1前言

2021年全國重點統計的鋼鐵行業中，鋼鐵行業是我國二氧化硫排放大戶之一。減少二氧化硫排放量是目前鋼鐵行業最緊迫的環保任務之一。鋼鐵行業燒結煙具有煙量大、二氧化硫濃度變化大、溫度變化大、流量變化大、含水量大、不穩定、含氧量高、含多種污染成分等特點，在一定程度上提高了鋼鐵燒結煙二氧化硫的管理難度。

2渣、高渣脫硫原理及工藝流程

目前自己投入運行的燒結煙氣脫硫裝置采用的脫硫工藝主要有循環流化床法、氨一硫鉸鏈法、密封相關塔法、石灰石一石膏法等，但仍存在腐蝕、脫硫副產品綜合利用困難、運行費用高、堵塞等問題。經過多年的研究，成功研發出包括高爐渣、爐渣在內的各種爐渣作為吸收劑的煙氣脫硫技術，自己開始應用于120萬t/a球團回轉窯、230m2燒結機煙氣脫硫，現將該技術介紹。

2.1渣滓、高渣滓的構成

2.1。1煉鋼渣滓的構成

煉鋼渣滓化學成分主要是Ca、Mg、Si、TFe等氧化物，渣滓中各種成分的含量因煉鋼爐型、鋼種、各煉鋼階段而異。國內三家煉鋼廠轉爐渣化學成分如表一列。

由這些金屬和非金屬氧化物(CaO、FeO、SiO2、MgO)等構成的礦物主要包括硅酸二鈣(2CaOSiO2)、硅酸三鈣(3CaOSiO2)、鈣鎂橄欖石、鎂玫瑰輝石(3CaOMGO2SiO2)、鈣鋁黃長石(2CaOAl2O3SiO2)、RU相等。這些礦物的構成取決于渣的化學成分。不同堿度轉動爐渣的礦物構成如表2所列。

表1國內煉鋼廠轉爐鋼渣化學成分%

表2不同堿度轉爐鋼渣的礦物構成%

表2顯示，堿度在2.下降5以上時，轉爐鋼渣的主要礦物為硅酸三鈣(3CaOSiO2)、硅酸二鈣(2CaOSiO2)和RO相。

2.1.2煉鐵高爐渣構成

爐渣和高爐渣化學構成非常相似，都是Ca、Mg、Al、Al、Fe、卡斯特等金屬和非金屬氧化物，但爐渣Fe高Al低，高爐渣Fe低Al高。由于金屬和非金屬氧化物的含量和渣滓條件不同，其構成的礦物也不同。

2.2渣與高渣脫硫反應過程

渣、高渣脫硫屬于濕法脫硫，是將渣、高渣用水調制成漿料，與煙中的SO2反應。

首先是SO2在漿液中溶解、吸收、氧化形成H2SO3水溶液，其次是渣、高渣和H2SO3水溶液的反應，渣、高渣中的有效物質不斷溶解參加反應，最后是亞硫酸鹽氧化生成性質穩定的硫酸鹽。

2.3渣和高渣脫硫的工藝流程

以渣、高渣為吸收劑，吸收煙氣中的SO2工藝屬于濕法脫硫，包括：吸收劑制備、SO2吸收、脫硫后煙氣處理、脫硫產物處理等工藝流程，渣吸收SO2工藝流程如圖1所示。

圖1渣吸煙中SO2工藝流程示意圖

2.3.1吸收劑制備

以渣、高渣為吸收劑吸煙中SO2首先將所選渣拋光至通過-250目篩網的粉狀顆粒占85%以上。

然后用水和返回的過濾液將粉狀爐渣調制成固液比為150條(kg/m3)左右的爐渣漿液，漿液儲存在儲槽中備用。爐渣的研磨干磨、濕磨均可。

2.3.2 SO2吸收

鋼渣、高爐渣漿液送至吸收設備底部循環槽內，再送至吸收區域內，與由風機送來的SO2煙氣在吸收區域內充分接觸，主要完成第一步SO2溶于水中的反應，溶有SO2的漿液落入吸收設備底部的循環槽，與加入的新鮮爐渣漿液混合，在循環槽內完成第二步鋼渣、高爐渣與SO2水溶液的反應。

為了充分利用吸收劑，吸收劑漿液在循環槽和吸收區間反復循環，保證爐渣在SO2水溶液中的反應時間。完成吸收反應的脫硫后，漿液通過溢流口或排出泵從循環槽排出，輸送到脫硫產處理的脫硫后，煙進入后處理裝置。

2.3.3脫硫后煙氣處理

當渣、高渣脫硫時，要求煙氣與吸收劑漿液充分接觸，充分接觸的結果是煙氣夾帶液滴，這些液滴不僅在煙道、煙囪中沉降，煙道、煙囪底部集水，而且這些液滴本身含有固體物質因此，必須去除這些煙帶的液滴。因此，設置除霧器，煙氣通過除霧器去除夾帶的液滴后，從煙囪排出。煙囪中的冷凝水是酸性水，會腐蝕煙囪，因此要求煙囪防腐。

2.3.4脫硫產物處理

中和:殘渣、高殘渣吸收劑漿液吸收SO2，氧化后仍為漿液，漿液為酸性，通常PH為4.下降5~6，含有可溶性硫酸鹽和亞硫酸鹽。為了回收漿液中的水，需要用石灰中和吸收SO2后的漿液。使漿液PH上升到≥7，盡量將可溶性硫酸鹽和亞硫酸鹽轉化為氫氧化物沉淀，過濾去除。

過濾:中和后的漿被送去過濾，通過過過濾器分離固體另行處理，過濾液用于吸收劑的制備。

3工業實踐

2021年5月寧波太極環保設備有限公司與湘潭華菱鋼鐵瑞通球團有限公司簽訂120萬t/年旋轉窯煙脫硫項目，采用華菱鋼鐵自產旋轉爐渣吸收煙中二氧化硫。

3.1吸收裝置

吸收裝置采用寧波太極環保設備有限公司生產的φ7500多個反應器。

3.2工藝流程

來自回轉窯的煙氣經引風機從頂部送入多相反應器，與鋼渣脫硫漿液在塔內霧化接觸，脫硫后煙氣在除霧器內氣液分離，凈煙氣從除霧器上方煙囪排放，鋼渣脫硫漿液流回制漿循環槽循環使用。鋼渣粉加水調制成鋼渣漿液后送入循環槽，與脫硫吸收下來的SO2在循環槽內反應。試驗過程如圖2所示。

圖2工業試驗流程圖

3.3試驗條件

1)球團產能：120萬t/a

2)煙氣量：500000m3/h

3)煙氣溫度：脫硫前135℃，脫硫后43℃

4)循環泵流量：3000m3/h(2臺)

3)煙氣溫度：華菱鋼鐵自產轉渣，其化學組成如表3。

表3杭鋼轉渣主要化學成分

3.4試驗過程

對渣的吸收能力在項目投運初期進行工業試驗，即一次投入調制的含固量為10%的渣漿，測定不同時間段脫硫漿的pH值和脫硫率的變化。

3.5試驗結果及分析

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圖3渣漿的P日值與反應時間的關系圖

從圖3可以看出，渣漿的PH值隨反應時間的推移而下降，PH值的變化分為三個階段:第一階段，反應的前小時。新鮮渣漿的PH值從13降到6.5，前3小時PH值從13降到7，然后慢慢降到6.5。用水調整新鮮的渣漿，渣漿中的游離CaO接觸水消化成Ca(OH)2，此時漿漿的PH值上升，其他礦物不會被水分解。

鋼渣漿與煙中的SO2接觸，SO2與Ca(OH)2和鎂、錳等氧化物反應產生相應的亞硫酸鹽，隨著Ca(OH)2和鎂、錳等氧化物消耗漿的PH值下降，PH下降到7，Ca(OH)2和鎂、錳等氧化物逐漸減少，其他礦物開始分解參與反應。

第二階段，隨后24小時，SO2繼續溶于水中，渣漿PH值下降到6-6.5。鋼渣中硅酸三鈣(3CaOSiO2)、硅酸二鈣(2CaOSiO2)、鈣鎂橄欖石(CaOMgOSiO2)、鈣鎂玫瑰輝石(MnOMgO、CaO)SiO2、鐵鋁酸鈣(2CaOXAl2O3(1-上帝x)、Fe2O3)等礦物分解，礦物分解的CaO、MgO、MnO與SO2溶解在水中得到的酸性溶液中，產生相應的亞硫酸、硫酸鹽。第三階段，最后5小時。

礦物分解和分解的金屬氧化物在酸性溶液中的反應完成后，SO2繼續溶入漿液中，漿液的PH值下降，最后下降到3.下降到5。此時，可以認為在渣中吸收SO2的成分會消失，吸收會平衡。

3.5.2不同漿液PH脫硫后排煙中SO2含量和脫硫率

選擇反應比較穩定的脫硫排煙溫度在43℃左右時，脫硫測定的排煙脫硫前后SO2濃度和相應的排煙PH，計算脫硫率

圖4吸煙S02濃度、脫硫率率與渣漿P日的關系曲線

從圖4可以看出，PH在8-7之間，脫硫氣SO2濃度隨渣漿PH的降低而降低，PH為7時脫硫氣SO2濃度最低。PH在7-4.5之間脫硫煙SO2濃度隨渣漿PH的下降而上升，PH在4.low5之后脫硫煙SO2濃度隨渣漿PH的下降而下降，PH在8-7之間，脫硫率隨渣漿PH的下降而上升。PH為7時脫硫率最高。PH在7-4.5之間，脫硫率隨渣漿PH的下降而下降，PH在4.l5之后，脫硫率隨渣漿PH的下降而上升。

4問題討論

1)鋼渣吸收煙氣中SO2工業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。脫硫煙氣溫度為43℃時，脫硫煙氣SO2濃度<；75mg，/dnm3；脫硫前煙氣S2濃度<；1000mgt/dnm3時，脫硫率達到93%。根據各行業對SO2排放限制值的要求，可適當調節脫硫技術，達到35mg/m3以下。

2)在渣滓中吸收SO2的成分不僅包括CaO，還包括CaO在內的礦物含量遠遠高于CaO和MgO。

3)渣脫硫過程中渣漿液最合適的PH值在6.渣5一6之間，脫硫煙氣SO2濃度最低，脫硫率最高。PH值超過6.5包括Ca，Mg的其他礦物難以分解，與SO2難以反應，脫硫效果不佳。PH值低于6，尤其是低于4.5，有些難以分解的含鈣、鎂礦物可能被分解，參與脫硫反應，提高了渣的利用率，但相應的氣相中SO2分壓增高，脫硫效果變差。

4)高爐渣的礦物構成與爐渣不同，但由Ca、Mg、Fe、Al、Si等氧化物構成，脫硫性能相似，高爐渣也可用于煙霧脫硫。

5)鋼鐵企業的燒結煙氣是主要的SO2污染源之一，雖然有其自身特點，但與其它SO2煙氣無本質區別。煙氣大只不過是增大脫硫裝置而己，不會造成什么困難;SO2濃度和煙氣量變化大，寧波太極環保設備有限公司開發的脫硫技術本身就有適應SO2濃度和煙氣量變化大的特點;鋼渣、高爐渣脫硫技術還需向循環槽鼓入空氣強制氧化，鋼渣、高爐渣脫硫本身是濕法脫硫，煙氣中含水高低沒有任何影響。渣、高渣可用于燒結煙氣脫硫，無技術障礙。

6)任何脫硫技術都必須包括脫硫產的再利用，成為完整的技術。渣、高渣脫硫技術同樣要解決脫硫產物的出路。渣、高渣脫硫產物是一種很好的土壤調理劑，寧波太極環保設備有限公司進行了5個區塊利用渣脫硫產物改良鹽堿地大田試驗，效果十分突出。我國有大面積鹽堿地急需改良，用渣、高渣脫硫產物作土壤調理劑改良鹽堿地前景極為廣闊。

渣、高渣脫硫產物作為土壤調理劑施土，存在重金屬污染土壤的風險。為了避免這種風險，必須適當改善脫硫技術、上游渣滓、高渣滓分類管理和研磨制作，從源頭和過程中將重金屬離子(Cr2+、Pb2+、Zn2+、Cd2+、Cu2+、Ni2+、Co2+等)與土壤烹飪劑的蛋糕分離，避免進入土壤造成的重金屬污染。

7)渣、高渣用于煙氣脫硫，特別是燒結煙氣脫硫，將吸收SO2的脫硫產品作為土壤烹飪劑，改造鹽堿地，實現廢棄、廢棄為寶。不僅可以利用廢棄物、污染物，減少對環境的不良影響，還可以開發出大量可耕地。所有這一切構成了“資源一產品一再生資源”的物質反復循環的過程，在企業、地域和社會不同層面體現了循環經濟的“減量化、再利用、資源化”原則。

5結語

總結介紹了鋼鐵冶金渣脫硫原理、工藝流程和渣用于燃煤鍋爐煙氣脫硫的工業實踐，探討了鋼鐵冶金渣用于燒結煙氣脫硫的技術可行性和脫硫產物作為土壤烹飪劑遇到的問題的解決方法。最后，對鋼鐵冶金渣吸煙中二氧化硫技術的發展前景提出了展望。