鎂法脫硫技術(shù)在榮程鋼鐵公司的應(yīng)用

孫祥超朱哲商平

（1天津科技大學(xué)海洋科學(xué)與工程學(xué)院 天津 300457 2天津榮程聯(lián)合鋼鐵集團(tuán)有限公司 天津 300352）

潔凈的空氣是人類和生物賴以生存的重要環(huán)境,人和生物需要呼吸潔凈的空氣來維持生命。但隨著工業(yè)的迅速發(fā)展,大量的SO2產(chǎn)生。受SO2污染的空氣不但會(huì)造成氣候或氣象的反?，F(xiàn)象,而且會(huì)對(duì)動(dòng)植物的生長和生存造成危害,甚至危及生命。

近年來，京津冀地區(qū)的霧霾現(xiàn)象已成為人們眼中不可忽視的環(huán)境問題，PM2.5也成為眾所周知的詞匯和主要污染物。而PM2.5主要是由SO2等氣體在空氣中反應(yīng)而成。2012年，天津地區(qū)空氣質(zhì)量僅有46天為一級(jí)優(yōu)水平，其余259天為二級(jí)良好水平，50天達(dá)到三級(jí)輕微污染水平，10天達(dá)到三級(jí)輕度污染水平，還有1天達(dá)到五級(jí)重污染水平，在全國47個(gè)重點(diǎn)城市中環(huán)境空氣質(zhì)量僅排名第42。

SO2的來源主要是工業(yè)廢氣，尤其是鋼鐵行業(yè)SO2的排放。2010年全國鋼鐵工業(yè)的SO2排放量為102.69萬t，其中燒結(jié)工藝所產(chǎn)生的SO2排放量約占年排放量的40%～60%。因此，鋼鐵行業(yè)SO2的總量減排，不僅保障了《國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十二個(gè)五年規(guī)劃綱要》所提出的全國SO2排放總量目標(biāo)能夠順利完成，也是改善城市和區(qū)域大氣環(huán)境質(zhì)量的關(guān)鍵[1]。

控制SO2排放的方法主要是對(duì)燒結(jié)機(jī)燃燒后的煙氣進(jìn)行處理。目前，應(yīng)用最廣泛的方法是石灰石-石膏脫硫技術(shù)。除此之外，還有氧化鎂法，氨-硫酸銨法，活性焦法，海水脫硫等工藝。榮程鋼鐵公司采用了綠色環(huán)保的氧化鎂法脫硫工藝，不僅達(dá)到了節(jié)能減排的要求，更解決了副產(chǎn)品的回收利用問題，既環(huán)保又經(jīng)濟(jì)。

1 公司簡(jiǎn)介

天津榮程聯(lián)合鋼鐵集團(tuán)有限公司（簡(jiǎn)稱榮鋼）是一家以鋼鐵為主業(yè)，涉足國際貿(mào)易、園林綠化、礦業(yè)投拓、煤化工、綜合利用等多領(lǐng)域的民營企業(yè)。榮鋼樹立和落實(shí)以人為本，全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)的科學(xué)發(fā)展觀，堅(jiān)持走新型工業(yè)化道路，著力建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型企業(yè)，走“優(yōu)、特、精、?！卑l(fā)展之路。2012年，榮程集團(tuán)與國內(nèi)鋼廠和大專院校開展科研合作，對(duì)天津榮程的綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展進(jìn)行了全面科學(xué)的規(guī)劃，該規(guī)劃將以智慧榮程為理念，通過高度整合現(xiàn)有裝備，科學(xué)配置，合理優(yōu)化，最大限度的推動(dòng)節(jié)能、綠色、環(huán)保、和諧，實(shí)現(xiàn)企業(yè)與城市共生的目標(biāo)。2014年1月，榮程集團(tuán)265m2燒結(jié)機(jī)引進(jìn)了先進(jìn)的鎂法脫硫設(shè)備。

2 工藝原理

氧化鎂脫硫法，就是利用堿金屬元素鎂的氧化物、氫氧化物作為SO2的吸收劑進(jìn)行凈化處理的工藝[2]。氧化鎂的脫硫機(jī)理與氧化鈣相似，是堿性氧化物先與水反應(yīng)生成氫氧化物，再與SO2溶于水生成的亞硫酸溶液進(jìn)行酸堿中和反應(yīng)，生成亞硫酸鎂和硫酸鎂，亞硫酸鎂氧化后生成硫酸鎂[3]。

反應(yīng)方程式如下：

氧化鎂漿液制漿過程的反應(yīng)：

煙氣脫硫過程的反應(yīng)：

3 工藝流程

圖1 榮鋼燒結(jié)機(jī)鎂法脫硫工藝

3.1 漿液制備系統(tǒng)

榮鋼采用的脫硫劑為純度≥85%的氧化鎂粉。氧化鎂粉在粉倉經(jīng)破袋處理后落入下方的制漿地坑，在地坑中與該廠的工藝水?dāng)嚢杌旌?，熟化后形成氫氧化鎂漿液，再由輸送泵輸送到氫氧化鎂儲(chǔ)蓄罐中備用。根據(jù)脫硫過程的實(shí)際運(yùn)行狀況，漿液通過輸送泵到達(dá)脫硫塔底部的漿液池。

3.2 吸收塔

該廠吸收塔采用先進(jìn)可靠的空塔噴淋結(jié)構(gòu)。煙氣從燒結(jié)機(jī)引風(fēng)機(jī)引出，再由煙氣增壓風(fēng)機(jī)升壓后從脫硫塔底部進(jìn)入塔內(nèi),自下而上流動(dòng),塔底漿液池內(nèi)的氫氧化鎂漿液則由漿液循環(huán)泵輸送至脫硫塔的頂部,自上而下流動(dòng),二者形成逆流,發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，洗滌SO2等有害氣體[4]。

氫氧化鎂漿液制備系統(tǒng)制成的脫硫劑通過漿液泵送入吸收塔，與循環(huán)漿液一起進(jìn)入噴淋層。漿液在噴淋嘴的作用下形成細(xì)的霧狀液滴，在塔內(nèi)與煙氣進(jìn)行充分的氣一液接觸。液滴在下降過程中吸收SO2，表面趨于飽和時(shí)停止吸收。

被吸收的SO2與脫硫劑在懸浮過程中反應(yīng)生成亞硫酸鎂，在漿液攪拌器的作用下，亞硫酸鎂漿液在氧化風(fēng)機(jī)的作用下氧化形成硫酸鎂溶液。

凈化后的煙氣由吸收塔上方排出。吸收塔頂部設(shè)有除霧器，目的是防止?jié){液中的水滴被凈化后的煙氣帶出吸收塔,以保證排出的煙氣含水量在75mg/Nm3以下。

3.3 副產(chǎn)物處理系統(tǒng)

漿液池底部的硫酸鎂密度>1280g/ml時(shí)，將被排出至板框壓濾機(jī)，經(jīng)壓濾后的固體直接落入地坑，之后摻入燒結(jié)原料使用；經(jīng)過壓濾機(jī)后的硫酸鎂清液進(jìn)入三效蒸發(fā)結(jié)晶裝置，經(jīng)蒸發(fā)、結(jié)晶、離心等工藝，最終形成七水硫酸鎂，干燥包裝后送入副產(chǎn)品庫。

4 脫硫裝置運(yùn)行情況

榮鋼265m2燒結(jié)機(jī)煙氣脫硫裝置,經(jīng)過3個(gè)月的試運(yùn)行結(jié)果見圖1-3。

圖1 1月份煙氣排放進(jìn)出口SO2濃度

圖2 2月份煙氣排放進(jìn)出口SO2濃度

圖3 3月份煙氣排放進(jìn)出口SO2濃度

從圖1-3中可以看出使用鎂法脫硫后SO2的濃度顯著降低，盡管煙氣中SO2濃度受燒結(jié)本身工藝特點(diǎn)和燒結(jié)機(jī)停產(chǎn)檢修等因素影響波動(dòng)較大,200-1600 mg/Nm3。但是,經(jīng)過脫硫裝置處理后,出口的排放值較平穩(wěn)，基本保持在50mg/Nm3以下。注：同步運(yùn)行率不包括設(shè)備檢修時(shí)的數(shù)據(jù)

表1 榮程鋼鐵公司265m2燒結(jié)機(jī)鎂法脫硫設(shè)備運(yùn)行情況

表1為榮程鋼鐵公司265m2燒結(jié)機(jī)鎂法脫硫設(shè)備實(shí)際運(yùn)行三個(gè)月的數(shù)據(jù)。該設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，脫硫效率高，外排氣體二氧化硫含量遠(yuǎn)小于國家標(biāo)準(zhǔn)值200 mg/Nm3（GB28662-2012）。

5 鎂法脫硫的優(yōu)點(diǎn)

表2 氧化鎂法與鈣法脫硫的比較

表2是鎂法與鈣法之間從技術(shù)、投資、運(yùn)營等方面的比較。從經(jīng)濟(jì)投資方面看，如果二者均采用委托運(yùn)方式。按照5年為周期，

其鎂法5年投入3500萬元+4.88元/t-燒結(jié)礦x262.35萬t-燒結(jié)礦/年x5年=9901.34萬元；鈣法5年投入2765萬元+7.85元/t-燒結(jié)礦*262.35萬t-燒結(jié)礦/年*5年=13062.24萬元；二者之間相差3610.9萬元，年成本相差632.18萬元。綜上所述如采用委托運(yùn)行方式，綜合考慮,鎂法更有優(yōu)勢(shì)。

6 鎂法脫硫的應(yīng)用前景

現(xiàn)今應(yīng)用最廣泛的石灰石-石膏法脫硫工藝并不完全符合我國國情。雖然該工藝的脫硫劑廉價(jià)易得，但是副產(chǎn)物石膏在我國的銷路并不樂觀，因此多被拋棄，既造成二次污染又有損經(jīng)濟(jì)效益。而鎂法脫硫工藝在國內(nèi)經(jīng)過了9年的應(yīng)用[5]，建造和運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性以及脫硫副產(chǎn)物資源化的可行性已獲得了廣泛認(rèn)同。其副產(chǎn)物七水硫酸鎂在工業(yè)上可用于制革、炸藥、造紙、瓷器、礦物質(zhì)水添加劑以及醫(yī)療上的口服瀉藥等，食品方面可用作食品強(qiáng)化劑，農(nóng)業(yè)方面可用來做肥料。因此,鎂法脫硫有望取代石灰石-石膏法脫硫工藝，成為今后煙氣脫硫的主流工藝。

[1]徐艷玲,楊金田,蔣春來.我國鋼鐵行業(yè)SO2總量減排對(duì)策研究[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展,2013,(2):30-34.

[2]韓雙,宋寶華,陸詩詣,韓穎杰,王衛(wèi)星,Zuyao Yang.鎂法煙氣脫硫技術(shù)在燃煤電廠的應(yīng)用[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè),2008,(6):56-59.

[3]姚洪猛,崔愛臻.鎂法煙氣脫硫技術(shù)的應(yīng)用[J].山東電力技術(shù),2007,(2):56-62.

[4]沈志剛.基于產(chǎn)物資源化的濕式鎂法煙氣脫硫技術(shù)研究[D].上海:華東理工大學(xué),2012.

[5]鄭春玲.氧化鎂法煙氣脫硫技術(shù)在鋼鐵行業(yè)的應(yīng)用與發(fā)展[J].南方金屬,2011(184):48-51.