镁法脱硫技术在荣程钢铁公司的应用

孙祥超朱哲商平

（1天津科技大学海洋科学与工程学院 天津 300457 2天津荣程联合钢铁集团有限公司 天津 300352）

洁净的空气是人类和生物赖以生存的重要环境,人和生物需要呼吸洁净的空气来维持生命。但随着工业的迅速发展,大量的SO2产生。受SO2污染的空气不但会造成气候或气象的反常现象,而且会对动植物的生长和生存造成危害,甚至危及生命。

近年来，京津冀地区的雾霾现象已成为人们眼中不可忽视的环境问题，PM2.5也成为众所周知的词汇和主要污染物。而PM2.5主要是由SO2等气体在空气中反应而成。2012年，天津地区空气质量仅有46天为一级优水平，其余259天为二级良好水平，50天达到三级轻微污染水平，10天达到三级轻度污染水平，还有1天达到五级重污染水平，在全国47个重点城市中环境空气质量仅排名第42。

SO2的来源主要是工业废气，尤其是钢铁行业SO2的排放。2010年全国钢铁工业的SO2排放量为102.69万t，其中烧结工艺所产生的SO2排放量约占年排放量的40%～60%。因此，钢铁行业SO2的总量减排，不仅保障了《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》所提出的全国SO2排放总量目标能够顺利完成，也是改善城市和区域大气环境质量的关键[1]。

控制SO2排放的方法主要是对烧结机燃烧后的烟气进行处理。目前，应用最广泛的方法是石灰石-石膏脱硫技术。除此之外，还有氧化镁法，氨-硫酸铵法，活性焦法，海水脱硫等工艺。荣程钢铁公司采用了绿色环保的氧化镁法脱硫工艺，不仅达到了节能减排的要求，更解决了副产品的回收利用问题，既环保又经济。

1 公司简介

天津荣程联合钢铁集团有限公司（简称荣钢）是一家以钢铁为主业，涉足国际贸易、园林绿化、矿业投拓、煤化工、综合利用等多领域的民营企业。荣钢树立和落实以人为本，全面、协调、可持续的科学发展观，坚持走新型工业化道路，着力建设资源节约型和环境友好型企业，走“优、特、精、专”发展之路。2012年，荣程集团与国内钢厂和大专院校开展科研合作，对天津荣程的绿色转型发展进行了全面科学的规划，该规划将以智慧荣程为理念，通过高度整合现有装备，科学配置，合理优化，最大限度的推动节能、绿色、环保、和谐，实现企业与城市共生的目标。2014年1月，荣程集团265m2烧结机引进了先进的镁法脱硫设备。

2 工艺原理

氧化镁脱硫法，就是利用碱金属元素镁的氧化物、氢氧化物作为SO2的吸收剂进行净化处理的工艺[2]。氧化镁的脱硫机理与氧化钙相似，是碱性氧化物先与水反应生成氢氧化物，再与SO2溶于水生成的亚硫酸溶液进行酸碱中和反应，生成亚硫酸镁和硫酸镁，亚硫酸镁氧化后生成硫酸镁[3]。

反应方程式如下：

氧化镁浆液制浆过程的反应：

烟气脱硫过程的反应：

3 工艺流程

图1 荣钢烧结机镁法脱硫工艺

3.1 浆液制备系统

荣钢采用的脱硫剂为纯度≥85%的氧化镁粉。氧化镁粉在粉仓经破袋处理后落入下方的制浆地坑，在地坑中与该厂的工艺水搅拌混合，熟化后形成氢氧化镁浆液，再由输送泵输送到氢氧化镁储蓄罐中备用。根据脱硫过程的实际运行状况，浆液通过输送泵到达脱硫塔底部的浆液池。

3.2 吸收塔

该厂吸收塔采用先进可靠的空塔喷淋结构。烟气从烧结机引风机引出，再由烟气增压风机升压后从脱硫塔底部进入塔内,自下而上流动,塔底浆液池内的氢氧化镁浆液则由浆液循环泵输送至脱硫塔的顶部,自上而下流动,二者形成逆流,发生化学反应，洗涤SO2等有害气体[4]。

氢氧化镁浆液制备系统制成的脱硫剂通过浆液泵送入吸收塔，与循环浆液一起进入喷淋层。浆液在喷淋嘴的作用下形成细的雾状液滴，在塔内与烟气进行充分的气一液接触。液滴在下降过程中吸收SO2，表面趋于饱和时停止吸收。

被吸收的SO2与脱硫剂在悬浮过程中反应生成亚硫酸镁，在浆液搅拌器的作用下，亚硫酸镁浆液在氧化风机的作用下氧化形成硫酸镁溶液。

净化后的烟气由吸收塔上方排出。吸收塔顶部设有除雾器，目的是防止浆液中的水滴被净化后的烟气带出吸收塔,以保证排出的烟气含水量在75mg/Nm3以下。

3.3 副产物处理系统

浆液池底部的硫酸镁密度>1280g/ml时，将被排出至板框压滤机，经压滤后的固体直接落入地坑，之后掺入烧结原料使用；经过压滤机后的硫酸镁清液进入三效蒸发结晶装置，经蒸发、结晶、离心等工艺，最终形成七水硫酸镁，干燥包装后送入副产品库。

4 脱硫装置运行情况

荣钢265m2烧结机烟气脱硫装置,经过3个月的试运行结果见图1-3。

图1 1月份烟气排放进出口SO2浓度

图2 2月份烟气排放进出口SO2浓度

图3 3月份烟气排放进出口SO2浓度

从图1-3中可以看出使用镁法脱硫后SO2的浓度显著降低，尽管烟气中SO2浓度受烧结本身工艺特点和烧结机停产检修等因素影响波动较大,200-1600 mg/Nm3。但是,经过脱硫装置处理后,出口的排放值较平稳，基本保持在50mg/Nm3以下。注：同步运行率不包括设备检修时的数据

表1 荣程钢铁公司265m2烧结机镁法脱硫设备运行情况

表1为荣程钢铁公司265m2烧结机镁法脱硫设备实际运行三个月的数据。该设备运行稳定，脱硫效率高，外排气体二氧化硫含量远小于国家标准值200 mg/Nm3（GB28662-2012）。

5 镁法脱硫的优点

表2 氧化镁法与钙法脱硫的比较

表2是镁法与钙法之间从技术、投资、运营等方面的比较。从经济投资方面看，如果二者均采用委托运方式。按照5年为周期，

其镁法5年投入3500万元+4.88元/t-烧结矿x262.35万t-烧结矿/年x5年=9901.34万元；钙法5年投入2765万元+7.85元/t-烧结矿*262.35万t-烧结矿/年*5年=13062.24万元；二者之间相差3610.9万元，年成本相差632.18万元。综上所述如采用委托运行方式，综合考虑,镁法更有优势。

6 镁法脱硫的应用前景

现今应用最广泛的石灰石-石膏法脱硫工艺并不完全符合我国国情。虽然该工艺的脱硫剂廉价易得，但是副产物石膏在我国的销路并不乐观，因此多被抛弃，既造成二次污染又有损经济效益。而镁法脱硫工艺在国内经过了9年的应用[5]，建造和运行的经济性以及脱硫副产物资源化的可行性已获得了广泛认同。其副产物七水硫酸镁在工业上可用于制革、炸药、造纸、瓷器、矿物质水添加剂以及医疗上的口服泻药等，食品方面可用作食品强化剂，农业方面可用来做肥料。因此,镁法脱硫有望取代石灰石-石膏法脱硫工艺，成为今后烟气脱硫的主流工艺。

[1]徐艳玲,杨金田,蒋春来.我国钢铁行业SO2总量减排对策研究[J].环境与可持续发展,2013,(2):30-34.

[2]韩双,宋宝华,陆诗诣,韩颖杰,王卫星,Zuyao Yang.镁法烟气脱硫技术在燃煤电厂的应用[J].中国环保产业,2008,(6):56-59.

[3]姚洪猛,崔爱臻.镁法烟气脱硫技术的应用[J].山东电力技术,2007,(2):56-62.

[4]沈志刚.基于产物资源化的湿式镁法烟气脱硫技术研究[D].上海:华东理工大学,2012.

[5]郑春玲.氧化镁法烟气脱硫技术在钢铁行业的应用与发展[J].南方金属,2011(184):48-51.