湘鋼燒結機煙氣脫硫石膏品質控制關鍵及綜合利用前景

姚超良 王芳（永清環保股份有限公司，湖南 長沙410005）

一、引言

《國民經濟和社會發展第十一個五年規劃綱要》明確提出了“十一五”期間，單位國內生產總值能源消耗降低20%左右，主要污染物排放總量減少10%等約束性指標。2009年全國重點統計的鋼鐵企業SO2排放量為110萬噸，占全國SO2排放總量的4.74%，其中燒結工段SO2排放量約占鋼鐵企業SO2排放量的60%以上。而且目前國內燒結煙氣基本都沒有經過凈化裝置直接外排，因此控制燒結煙氣SO2外排量是目前鋼鐵企業污染控制的重點，也是國家環境保護的重點之一。

燒結機煙氣其煙氣量，煙氣溫度，SO2含量以及其它煙氣成分與燃煤火電廠鍋爐煙氣基本一致，目前應用在燒結機煙氣脫硫工程上的工藝技術基本都是從燃煤火電廠煙氣脫硫技術的基礎上，針對燒結機煙氣特性改進而成的。經眾多工程實例證明，在燃煤火電廠煙氣脫硫工程中廣泛采用的石灰石/石膏濕法煙氣脫硫工藝技術在燒結機煙氣脫硫工程中同樣適用。在經過對多種脫硫工藝廣泛比選的基礎上，湘鋼360m2燒結機煙氣脫硫工程最終采用了石灰石/石膏濕法（空塔噴淋）煙氣脫硫工藝。此種工藝副產物為脫硫石膏（CaSO4·2H2O），因湘鋼地處城市中央，沒有足夠場地填埋或堆放，必需對脫硫石膏進行綜合利用。

二、影響燒結機煙氣脫硫石膏品質的因素

湘鋼燒結機煙氣脫硫石膏是脫硫劑石灰石與煙氣中的SO2反應，然后被強制氧化而生成的石膏晶體。它的主要成分為二水硫酸鈣，主要反應式如下：

在吸收塔漿池部分的過飽和石膏漿液經石膏排出泵輸送至旋流器進行一級固液分離后，進入真空皮帶脫水機，最終得到含水量＜10%的副產物石膏。

在湘鋼360m2燒結機煙氣脫硫工程調試運行過程中發現，副產品脫硫石膏的品質主要決定于以下幾個因素：

1）脫硫吸收劑石灰石品質

實驗研究表明，在煙氣脫硫系統中，石灰石活性主要有2個方面的控制因素：

1）石灰石顆粒的質量比表面積。質量比表面積就越大，其反應速率也就越大，質量比表面積由粒徑決定，一般要求石灰石粒徑大于50μm；

2）石灰石中有效成分CaO含量。一般要求石灰石中CaO含量大于50%。

湘鋼脫硫吸收劑石灰石主要來自于永州東安礦，所供石灰石價廉質優，CaO含量＞53%，折CaCO3含量＞91.38%。采用此種石灰石作為燒結機煙氣脫硫劑，其Ca：S比可以控制在1.025以下。

2）漿池結晶生成物控制方法

湘鋼360m2燒結機煙氣脫硫項目采用的湖南永清環保股份有限公司的專利技術-一種漿池結晶生成物控制方法 （專利號：ZL2009 2 0064042.6），嚴格控制漿池反應pH值、反應時間、氧化空氣量、溫度等參數。該控制方法下所形成的石膏晶體粒徑合適，石膏純度高，既有利于石膏脫水，又能保證石膏品質。

燒結煙氣中雖然粉塵含量較少，但是其粉塵中含Fe2+，Al3+，Zn2+等成分較高，在吸收塔漿池中，這些離子將會形成氟化絡合物，吸附在石灰石顆粒表面，阻止石灰石進一步反應，實驗及計算模型表明，控制漿池pH值在5.5以上能有效避免氟化絡合物對石灰石活性的干擾。同時為了防止塔內結垢的產生，影響石膏晶體的生長，pH值應控制在6.2以下。漿液pH值的控制主要通過控制石灰石漿液加入量來實現。

因燒結煙氣中O2含量高，一般達到10%以上，在SO2被吸收的生成CaSO3過程中，30%以上的CaSO3被燒結煙氣中的O2氧化，燒結煙氣脫硫石膏的氧化效果優于電廠煙氣脫硫石膏。

3）石膏漿液在吸收塔內停留時間

實驗表明，石膏漿液在吸收塔漿池停留時間應控制在4min左右，太長時間會過飽和形成結垢，漿液的密度應控制在1050～1200kg/m3。

4）氧化效果的控制

亞硫酸鈣需被氧化為硫酸鈣才不會再吸收塔漿池部分形成混合結垢，氧化效果的好壞直接影響到脫硫效率與石膏脫水效果。一般采用氧化空氣噴槍的形式，打散氧化空氣與漿液充分接觸。如采用氧化空氣布管的方式，則所供氧化空氣量應增加30%。

5）Cl-和金屬離子平衡

燒結脫硫系統通過外排廢水來維持整個系統的Cl-和金屬離子平衡。Cl-超標對吸收塔內金屬件腐蝕嚴重，重金屬超標會影響石膏結晶，影響脫水效果和脫硫效率。

6）真空皮帶脫水機的運行控制

真空皮帶脫水機運行控制首先要保證一定的真空度，其次要對濾餅充分沖洗，確保濾餅Cl-含量低于100ppm。

表1石膏漿液品質標準參考表

表2湘鋼360m2燒結機煙氣脫硫石膏與天然石膏關鍵成分比較

三、燒結煙氣脫硫石膏品質及綜合利用前景

1、燒結煙氣脫硫石膏品質

因石膏脫水系統在工藝流程和設備選型方面均十分成熟，所以石膏品質控制關鍵在于進入脫水系統的石膏漿液質量的控制。石膏漿液的品質標準參考見表1。

從上表可以看出，燒結廠脫硫石膏漿液品質更優于電廠脫硫石膏漿液品質，這也意味著燒結廠脫硫石膏其綜合利用價值較電廠脫硫石膏更高。上述表明,燒結脫硫石膏的品質相對較高,在綜合利用上受標準限制小,利用的空間更大

湘鋼脫硫石膏與天然石膏關鍵成分比較見表2。

由上表可知，燒結煙氣脫硫石膏品質優于商品天然石膏。且由于脫硫石膏粒徑大部分集中在30～50μm，無需再破碎研磨，綜合利用價值更高。

2、燒結煙氣脫硫石膏綜合利用

燒結煙氣脫硫石膏能用于制作水泥緩凝劑、石膏板、建筑石膏磚、石膏模具、土壤改良劑等。

湘鋼360m2燒結機煙氣脫硫石膏主要銷售給湘潭泰山石膏板廠用于制作紙面石膏板。

四、結語

試驗結果及工程案例表明：大部分天然石膏都能用燒結煙氣脫硫石膏代替使用，且燒結脫硫石膏具有純度高、不需破碎、價格低廉的特點。相信在政府部分的支持下，脫硫石膏將得到更大、更廣的應用。