钢厂铁矿粉烧结过程中，不可避免地产生大量灰尘和有害气体(主要是SO2)，成为钢铁冶金工业中造成大气污染最严重的环节之一。据统计，烧结厂粉尘排放量约占整个钢厂总排尘量的30%左右。由于生产使用的各种原料(铁粉矿、燃料、熔剂)都含有硫分，在烧结或焙烧过程中，物料的绝大部分硫被燃烧，生成SO2。钢厂的SO2主要是从烧结厂排出的。每生产1t烧结产生20-40kg粉尘，排出含SO2的烟气3600- 4300m3，SO2浓度一般为300-2000mg/m3。
一、 烧结来自电除尘器的烟气参数
烧结烟气参数见表1
二、 湿式脱硫原理
湿式脱硫有多种方法。所谓湿式石灰石-石膏法：就是利用石灰石(CaCO3)的浆液做吸收剂，吸收烟气中的二氧化硫的方法。反应过程分两步进行，第一步是吸收二氧化硫生成亚硫酸钙的吸收过程，第二步是使亚硫酸钙氧化生成石膏(CaSO4.2H2O)的氧化过程。
2.1 化学反应
首先进行的是如下所示的吸收反应：
CaCO3+2H2O—CaSO3.1/2H2O+CO2+H2O
由于烟气中含有氧，所以在吸收塔内接着进行如下的氧化反应：
CaSO3.1/2H2O+1/2O2+3/2H2O—CaSO4.2H2O
2.2 吸收过程机理
用石灰石浆液吸收二氧化硫的过程实际上很复杂，反应历程如图1所示，与以下步骤有关：
(1)二氧化硫气体 向液体表面的气膜扩散，并穿过气膜。
(2)二氧化硫在水中溶解。
(3)二氧化硫水合后生成H2SO3。
(4)H2SO3扩散，通过液滴表面的液膜进入液滴内部。
(5)在液滴内部H2SO3解离成H和HSO，有一部分H2SO3与OH反应生成HSO和H2O。
(6)HSO解离后成H和SO。
(7)CaO水合后生成Ca(OH)2
(8)Ca(OH)2或CaCO3在固体表面液膜内溶解。
(9)Ca(OH)2或CaCO3与反应得到Ca2。
(10)Ca与SO反应生成CaSO3沉淀，SO氧化生成SO，Ca与SO反应生成CaSO4。
三、影响吸收过程的因素
影响反应进行的因素一般有以下几点：
3.1 吸收液的PH值
吸收液的PH值对脱硫效果的影响极大，而且对各反应步骤的反应速度与PH值的关系见图2.其中(1)-(4)与图中的历程相对应。(1)是气膜内物质移动速度;(2)是液膜内物质移动速度;(3)是H及SO生成速度;(4)是石灰石溶解速度(石灰石粒径为50um、浓度5%)。由此可见，当烟气中的SO2浓度为2860mg/m3时，(3)和(4)交点处PH值为5.5。当吸收液的PH值小5.5于时，总反应速度受(3)即H2SO3的离解速度所控制，当PH>5.5时，石灰石粉未的溶解速度则起主要控制作用。
随着吸收反应的进行，在CaCO3颗粒表面生成CaSO3。如表2所示，PH值升高，CaSO3的熔解度明显下降，造成CaSO3在CaCO3表面沉淀，形成一层外壳，使得CaCO3颗粒纯化，抑制化学反应的进行，同时将引起结垢和堵塞故障。
从整个Ca-SO2-SO3-H2O体系吸收液与SO2平衡分压的关系来看(见图3)，PH值降低，SO2的平衡分压增大。例如PH=5时，PSO2为287mg/m3;而PH=5.8时，PSO2为28.7mg/m3。所以，若要获得较高的脱硫效率，顺用较高的PH值吸收液。操作中控制吸收液PH值为6左右，而吸收塔出口处则要求PH值高于6。
3.2 石灰石的类型及粒度
石灰石的类型和粒度直接影响其溶解速度。白垩比普通的石灰石易粉碎，可以提高脱硫效率，减少石灰石的消耗量。减少石灰石粒度，可以加快其溶解速度，同时增大与SO2的接触面积，有利于脱硫。一般石灰石粒度取50-70um。
表2 PH值对CaSO3.1/2 H2O和CaSO4.2 H2O溶解度的影响(50度)
3.3 温度
降低烟气温度，SO2的平衡分压随之降低，有助于提高脱硫效率，但温度过低则影响H2SO3与CaCO3或Ca(OH)2之间瓣反应速度，使反应设备增大。因此，一般控制反应温度即烟气温度为50-60度。温度与净化SO2效率关系见图4。
3.4 液气比(L/V)
液气比除对吸收推动力存在影响外，对吸收设备的持液量也有影响。增大液气比对吸收有利，如图5所示。当PH=7，液气比(L/V)值为15时，脱硫率接近100%。
3.5 CaSO3的氧化
将吸收塔内循环使用的吸收液的一部分送入氧化塔内氧化。在这一部分吸收液中除了含有CaSO3、CaSO4以外，还含有少量未反应的CaCO3。为了使之全部转变成石膏。一般吸收液送入氧化塔时的PH值控制在3.0-4.5。
氧化塔内 的CaSO3的氧化速率有如下关系式：
0.8VLa（S/C）
Gu=-----------
PLL
式中Gu—被吸收的O2量，g/-(h.m2);
VL—液体流速，m3/(m3.h);
a—t/50，其中t为溶液的平均温度;
S/C—硫与“有效碱”的摩尔比;
PL——溶液密度，kg/m3;
uL—溶液粘度，Pa.S。
另外，若溶液中Mn2或Fe催化剂存在，也可以加速氧化过程的进行。
四、工艺流程及设备选择
4.1 湿式石灰石—石膏法脱硫工艺流程
工艺流程见图6。约90-150度的烟气经冷却器洗涤冷却，大部分粉尘被除去，温度降至50-60度，然后被导入吸收塔。在吸收塔内与灰浆液接触，烟气中二氧化硫反应生成亚硫酸钙等而从气体中除去。经除雾器排气除雾后经烟囱排放。从吸收塔导出的含有亚硫酸钙的吸收液大部分循环使用，其中小部分调节PH值且送入氧化塔内氧化。吸收液中的亚硫酸钙与送入氧化塔的微小空气泡充分接触，氧化成石膏，然后连 同残液一起送到过滤机分离，得到副产品石膏。剩余滤液大部分返回吸收塔。为了防止不纯物质在吸收中蓄集，小部分被排入排水系统，待处理之后排放。
石灰石湿式洗涤法的主要缺点是装置容易积垢堵塞。造成积垢堵塞的固体沉积，主要以三种方式出现：因溶液或料浆中的水分蒸发而使固体 沉积;Ca(OH)2或CaCO3沉积或结晶析出;CaSO3或CaSO4从溶液中结晶析出，石膏“晶种”沉积在设备表面并生长，形成结垢堵塞。为防止固体沉积，特别是防止CaSO4的结垢，除使吸收器应满足持液量大、气液相同相对速度高、有较大的气液接触表面积、内部构件少、压力降小等条件外，还可以采用控制吸收液过饱和和使用添加剂等方法。
4.2 主要工艺技术参数
主要工艺技术参数如下：
处理烟气量 90-*104Nm3/h
烟气温度(主排烟风机出口) 90-120度
瞬时高温(主排烟风机出口) 150度
SO2入口尝试 <1500mg/Nm3
SO2出口浓度 <100mg/Nm3
脱硫率 >90%
粉尘入口浓度 <100mg/Nm3
除尘排放浓度 <30mg/Nm3
钙硫比 <1.03
脱硫剂 石灰石粉(CaSO3含量>90%)
脱硫剂粒度 90%通过250目
副产物石膏品位 纯度>90%(含水率<10%)
4.3
(1)增压风机。为克服脱硫装置增加压力，置冷却器之前，补偿脱硫装置的压力损失，型式多为静压可调轴流风机。
(2)冷却器。冷却器的作用--是降低排烟温度，以提高吸收塔的脱硫效率;二是除去影响石膏质量的粉尘、氟(F)、氯(CI)等物质。冷却水可使用一般工业用水，也可以使用与吸收系统相同的吸收液。冷却器的形式为二级冷却。冷却器的除尘性能与操作时液气比(L/G有关。冷却塔腐蚀、磨损较严重，因而设计时采取加衬里等措施。
(3)吸收塔。吸收塔是脱硫关键，吸收塔的型式与吸收液的性状和系统的流量有关，各厂商都有各自的特点。
(4)石膏脱水机。型式为真空式过滤器，能力1.5t/h,过滤面积2m2，共2套。
随着环保要求的不断提高，我国烧结厂废气治理技术通过实验研究、生产实践和学习国外先进技术。在不断改进原料条件、生产工艺使废气原始污染物减少的同时，除尘脱硫技术装备水平和效果也在逐步实施，烧结厂脱硫技术的实践，必将推动钢铁企业脱硫技术的进展。(作者：张殿印 王永忠)
