焦炉烟气钢渣湿法联合脱硫脱硝试验研究(2)

钢渣缓冲pH试验：利用电位滴定仪的连续滴定模式，将27%的H2SO4溶液匀速(滴定速度0.181 6 mL/min)滴入连续搅拌的15%钢渣浆液中，滴定过程中记录滴定体积和钢渣浆液pH值。在不同pH值条件下，取样过滤，固相干燥后(105 ℃)测试其组成(XRF)和矿相结构(XRD)，液相通过ICP-OES测试其中离子含量。

2 结果与讨论

2.1 原料分析

钢渣是比石灰石更廉价的吸收剂，转炉钢渣来自首钢迁安钢铁有限责任公司，主要化学成分见表1，矿相结构如图2所示。钢渣中主要的化学成分有CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、P2O5、f-CaO，有时还会有V2O5、TiO2等，成分变化较大。主要的矿相结构为Ca(OH)2、MgO、CaCO3、2CaO·SiO2(C2S)、3CaO·SiO2(C3S)、RO phase((MgO)0.841(MnO)0.159)以及铁的氧化物和硅酸盐等。按照YB/T 140规定对原料钢渣中的f-CaO含量进行测定，原料钢渣中f-CaO含量为4.34%。预处理搅拌过程中f-CaO等碱性物质溶解，为吸收系统提供碱性环境，进而促进NOx和SO2的吸收。同时，由于SO2是酸性气体，碱性环境有利于其吸收，本文取吸收反应3 h为反应终点，吸收环境仍为碱性，因此在本试验过程中，SO2脱除率无明显变化。

表1 原料钢渣成分的XRF分析(以氧化物计)Table 1 Composition of raw steelmaking slag analyzed by XRF(in oxide)原料钢渣成分CaOSiO2Fe2O3Al2O3MgOSO3MnOOthers含量/%

图2 原料钢渣的XRD衍射谱Fig.2 XRD patterns of raw steelmaking slag

2.2 浆液温度对脱除率的影响

温度是影响气液吸收反应关键因素之一，在钢渣浓度8%、烟气流量为400 mL/min、初始NO浓度1 000 mg/m3、SO2浓度500 mg/m3、浆液温度在30～70 ℃时，脱硫脱硝效率变化如图3所示。脱硝效率随温度升高而降低，这是因为反应(2)的反应活化能Ea=-7.1 kJ/mol[18]，温度升高会降低化学反应速率，导致生成的NO2浓度降低，从而使脱硝效率下降。SO2在水中具有较大的溶解度，30～70 ℃的SO2溶解度变化相对较小，气液传质不是控制步骤，因此温度对SO2脱除率影响较小。

图3 反应温度对脱除率的影响Fig.3 Effect of reaction temperature on desulphurization and denitrification efficiencies

2.3 浆液浓度对脱除率的影响

在反应温度30 ℃、钢渣粒度小于75 μm、烟气流量为400 mL/min、氧气体积分数5%、初始NO浓度1 000 mg/m3、SO2质量浓度500 mg/m3、钢渣浓度分别为0、4%、8%、12%的条件下，考察浆液浓度对脱硫脱硝效率的影响，如图4所示。可以看出，随着浆液浓度增加，脱硝效率随之提高，其原因是初始浆液pH值会随浆液浓度的增加而提高(表2)，浆液pH值决定了NO在浆液中的吸收反应环境，pH值越大，反应速度越快，因此脱硝效率越高。但钢渣密度大，浓度过大会增大喷淋、运输难度。综合考虑，选择浆液浓度8%为最佳运行条件。

图4 钢渣浆液浓度对脱除率的影响Fig.4 Effect of steelmaking slag slurry concentration on desulphurization and denitrification efficiencies

表2 不同浓度钢渣浆液pH值Table 2 pH value of steelmaking slag slurry with different concentration钢渣浆液浓度/%04812浆液pH值

2.4 烟气流量对脱除率的影响

由于本文钢渣浆液体积保持不变，因而改变烟气流量即改变了气液接触时间。在反应温度30 ℃、钢渣浓度8%、钢渣粒度小于75 μm、O2体积分数5%、初始NO质量浓度1 000 mg/m3、SO2质量浓度500 mg/m3、烟气流量分别为200、400、600、800 mL/min的条件下，烟气流量对脱除率的影响如图5所示。可知，随着烟气流量增加，脱硝率下降较迅速，脱硫率基本不受影响。随烟气流量增大，停留时间减少，不利于气体和液体充分接触。SO2的溶解度(25 ℃、100 kPa条件下，100 g水溶解8.96 g)远高于NO(25 ℃、100 kPa条件下，100 g水溶解0.005 7 g)[19]，SO2在极短的接触时间即可溶于浆液。因此，随着烟气流量增大，脱硫率基本不受影响，而脱硝率下降迅速。综合考虑脱硫脱硝效率和运行费用，烟气流量的最优条件选择400 mL/min。

图5 烟气流量对脱除率的影响Fig.5 Effect of gas flow on desulphurization and denitrification efficiencies

2.5 初始SO2浓度对脱除率的影响

在反应温度30 ℃、钢渣粒度小于75 μm、烟气流量为400 mL/min、氧气浓度5%、初始NO浓度1 000 mg/m3、钢渣浓度为8%、初始SO2浓度分别为0、200、500、700、900 mg/m3的条件下，SO2浓度对脱除率的影响如图6所示。可知，不添加SO2时，NO脱除率仅为20%左右，随着SO2浓度升高，NO脱除率提高。由于在溶液中可与NO反应生成络合物[20]，同时NO的氧化产物NO2可与溶液中的和反应而被吸收[21-22]，气相中SO2浓度越高，SO2的传质推动力越大，生成的和离子浓度越多，反应速率越快，提高了脱硝率。

文章来源：《湿法冶金》 网址: http://www.sfyjzz.cn/qikandaodu/2021/0118/384.html