鎂法脫硫技術在榮程鋼鐵公司的應用

孫祥超朱哲商平

（1天津科技大學海洋科學與工程學院 天津 300457 2天津榮程聯合鋼鐵集團有限公司 天津 300352）

潔凈的空氣是人類和生物賴以生存的重要環境,人和生物需要呼吸潔凈的空氣來維持生命。但隨著工業的迅速發展,大量的SO2產生。受SO2污染的空氣不但會造成氣候或氣象的反常現象,而且會對動植物的生長和生存造成危害,甚至危及生命。

近年來，京津冀地區的霧霾現象已成為人們眼中不可忽視的環境問題，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而成。2012年，天津地區空氣質量僅有46天為一級優水平，其余259天為二級良好水平，50天達到三級輕微污染水平，10天達到三級輕度污染水平，還有1天達到五級重污染水平，在全國47個重點城市中環境空氣質量僅排名第42。

SO2的來源主要是工業廢氣，尤其是鋼鐵行業SO2的排放。2010年全國鋼鐵工業的SO2排放量為102.69萬t，其中燒結工藝所產生的SO2排放量約占年排放量的40%～60%。因此，鋼鐵行業SO2的總量減排，不僅保障了《國民經濟和社會發展第十二個五年規劃綱要》所提出的全國SO2排放總量目標能夠順利完成，也是改善城市和區域大氣環境質量的關鍵[1]。

控制SO2排放的方法主要是對燒結機燃燒后的煙氣進行處理。目前，應用最廣泛的方法是石灰石-石膏脫硫技術。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保的氧化鎂法脫硫工藝，不僅達到了節能減排的要求，更解決了副產品的回收利用問題，既環保又經濟。

1 公司簡介

天津榮程聯合鋼鐵集團有限公司（簡稱榮鋼）是一家以鋼鐵為主業，涉足國際貿易、園林綠化、礦業投拓、煤化工、綜合利用等多領域的民營企業。榮鋼樹立和落實以人為本，全面、協調、可持續的科學發展觀，堅持走新型工業化道路，著力建設資源節約型和環境友好型企業，走“優、特、精、專”發展之路。2012年，榮程集團與國內鋼廠和大專院校開展科研合作，對天津榮程的綠色轉型發展進行了全面科學的規劃，該規劃將以智慧榮程為理念，通過高度整合現有裝備，科學配置，合理優化，最大限度的推動節能、綠色、環保、和諧，實現企業與城市共生的目標。2014年1月，榮程集團265m2燒結機引進了先進的鎂法脫硫設備。

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的吸收劑進行凈化處理的工藝[2]。氧化鎂的脫硫機理與氧化鈣相似，是堿性氧化物先與水反應生成氫氧化物，再與SO2溶于水生成的亞硫酸溶液進行酸堿中和反應，生成亞硫酸鎂和硫酸鎂，亞硫酸鎂氧化后生成硫酸鎂[3]。

反應方程式如下：

氧化鎂漿液制漿過程的反應：

煙氣脫硫過程的反應：

3 工藝流程

圖1 榮鋼燒結機鎂法脫硫工藝

3.1 漿液制備系統

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攪拌混合，熟化后形成氫氧化鎂漿液，再由輸送泵輸送到氫氧化鎂儲蓄罐中備用。根據脫硫過程的實際運行狀況，漿液通過輸送泵到達脫硫塔底部的漿液池。

3.2 吸收塔

該廠吸收塔采用先進可靠的空塔噴淋結構。煙氣從燒結機引風機引出，再由煙氣增壓風機升壓后從脫硫塔底部進入塔內,自下而上流動,塔底漿液池內的氫氧化鎂漿液則由漿液循環泵輸送至脫硫塔的頂部,自上而下流動,二者形成逆流,發生化學反應，洗滌SO2等有害氣體[4]。

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

被吸收的SO2與脫硫劑在懸浮過程中反應生成亞硫酸鎂，在漿液攪拌器的作用下，亞硫酸鎂漿液在氧化風機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。吸收塔頂部設有除霧器，目的是防止漿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 副產物處理系統

漿液池底部的硫酸鎂密度>1280g/ml時，將被排出至板框壓濾機，經壓濾后的固體直接落入地坑，之后摻入燒結原料使用；經過壓濾機后的硫酸鎂清液進入三效蒸發結晶裝置，經蒸發、結晶、離心等工藝，最終形成七水硫酸鎂，干燥包裝后送入副產品庫。

4 脫硫裝置運行情況

榮鋼265m2燒結機煙氣脫硫裝置,經過3個月的試運行結果見圖1-3。

圖1 1月份煙氣排放進出口SO2濃度

圖2 2月份煙氣排放進出口SO2濃度

圖3 3月份煙氣排放進出口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濃度受燒結本身工藝特點和燒結機停產檢修等因素影響波動較大,200-1600 mg/Nm3。但是,經過脫硫裝置處理后,出口的排放值較平穩，基本保持在50mg/Nm3以下。注：同步運行率不包括設備檢修時的數據

表1 榮程鋼鐵公司265m2燒結機鎂法脫硫設備運行情況

表1為榮程鋼鐵公司265m2燒結機鎂法脫硫設備實際運行三個月的數據。該設備運行穩定，脫硫效率高，外排氣體二氧化硫含量遠小于國家標準值200 mg/Nm3（GB28662-2012）。

5 鎂法脫硫的優點

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、投資、運營等方面的比較。從經濟投資方面看，如果二者均采用委托運方式。按照5年為周期，

其鎂法5年投入3500萬元+4.88元/t-燒結礦x262.35萬t-燒結礦/年x5年=9901.34萬元；鈣法5年投入2765萬元+7.85元/t-燒結礦*262.35萬t-燒結礦/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行方式，綜合考慮,鎂法更有優勢。

6 鎂法脫硫的應用前景

現今應用最廣泛的石灰石-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易得，但是副產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濟效益。而鎂法脫硫工藝在國內經過了9年的應用[5]，建造和運行的經濟性以及脫硫副產物資源化的可行性已獲得了廣泛認同。其副產物七水硫酸鎂在工業上可用于制革、炸藥、造紙、瓷器、礦物質水添加劑以及醫療上的口服瀉藥等，食品方面可用作食品強化劑，農業方面可用來做肥料。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SO2總量減排對策研究[J].環境與可持續發展,2013,(2):30-34.

[2]韓雙,宋寶華,陸詩詣,韓穎杰,王衛星,Zuyao Yang.鎂法煙氣脫硫技術在燃煤電廠的應用[J].中國環保產業,2008,(6):56-59.

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

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

[5]鄭春玲.氧化鎂法煙氣脫硫技術在鋼鐵行業的應用與發展[J].南方金屬,2011(184):48-51.