烧结烟气脱硫石膏质量控制及副产物的综合利用

摘要：烧结烟气脱硫技术，是我国钢铁工业二氧化硫治理的重要技术。本文首先对烧结烟气的特性及脱硫石膏的生成进行阐述，并分析影响烧结烟气脱硫石膏质量的因素，最后对烧结烟气脱硫石膏的质量控制及副产石膏和脱硫灰的综合利用展开探究，为烧结烟气脱硫技术在我国的发展和应用提供资料参考。

关键词：烧结烟气脱硫石膏；质量控制；综合利用

化石能源在燃烧时会释放大量的二氧化硫，由于社会和经济发展对化石能源的依赖，二氧化硫已成为对环境影响最大的大气污染物。钢铁行业是我国二氧化硫排放大户，二氧化硫排放控制一直受到国内环保产业的高度重视。

一、烧结烟气特性及脱硫石膏的生成

钢铁行业是高能耗产业，其二氧化硫排放量約占全国工业总排放量的4.5%。钢铁企业高炉炼铁主要原料为烧结矿，烧结矿主要原料为铁矿石，在生产烧结矿过程中，铁矿石中含硫杂质生成SO2并以烧结机头烟气形式排入大气环境，烧结是钢铁企业产生二氧化硫废气的主要途径。为了实现对钢铁企业二氧化硫排放量的有效控制，必须对烧结机产生的二氧化硫进行末端脱硫处理。

烧结原料组成十分复杂，其二氧化硫减排不能照搬煤电企业脱硫机制，烧结烟气脱硫工艺较多，目前，我国钢铁企业使用较多的脱硫工艺主要为石灰石-石膏法、循环流化床干法、氨-硫铵法，三种脱硫工艺的副产物分别为石膏、脱硫灰和硫酸铵。石灰石-石膏法工艺原理是将含有二氧化硫的烧结烟气引入气喷旋冲脱硫吸收塔，通过塔内喷气装置使烟气以很高的流速冲入浆液池中，气液发生强烈的掺混、破碎、旋冲，两相高效传质，完成SO2被吸收的化学反应和烟尘被洗涤的物理过程，净化后的烟气除水雾后从烟囱排入大气。

SO2与石灰石浆液接触，生成亚硫酸钙，并与烟气中的氧及由氧化风机鼓入的氧反应，生成硫酸钙，再通过固液脱水分离转化为固体状石膏，在上述工艺过程中如何控制副产品石膏质量并实现其综合利用，成为我国钢铁企业重点研究和实践的课题。灰石-石膏法化学反应方程式如下：

CaCO3+ SO2+ H2O→CaSO3·1/2 H2O+ 1/2 H2O+CO2

CaSO3·1/2 H2O+1/2O2+3/2 H2O→CaSO4·2H2O

二、烧结烟气脱硫石膏质量的影响因素

烧结烟气脱硫中石膏综合利用的关键是保证其质量，影响石膏质量的因素包括石灰石品质、浆液PH、浆液的过饱和度、外排废水量、脱水系统运行状况、强制氧化方式等。

烧结烟气脱硫过程中石灰石是二氧化硫吸收剂，为了提升石灰石对二氧化硫的吸收效率，须保证石灰石纯度大于90%，钙硫比≤1.03。浆液PH的大小，直接影响石灰石对二氧化硫的吸收效率，为了提高系统的可靠性和脱硫效率，浆液PH可控制在4.5～6.0之间，浆液过饱和度应控制在110%～130%。强制氧化过程需提供充足的氧气，以确保亚硫酸钙的彻底氧化并保证石膏质量。外排废水可实现对塔内设备的保护并保证石膏结晶效率，因而要控制好外排废水量，确保塔内石膏浆的浓度符合生产要求。生产过程中还要保证脱水系统的正常运行，降低石膏的含水量。

三、烧结烟气脱硫石膏质量的控制措施

1、烧结烟气脱硫工艺的优化设计

实现对烧结烟气脱硫石膏质量的控制，首先应根据铁矿石及煤炭等原料的含硫率详细计算烧结烟气中二氧化硫产生量，并依据此产生量对吸收塔、烟气冷却器、烟气入塔方式、强制氧化方案、增压风机系统、系统防腐方案等进行严格计算和论证，保证所选工艺设备参数符合脱硫及环保要求；其次要对影响烧结烟气脱硫效率和石膏质量的因素进行控制，确保石灰石品质、浆液PH、浆液过饱和度、强制氧化方式、外排废水量、脱水系统参数等符合生产工艺要求。在做好上述相关设计后，还要对脱硫工艺的综合投资成本和效益进行评估，保证脱硫工艺即符合石膏质量及环保要求，又符合工业生产的经济性原则。

2、运行控制

烧结矿生产中由于铁矿石品质的差异，会给烟气组分和烟气排放量带来很大影响，因此在实际生产中，要在满足烟气脱硫效率的基础上对作为副产品的石膏质量进行动态控制，保证各项参数符合生产要求。由于烧结烟气中含有酸性腐蚀组分，为了保证烟气脱硫设备的工作效率和使用寿命，需对设备和仪表进行定期检查校验，使整个生产系统处于最佳工作状态。

3、应急处理

在日常运行过程中， 应建立一套完整的脱硫岛启停、运行和应急处理方案。如 p H值异常下降，可能是吸收塔内富集了过量飞灰、镁、氯、氟等杂质影响石灰石溶解，此时，需置换部分塔内浆液，加大排浆流量，待 p H值明显上升时，再供应石灰石浆液；浆液浓度计失灵，可能是探头堵塞、管路不通或浓度计位置不当所致。

四、烧结烟气脱硫石膏和脱硫灰的综合利用

烧结烟气脱硫由于生产方式不同，会生成脱硫石膏和脱硫灰两种固态产物，对这两种产物综合利用可帮助企业挖掘经济价值和利润。

1、脱硫石膏的综合利用

脱硫石膏是湿法烧结烟气脱硫工艺的主要产物，脱硫石膏可用于制造磨具、腻子以及水泥缓蚀剂，还可作为土壤改良剂帮助农业实现增产增收。

2、脱硫灰的综合利用

脱硫灰是干法脱硫工艺中的主要产物，它包含飞灰及消石灰反应后产生的各种钙基化合物，主要成分为CaSO4·1/2H2O、CaSO3·1/2H2O、未完全反应的吸收剂Ca（OH）2，随着干法、半干法脱硫技术在我国的推广应用，脱硫灰的综合利用逐渐受到人们的重视，并开发出许多有效的利用手段，促进了烟气脱硫技术的发展和应用。

2.1 蒸压制砖

在脱硫灰中加入二氧化硅等物质，能够有效提升脱硫灰的力学性能，通过蒸压生产建筑行业需要的脱硫灰砖，提升企业的经济效益。

2.2 制备硫铝酸盐

脱硫灰中富含大量的硫分，利用化学方法可将脱硫灰改性得到硫铝酸盐用于制造水泥。

2.3 用作水泥混合材料

脱硫灰可用于水泥的混合材料，由于脱硫灰中三氧化硫含量较高，要综合考虑脱硫灰的添加量，使水泥质量符合国家要求。

2.4 用作填充材料

脱硫灰单位密度低、剪切力好，能够替代传统的填充料用于低洼地和矿坑，以脱硫灰为填充料具有更强的抗腐蚀和抵御洪水的能力。

2.5 用于改良土壤

脱硫灰能够用于提高土壤的PH值，可将酸性土壤改良为适合农业生产的优质土壤。

2.6 用作水泥缓蚀剂

以硫酸钙为主要组分的脱硫灰对水泥有缓释作用，经过一定的加工可用做水泥的缓蚀剂。

综上所述，烧结烟气脱硫技术作为我国工业二氧化硫治理的重要措施，能够帮助企业实现对有害气体的治理，降低二氧化硫排放量，同时，通过对生产过程中脱硫石膏和脱硫灰的质量控制和综合利用，还能够挖掘烧结烟气副产物的经济价值，提高企业的经济效益。因此，加强烧结烟气脱硫石膏和脱硫灰质量控制及综合利用的研究，对我国工业发展和环境保护具有重要意义。

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