高Fe低，易生成钙铝黄长石（2CaO·Al2O3·SiO2）、钙长石（CaO·Al2O3·2SiO2）2、钢渣、高炉渣脱硫反应式钢渣、高炉渣脱硫属于湿法脱硫，是将钢渣、高炉渣用水调制成浆液，与烟气中SO2反应。反应分二步进行：第一步反应是SO2在浆液中的溶解、吸收、氧化，形成SO2水溶液。第二步反应是钢渣、高炉渣与SO2水溶液反应。组成钢渣、高炉渣的物质不一样，其反应也不一样。第一步SO2在水中的溶解反应式：

因烟气中含有过剩空气，且浆液中有起催化作用的铁离子、锰离子存在，会发生氧化反应：

第二步反应是钢渣、高炉渣与SO2水溶液反应，组成钢渣、高炉渣的物质不一样，其反应也不一样。1)、钢渣与SO2水溶液的反应以钢渣中的矿物镁蔷薇辉石和硅酸三钙为例列出其反应式如下：

2)、高炉渣与SO2水溶液的反应高炉渣与SO2水溶液的反应类似于钢渣的反应，以高炉渣中的矿物钙铝黄长石和钙镁黄长石为例列出其反应式如下：3、钢渣、高炉渣脱硫的工艺流程

以钢渣、高炉渣为吸收剂，吸收烟气中SO2工艺属于湿法脱硫，包括：(1)、吸收剂制备(2)、SO2吸收(3)、脱硫后烟气处理(4)、脱硫产物处理：中和、过滤如图1“炉渣”吸收SO2工艺流程示意图所示。

二、钢渣脱硫的工业实践

2009年4月应唐山国丰钢铁公司的要求，安排了转炉钢渣吸收烟气中二氧化硫的工业试验。1、试验装置试验在由宁波太极环保设备有限公司总承包建成的慈溪城市建筑构件厂《4T+6T锅炉烟气脱硫装置》上进行。主要脱硫设备：￠1600多相反应器(吸收设备)1台循环泵1台循环池V=3.5m3（带搅拌装置）沉淀池V=3.5m32、工艺流程试验工艺流程如附图2所示。钢渣粉在循环池内加水调制成含固量约100g/l的吸收剂浆液，通过循环泵送至吸收塔顶部喷入。来自锅炉的烟气经引风机从顶部送入多相反应器，与循环吸收液在塔内充分接触，脱硫后净烟气从气流分离器上部出口烟道进入烟囱排放。吸收液与烟气在气液分离器内分离，流回制浆循环池循环使用。图2工业试验工艺流程图3、试验条件1)、产烟气锅炉：4t/h燃煤锅炉2)、烟气量：12000m3/h3)、烟气温度：脱硫前135℃，脱硫后43℃4)、循环泵流量：120m3/h5)、试验用钢渣：杭州钢铁公司转炉渣，其化学组成如表3。表3杭钢转炉渣主要化学成分名称CaOMgO总FeS钢渣44.88%9.19%11.86%1.65%4、试验过程由于工业试验使用的4t/h锅炉为生产用锅炉，间隙式向生产系统供汽，试验只能适应生产间隙式进行。即一次性投入吸收剂转炉钢渣和调浆用的清水，调制含固量为100g/l的浆液，再根据锅炉开停时间，分段开停脱硫装置。试验从2009.3.12开始，至3.15吸收浆液pH值降为3.5为止。随锅炉开停共进行34小时试验。

5、试验结果及分析1、钢渣吸收浆液pH变化情况由不同时刻测定的钢渣浆液的pH值，绘制成钢渣浆液的pH值与反应时间的关係图，如图2所示。从图2中可以看出，钢渣浆液pH值随反应时间的推移而降低，pH值改变分为三个阶段：第一阶段，反应的前6个小时。新鲜的钢渣浆液的pH值由13降到6.5，在前3个小吋内，pH值迅速由13降到7，然后缓慢降至6.5。第二阶段，随后24个小时。SO2继续溶于水中，钢渣浆液pH值下降至6～6.5。第三阶段，最后5个小时。SO2继续溶于水中，钢渣浆液pH值下降至4以下。2、主要技术指标 根据钢渣吸收SO2后产物滤饼和滤液化学成分分析数据计算主要技术指标。吸收SO2后产物液固比为10.5l/kg，滤饼及滤液主要化学成分如表4所列。

表4吸收后产物滤饼和滤液主要化学成分名称CaOMgO总FeS滤饼29.42%4.95%8.36%11.74%滤液0.6989g/l0.0413g/l/0.5872g/l主要技术指标如表5所列。表5技术指标汇总表序号指标名称单位

数值

1滤饼产率/1.5832钢渣单耗

t钢渣/tSO22.793钢渣吸收SO2能力tSO2/t钢渣

0.3584亚硫酸根的氧化率

％

51.355脱硫过程中钢渣浆液pH值

/6～6.56脱硫烟气SO2浓度

mg/dNm353～757脱硫率％90.5～93.30三、结论及问题讨论1、钢渣吸收烟气中SO2工业试验充分证实钢渣是非常好的SO2吸收剂，完全可以用于烟气脱硫。脱硫烟气温度在43℃时，脱硫烟气SO2浓度＜75mg/dNm3；在脱硫前烟气SO2浓度＜1000mg/dNm3的情况下，脱硫率达93％。

2、钢渣中吸收二氧化硫的成份不仅仅是游离CaO，其它含CaO、MgO构成的矿物其含量远高于游离CaO和MgO，才是吸收SO2的主体成分。3、钢渣脱硫过程中钢渣浆液最适合的pH值在6.5～6之间，脱硫烟气SO2浓度最低，脱硫率最高。pH值高于6.5含Ca、Mg的其它矿物不易分解，难与SO2反应，脱硫效果并不理想。pH值低于6特别是低于4.5，虽然可能某些难分解的含钙、镁矿物被分解，参与脱硫反应，提高钢渣的利用率，但相应的气相中SO2分压增高，脱硫效果变差。

4、高炉渣的矿物组成与钢渣不一样，但都是由是Ca、Mg、Fe、Al、Si等的氧化物构成，脱硫性能相似，高炉渣同样可以用于烟气脱硫，无需置疑。5、钢铁企业的烧结烟气是主要的二氧化硫污染源之一，虽然有其自身特点(烟气量大、二氧化