10.21 鋼渣在包鋼鍊鐵廠燒結機脫硫系統的應用研究

鋼渣在包鋼鍊鐵廠燒結機脫硫系統的應用研究

張惠儒，趙瑋

(內蒙古包鋼鋼聯股份有限公司鍊鐵廠，內蒙古包頭 014010)

摘要：包鋼鍊鐵廠對燒結一部3#燒結機脫硫系統進行“鋼渣”替代石灰石脫硫劑的實驗改造，對其脫硫性能及其在燒結煙氣脫硫系統中的穩定性進行考察；通過實驗改造找到運行調節過程中脫硫效率與製漿槽密度、循環槽密度、pH值，排漿密度等相關參數之間的最佳關係。

關鍵詞：鋼渣；脫硫劑；穩定性

鋼渣是冶金生產中產生的工業廢料，其中含有CaO等成分，遇水後呈強鹼性，可以脫除煙氣中的SO2等氣體，是一種很好的脫硫劑。包鋼鍊鐵廠燒結一部3#燒結機煙氣脫硫系統採用石灰石-石膏法溼法噴淋工藝，所用原料為石灰石粉，“鋼渣”替代石灰石脫硫劑的實驗改造可以實現以廢治廢，提高脫硫效率的目標。鋼渣主要由鈣、鐵、硅、鎂和少量鋁、錳、磷等的氧化物組成。主要的礦物相為硅酸三鈣(3CaO·SiO2)、硅酸二鈣(2CaO·SiO2)、鈣鎂橄欖石(CaO·MgO·SiO2)、鈣鎂薔薇輝石(3CaO·RO·2SiO2)、鐵鋁酸鈣(2CaO·xAl2O3·(1-x)Fe2O3)以及硅、鎂、鐵、錳、磷的氧化物形成的固溶體，還含有少量遊離氧化鈣以及金屬鐵、氟磷灰石等。有的地區因礦石含鈦和釩，鋼渣中也稍含有這些成分。

1 概況

目前煙氣二氧化硫治理方法很多，按脫硫產物的乾溼形態來分可分為幹法、半乾法和溼法幾大類，其中溼法應用最廣泛。如果按吸收劑物質種類來分，主要有石灰石(石灰)―石膏法、氨法、鈉鹼法、鈉鈣雙鹼法以及金屬氧化物中的氧化鎂法等。如何評價一種脫硫技術或一種脫硫劑的優劣，通常要從環境特性、經濟特性及技術性能指標幾個方面進行評價。其中技術性能包括脫硫率、吸收劑利用率，吸收劑的可獲性和易處理性，脫硫副產物的處置和可利用性[1]。

國內應用最多的是石灰石―石膏法，因我們石灰石資源豐富，且價格低廉。但石灰石―石膏法也存在一些缺陷，隨著石灰石―石膏法脫硫技術的大量使用，一方面消耗了大量石灰石資源，另一方面脫硫產物的利用率很低，造成大量副產物堆積，佔用寶貴的土地資源。因此，從資源循環利用的角度，我們需要開發出利用工業固廢物作為吸收劑的脫硫技術。針對不同生產工藝及排放煙氣的特點，因地制宜選擇合適的脫硫技術，以實現脫硫投入減量化及資源的再利用和再循環[2]。鋼渣法煙氣脫硫技術就是

2 鋼渣試驗脫硫系統

脫硫系統包括煙氣系統、製漿系統、吸收塔系統及脫水系統。

2.1 煙氣系統

包鋼鍊鐵廠三燒265m2燒結機現有脫硫工藝設計為石灰石-石膏法噴淋逆流脫硫工藝。設計入口煙氣流量174萬m3/h，入口煙氣二氧化硫濃度為5000mg/m3，脫硫效率大於95%，出口煙氣二氧化硫濃度控制在120mg/m3左右。

2.2 製漿系統

料倉下部設有電動和手動插板閥，由於下料不暢取消葉輪給料機；製漿全部採用清水；製漿密度1200～1300kg/m3，製漿漿液pH值>9。

2.3 吸收塔系統

脫硫塔規格為Ф11.6m/13m(吸收區直徑/漿池直徑)，總高度為100m，採取煙塔合一佈設方式，其中液位最大高度10m；距塔底1.6m處均布4臺機械式側攪拌器，功率30kW/臺，漿葉Ф1067mm；兩臺氧化風機能力為148.3m3/min，一備一用；塔身設四層噴淋，根據二氧化硫出入口濃度確定開啟層數；約80%回收水返回吸收塔；吸收塔漿液密度控制在1150～1190kg/m3，吸收塔漿液pH值控制為5.2～5.8；排漿密度大於1180kg/m3時，啟動脫水皮帶。

2.4 脫水系統

脫硫副產物平均脫水效率大於85%；約20%脫硫廢水經加入有機硫、複合鐵和助凝劑等藥劑處理，實現調節pH、控制氨氮及懸浮物絮凝等目標，經板框壓濾機排泥最後排入總排。

2.5 脫硫劑要求

脫硫劑為石灰石粉，要求石灰石粉CaCO3含量(質量分數，下同)大於90%(相當於CaO含量50%)，雜質含量小於4%，MgO含量小於2%，石灰石粉粒度小於250目；平均每班消耗脫硫劑約90t。

3 鋼渣實驗過程

鍊鐵廠燒結一部3#燒結機進行了為期一週的“鋼渣”脫硫劑替代石灰石粉進行煙氣脫硫的應用實驗，實驗過程進一步驗證了“鋼渣”脫硫劑具有較高的脫硫效率和進一步控制排放指標的潛力。

3.1 煙氣脫硫情況

鋼渣脫硫試驗期間平均入口煙氣流量為798970.10m3/h，入口SO2濃度均值為3302.44mg/m3，出口SO2濃度均值為91.53mg/m3。試驗期間未發生出口SO2日均值濃度超標現象。

3.2 吸收塔運行參數

第一日下午15：45開始在石灰石粉倉料位剩餘2.62m時開始打入鋼渣粉，16：00整點採集吸收塔pH值為6.81；第二日04：00吸收塔pH值為6；09：00吸收塔pH值為5.62；17：00吸收塔pH值為5.24：截止到22：00，預計鋼渣全部置換完畢。此後，吸收塔pH值呈下行趨勢，見表1。

表1 鋼渣脫硫試驗吸收塔漿液pH值記錄表(每日均值)

第六日開始，吸收塔pH值有所提高，原因是試驗組調整了操作參數，將製漿箱漿液密度由1200～1300kg/m3調整為1100～1150kg/m3，吸收塔漿液密度由1180kg/m3調整為1150～1170kg/m3。通過低密度漿液供漿，增加了供漿次數和延長供漿時間提高吸收塔pH，經調整對吸收塔pH值提高有一定的效果，但未能將吸收塔pH值提高到5.0以上。吸收塔pH與密度值統計見表2。

表2 吸收塔漿液pH值與密度值統計表(每日均值)

3.3 鋼渣脫硫試驗檢測數據

廢水成分測定結果及鋼渣試驗脫硫副產物檢測成分見表3、表4。

表3 廢水中成分測定結果（除特別標註外均為mg/L）

表4 鋼渣試驗脫硫副產物檢測成分（質量分數） %

表5 試驗用鋼渣脫硫劑化學成分 %

3.4存在問題及原因分析

3.4.1 製漿系統

製漿罐漿液中有顆粒物形成，堵塞供漿管道，原因可能是鋼渣下料不均勻導致，在一定的時間內鋼渣未完全水解、反應。實驗結束檢修時打開製漿罐現場勘查發現，製漿罐底部有沉積，厚度約0.5～1.0m。造成製漿罐底部沉積的原因可能是由於鋼渣密度大、易沉積且沉降速度快所導致。原因分析如下：

(1)供漿管道存在堵塞現象，經現場取樣分析，管道堵塞物化學成分和鋼渣基本一致，是未完全水解反應的鋼渣粉，原因可能是由於鋼渣密度大，且成分複雜，在目前的製漿罐攪拌能力狀態下無法形成大量均勻乳狀液；供漿泵入口管線沖洗水管壓力無法滿足鋼渣要求，造成管道及取樣管道堵塞；

(2)製漿罐底部沉積，原因可能是鋼渣脫硫劑的流動性較石灰石好，粉倉下方沒有葉輪給料機和稱重計量設備，而電動插板閥無法有效控制下料量，鋼渣下料不均勻，當鋼渣瞬時下料量大時，進入製漿罐的鋼渣粉還未充分攪拌均勻便形成顆粒物沉積在製漿罐罐底。

3.4.2 吸收塔系統

(1)吸收塔漿液pH值低，待鋼渣漿液完全置換完畢，吸收塔漿液pH值約維持在4.0左右，原因可能是鋼渣漿液中可分解礦物減少，礦物分解速度減慢，SO2繼續溶入漿液中所致。

(2)試驗完畢，吸收塔排完漿液後開塔清理塔底沉積物，塔底沉積物厚度分佈不均約1.5～2.0m，沉積物下部(少量)顏色為灰白色，由石灰石漿液沉積形成，上部為黑色，由鋼渣漿液和未完全反應的鋼渣顆粒組成，北側循環泵入口處最高約3m左右。

造成上述現象原因分析：吸收塔底部形成沉積由於鋼渣脫硫劑易沉積且沉降速度快的特點，同時塔底加裝的壓力氣體擾流管擾流效果不明顯。

3.4.3 脫水系統

(1)脫水系統滿負荷運行，在排漿密度控制為大於1180g/m3時，啟動脫水皮帶，脫硫副產物脫水率基本可達到外運要求。

(2)第三日晚23：00脫水皮帶濾布出現撕口，停脫水皮帶，往事故漿液箱排漿，然後通過罐車將廢液拉至冶金渣公司渣山。事故漿液箱攪拌系統一直處於損壞狀態，漿液無法攪拌導致漿液罐底部形成沉積物。

造成上述現象原因分析：脫水皮帶濾布出現撕口、褶皺，一方面由於鋼渣比重大，脫水皮帶運轉過程中，真空過濾機負荷大所致；另一方面皮帶脫水機能力不足，長時間超負荷運行使得濾布本身已接近使用壽命，試驗前未更換。

3.4.4廢水處理系統

(1)由於回收水pH值低僅在4.0左右，將回收水打入吸收塔，驅使漿液pH值持續走低；

(2)現有脫硫廢水系統的設計能力為10m3/h，處理能力較小，經局部改造後，處理能力達到20m3/h，但鋼渣替代石灰石後，外排水量預計達到25～30m3/h，廢水處理能力嚴重不足，無法處理實際廢水的排放要求。

4 試驗結果

(1)鋼渣脫硫劑替代石灰石後，鋼渣的消耗量與石灰石基本相當；

(2)燒結一部3#脫硫系統相應現有的脫硫劑供漿泵、石膏排出泵等僅能滿足4600mg/m3的SO2入口濃度的要求。即：在入口煙氣SO2濃度4600mg/m3的情況下，需脫硫劑9.27t/h，要求供漿泵最小流量46.5m3/h；生成石膏15.5t/h；

(3)皮帶脫水機能力偏小，目前皮帶機出力為18.5t/h；石膏排出要求最小流量110m3/h。

(4)氧化風機所需最小流量：216m3/min。現有氧化風機能力為148.3m3/min，一備一用，實際為兩臺氧化風機同時使用才能滿足要求。

5 結束語

鋼渣用於煙氣脫硫特別是燒結煙氣脫硫，進而把吸收SO2後的脫硫產物作為土壤調理劑，用於改造鹽鹼地，真正實現“以廢治廢，變廢為寶”。不僅利用了廢棄物、汙染物，減少了對環境的不良影響，而且還可以開發出大量可耕土地。所有這一切構成了“資源-產品-再生資源”的物質反應循環流動的過程，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。

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