鋼渣、高爐渣煙氣脫硫技術(shù)介紹

鋼渣、高爐渣煙氣脫硫技術(shù)介紹.ppt前言眾所周知，二氧化硫是主要的大氣污染物之一，我國是二氧化硫排放大國，減少二氧化硫排放量是當(dāng)前最急迫的環(huán)境保護(hù)任務(wù)之一。大部分二氧化硫來自各種含二氧化硫煙氣，控制二氧化硫污染最有效的方法是采用煙氣脫硫技術(shù)。目前國內(nèi)外煙氣脫硫方法很多，可歸納為干法、濕法、半干法，尤以濕法脫硫工藝應(yīng)用最廣。濕法煙氣脫硫是將吸收劑調(diào)制成溶液或漿液，使其與煙氣充分接觸，吸收劑與二氧化硫反應(yīng)生成無害或可再利用的新物質(zhì)，達(dá)到使二氧化硫從煙氣中分離出來的目的。吸收劑是濕法脫硫不可缺少的物料，目前用得最多吸收劑有：鈣基—石灰石、石灰；鈉基—純堿、燒堿；鎂基—氧化鎂；氨基—氨水、碳銨、有機(jī)胺等。這些吸收劑都是化工原料，用于脫硫則要消耗大量化工原料，不符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)“3R”原則中的“減量化”原則。寧波太極環(huán)保設(shè)備有限公司另辟蹊徑，經(jīng)過多年的研究，開發(fā)成功了以“爐渣”為吸收劑，吸收煙氣中二氧化硫的技術(shù)。這些“爐渣”包括：鋼渣、高爐渣、重有色金屬冶煉爐渣、氧化鋁廠“赤泥”、造紙廠“白泥”、純堿廠“鹽泥”等。對于具體的煙氣脫硫工程，可因地制宜地選擇最適合的“爐渣”作為吸收劑。鋼鐵企業(yè)選擇鋼渣、高爐渣為吸收劑處理燒結(jié)煙氣，既可以利用難以再利用的廢渣解決燒結(jié)煙氣的污染問題，脫硫產(chǎn)物還可以作為土壤調(diào)理劑用于鹽堿地改造，是一種非常巧妙的選擇。一、鋼渣、高爐渣脫硫原理

及工藝流程

1、鋼渣、高爐渣的組成1)、煉鋼爐渣組成煉鋼爐渣化學(xué)成分主要是Ca、Mg、Si、Fe等的氧化物，鋼渣中各種成分的含量因煉鋼爐型、鋼種以及每爐鋼冶煉階段的不同，有較大的差異。國內(nèi)4家煉鋼廠的轉(zhuǎn)爐鋼渣化學(xué)成分如表1所列。表1國內(nèi)4家煉鋼廠的轉(zhuǎn)爐鋼渣化學(xué)成分％煉鋼廠寶鋼馬鋼上鋼邯鋼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

鋼渣由這些金屬和非金屬氧化物(CaO、FeO、SiO2、MgO)等構(gòu)成礦物，構(gòu)成的礦物主要有：硅酸二鈣（2CaO·SiO2）硅酸三鈣（3CaO·SiO2）鈣鎂橄欖石（CaO·MgO·SiO2）鎂薔薇輝石（3CaO·MgO·2SiO2）鈣鋁黃長石(2CaO·Al2O3·SiO2)鐵酸鈣(CaO·FeO)及RO相等。這些礦物組成取決于鋼渣的的化學(xué)成分。不同堿度轉(zhuǎn)爐鋼渣的礦物組成如表2所列。表2不同堿度轉(zhuǎn)爐鋼渣的礦物組成％堿度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從表中不難看出在堿度為2.5以上時，組成轉(zhuǎn)爐鋼渣的主要礦物是硅酸三鈣（3CaO·SiO2）、硅酸二鈣（2CaO·SiO2）及RO相。

2)、煉鐵高爐渣組成煉鐵高爐渣的化學(xué)成分主要是Ca、Mg、Al、Si等的氧化物，由于礦石的來源及冶煉生鐵的種類不同，高爐渣的化學(xué)組成波動較大，我國高爐普通渣的化學(xué)組成如下：CaO38～49％SiO226～42％Al2O36～7％MgO1～13％MnO0.1～1％Fe2O30.15～2％S0.2～1.5％高爐渣由這些金屬和非金屬氧化物(CaO、SiO2、Al2O3、MgO等)構(gòu)成礦物，構(gòu)成的礦物主要有：鈣鋁黃長石（2CaO·Al2O3·SiO2）鈣鎂黃長石（2CaO·MgO·SiO2）硅酸二鈣（2CaO·SiO2）假硅灰石（CaO·SiO2）鈣長石（CaO·Al2O3·2SiO2）鈣鎂橄欖石（CaO·MgO·SiO2）鎂薔薇輝石（3CaO·MgO·2SiO2）鎂方柱石（2CaO·MgO·2SiO2）等。3)、鋼渣、高爐渣組成的異同鋼渣和高爐渣化學(xué)組成極為相似，都是Ca、Mg、Al、Fe、Si等金屬和非金屬氧化物，但鋼渣Fe高Al低，高爐渣Fe低Al高。因其金屬和非金屬氧化物含量和成渣條件不一樣，由其構(gòu)成的礦物也不同。鋼渣中Al低Fe高，易生成鐵橄欖石(2FeO·SiO2)、鐵酸鈣(CaO·FeO)，而高爐渣中Al高Fe低，易生成鈣鋁黃長石（2CaO·Al2O3·SiO2）、鈣長石（CaO·Al2O3·2SiO2）2、鋼渣、高爐渣脫硫反應(yīng)式鋼渣、高爐渣脫硫?qū)儆跐穹摿?，是將鋼渣、高爐渣用水調(diào)制成漿液，與煙氣中SO2反應(yīng)。反應(yīng)分二步進(jìn)行：第一步反應(yīng)是SO2在漿液中的溶解、吸收、氧化，形成SO2水溶液。第二步反應(yīng)是鋼渣、高爐渣與SO2水溶液反應(yīng)。組成鋼渣、高爐渣的物質(zhì)不一樣，其反應(yīng)也不一樣。第一步SO2在水中的溶解反應(yīng)式：

因煙氣中含有過?？諝?，且漿液中有起催化作用的鐵離子、錳離子存在，會發(fā)生氧化反應(yīng)：

第二步反應(yīng)是鋼渣、高爐渣與SO2水溶液反應(yīng)，組成鋼渣、高爐渣的物質(zhì)不一樣，其反應(yīng)也不一樣。1)、鋼渣與SO2水溶液的反應(yīng)以鋼渣中的礦物鎂薔薇輝石和硅酸三鈣為例列出其反應(yīng)式如下：

2)、高爐渣與SO2水溶液的反應(yīng)高爐渣與SO2水溶液的反應(yīng)類似于鋼渣的反應(yīng)，以高爐渣中的礦物鈣鋁黃長石和鈣鎂黃長石為例列出其反應(yīng)式如下：3、鋼渣、高爐渣脫硫的工藝流程

以鋼渣、高爐渣為吸收劑，吸收煙氣中SO2工藝屬于濕法脫硫，包括：(1)、吸收劑制備(2)、SO2吸收(3)、脫硫后煙氣處理(4)、脫硫產(chǎn)物處理：中和、過濾如圖1“爐渣”吸收SO2工藝流程示意圖所示。

二、鋼渣脫硫的工業(yè)實踐

2009年4月應(yīng)唐山國豐鋼鐵公司的要求，安排了轉(zhuǎn)爐鋼渣吸收煙氣中二氧化硫的工業(yè)試驗。1、試驗裝置試驗在由寧波太極環(huán)保設(shè)備有限公司總承包建成的慈溪城市建筑構(gòu)件廠《4T+6T鍋爐煙氣脫硫裝置》上進(jìn)行。主要脫硫設(shè)備：￠1600多相反應(yīng)器(吸收設(shè)備)1臺循環(huán)泵1臺循環(huán)池V=3.5m3（帶攪拌裝置）沉淀池V=3.5m32、工藝流程試驗工藝流程如附圖2所示。鋼渣粉在循環(huán)池內(nèi)加水調(diào)制成含固量約100g/l的吸收劑漿液，通過循環(huán)泵送至吸收塔頂部噴入。來自鍋爐的煙氣經(jīng)引風(fēng)機(jī)從頂部送入多相反應(yīng)器，與循環(huán)吸收液在塔內(nèi)充分接觸，脫硫后凈煙氣從氣流分離器上部出口煙道進(jìn)入煙囪排放。吸收液與煙氣在氣液分離器內(nèi)分離，流回制漿循環(huán)池循環(huán)使用。圖2工業(yè)試驗工藝流程圖3、試驗條件1)、產(chǎn)煙氣鍋爐：4t/h燃煤鍋爐2)、煙氣量：12000m3/h3)、煙氣溫度：脫硫前135℃，脫硫后43℃4)、循環(huán)泵流量：120m3/h5)、試驗用鋼渣：杭州鋼鐵公司轉(zhuǎn)爐渣，其化學(xué)組成如表3。表3杭鋼轉(zhuǎn)爐渣主要化學(xué)成分名稱CaOMgO總FeS鋼渣44.88%9.19%11.86%1.65%4、試驗過程由于工業(yè)試驗使用的4t/h鍋爐為生產(chǎn)用鍋爐，間隙式向生產(chǎn)系統(tǒng)供汽，試驗只能適應(yīng)生產(chǎn)間隙式進(jìn)行。即一次性投入吸收劑轉(zhuǎn)爐鋼渣和調(diào)漿用的清水，調(diào)制含固量為100g/l的漿液，再根據(jù)鍋爐開停時間，分段開停脫硫裝置。試驗從2009.3.12開始，至3.15吸收漿液pH值降為3.5為止。隨鍋爐開停共進(jìn)行34小時試驗。

5、試驗結(jié)果及分析1、鋼渣吸收漿液pH變化情況由不同時刻測定的鋼渣漿液的pH值，繪制成鋼渣漿液的pH值與反應(yīng)時間的關(guān)係圖，如圖2所示。從圖2中可以看出，鋼渣漿液pH值隨反應(yīng)時間的推移而降低，pH值改變分為三個階段：第一階段，反應(yīng)的前6個小時。新鮮的鋼渣漿液的pH值由13降到6.5，在前3個小吋內(nèi)，pH值迅速由13降到7，然后緩慢降至6.5。第二階段，隨后24個小時。SO2繼續(xù)溶于水中，鋼渣漿液pH值下降至6～6.5。第三階段，最后5個小時。SO2繼續(xù)溶于水中，鋼渣漿液pH值下降至4以下。2、主要技術(shù)指標(biāo) 根據(jù)鋼渣吸收SO2后產(chǎn)物濾餅和濾液化學(xué)成分分析數(shù)據(jù)計算主要技術(shù)指標(biāo)。吸收SO2后產(chǎn)物液固比為10.5l/kg，濾餅及濾液主要化學(xué)成分如表4所列。

表4吸收后產(chǎn)物濾餅和濾液主要化學(xué)成分名稱CaOMgO總FeS濾餅29.42%4.95%8.36%11.74%濾液0.6989g/l0.0413g/l/0.5872g/l主要技術(shù)指標(biāo)如表5所列。表5技術(shù)指標(biāo)匯總表序號指標(biāo)名稱單位

數(shù)值

1濾餅產(chǎn)率/1.5832鋼渣單耗

t鋼渣/tSO22.793鋼渣吸收SO2能力tSO2/t鋼渣

0.3584亞硫酸根的氧化率

％

51.355脫硫過程中鋼渣漿液pH值

/6～6.56脫硫煙氣SO2濃度

mg/dNm353～757脫硫率％90.5～93.30三、結(jié)論及問題討論1、鋼渣吸收煙氣中SO2工業(yè)試驗充分證實鋼渣是非常好的SO2吸收劑，完全可以用于煙氣脫硫。脫硫煙氣溫度在43℃時，脫硫煙氣SO2濃度＜75mg/dNm3；在脫硫前煙氣SO2濃度＜1000mg/dNm3的情況下，脫硫率達(dá)93％。

2、鋼渣中吸收二氧化硫的成份不僅僅是游離CaO，其它含CaO、MgO構(gòu)成的礦物其含量遠(yuǎn)高于游離CaO和MgO，才是吸收SO2的主體成分。3、鋼渣脫硫過程中鋼渣漿液最適合的pH值在6.5～6之間，脫硫煙氣SO2濃度最低，脫硫率最高。pH值高于6.5含Ca、Mg的其它礦物不易分解，難與SO2反應(yīng)，脫硫效果并不理想。pH值低于6特別是低于4.5，雖然可能某些難分解的含鈣、鎂礦物被分解，參與脫硫反應(yīng)，提高鋼渣的利用率，但相應(yīng)的氣相中SO2分壓增高，脫硫效果變差。

4、高爐渣的礦物組成與鋼渣不一樣，但都是由是Ca、Mg、Fe、Al、Si等的氧化物構(gòu)成，脫硫性能相似，高爐渣同樣可以用于煙氣脫硫，無需置疑。5、鋼鐵企業(yè)的燒結(jié)煙氣是主要的二氧化硫污染源之一，雖然有其自身特點(煙氣量大、二氧化