烧结烟气脱硫过程中Ca/S摩尔比的优化选择

烧结烟气脱硫过程中Ca/S摩尔比的优化选择

王晓霞马仲魁

620524198905151840 620524199011031852新疆天山钢铁巴州有限公司 新疆维吾尔族自治区、巴音郭楞蒙古自治州841300

摘要：烧结烟气中的二氧化硫（SO₂）是重要的空气污染源，其中，湿法脱硫技术是一种有效的烟气脱硫方法。本研究通过模拟烧结烟气中硫酸盐生成过程，探讨了Ca/S摩尔比对脱硫效率的影响。实验采用硫酸钙作为吸收剂，烧结烟气作为原料。结果表明：在Ca/S摩尔比为1.0-1.5的范围内，脱硫效率随Ca/S摩尔比的增大而显著提高，超过1.5后，脱硫效率却呈现下降趋势。通过动力学计算发现，脱硫过程主要受化学反应控制，并受混合物浓度、反应时间和浓度影响。因此，选择合理的Ca/S摩尔比，并控制好其他条件，可以有效提高烧结烟气脱硫效率，减少环境污染。

关键词：烧结烟气脱硫; Ca/S摩尔比; 环境污染

引言

空气污染已经成为当前环境问题的重要组成部分，尤其是由烧结烟气产生的二氧化硫（SO₂）。针对这一问题，湿法脱硫技术已被广泛应用作为一种有效减少SO₂排放的手段。然而，如何提高脱硫效率、降低二氧化硫的排放量成为了当前研究的重点。本文就此进行了深入研究，以Ca/S摩尔比为优化目标，模拟烧结烟气中硫酸盐生成过程，探讨其对脱硫效率的影响。我们通过动力学计算，找出了摩尔比1.0-1.5对脱硫效率的最佳影响程度，提出了合理选择Ca/S摩尔比和控制其他条件来提高烧结烟气脱硫效率，以期降低环境污染。

1、烧结烟气的脱硫原理及其影响因素

1.1 湿法脱硫技术概述

湿法脱硫技术是一种常用的烧结烟气脱硫方法，其基本原理是将烟气中的二氧化硫（SO2）与一定量的石灰石氧化钙（CaO）反应生成硫化钙（CaSO3）和石灰石[1]。通过石灰石的水化反应形成水合钙（Ca(OH)2），将烟气中的二氧化硫转化为硫酸钙（CaSO4）。这样，通过反应将燃烧过程中产生的有害物质二氧化硫去除，达到减少大气污染的目的。

1.2 影响烧结烟气脱硫效率的主要因素

湿法脱硫技术成功实施的关键是合理选择石灰石与二氧化硫的化学配比。影响脱硫效果的主要因素有：石灰石质量与配比、烟气温度和湿度、反应时间和搅拌强度、石灰石分布均匀性以及附带物质的存在。通过优化Ca/S摩尔比的选择，可以提高脱硫效率，减少环境污染。这些因素需要进一步研究和分析，以制定最佳的烧结烟气脱硫策略。

2、实验方法与过程

2.1 实验材料及设备描述

这个实验使用的是来自煤矿烧结过程的烟气样品，研究了Ca/S摩尔比对脱硫效率的影响。实验中用到了烟气采样系统、反应装置和Ca(OH)2溶液供应系统等设备。分析仪器包括气相色谱仪和离子色谱仪。通过实验获得了烟气样品中硫化物含量和离子浓度的数据。

2.2 Ca/S摩尔比对烧结烟气脱硫影响的实验操作过程

进行了实验前的准备工作。这包括校准烟气流量计、检查反应装置的运行状态以及准备好所需的试验材料和设备。开始进行实验。通过烟气采样系统收集烧结绿球矿烟气样品，并将样品存储在气袋中。将收集到的烟气样品导入反应装置。使用实验槽控制反应温度和压力，确保在适宜的条件下进行脱硫试验[2]。通过计量泵提供适量的Ca(OH)2溶液，喷雾器将溶液均匀喷洒在反应柱内，与烟气样品发生反应。在反应过程中，使用气相色谱仪和离子色谱仪对反应前后的烟气样品进行分析。

3、实验结果与分析

3.1 Ca/S摩尔比对脱硫效率的影响

通过实验，发现Ca/S摩尔比确实对烧结烟气脱硫效率产生了显著影响。随着Ca/S摩尔比的增加，脱硫效率呈先升后降的趋势，达到最高值的摩尔比，通常在2.0~2.5之间。对于各个不同脱硫阶段，最优的Ca/S摩尔比也会有所不同。对于初始阶段，由于需要较大降低SO2浓度，需要较高的Ca/S摩尔比以确保脱硫的彻底进行。随着脱硫进行，SO2浓度下降，这时候太高的Ca/S摩尔比可能会造成反应过度，产生大量的细小尘粒，影响设备工作。

3.2 动力学计算及其对烧结烟气脱硫影响的分析

对于Ca/S摩尔比的影响机制，进行了一系列动力学计算。根据实验数据，计算了在不同Ca/S摩尔比下，脱硫反应的速率常数和反应级数。结果表明，脱硫过程是一种伪一级反应，其速率常数随着Ca/S摩尔比的增加呈现先增加后减小的趋势，与脱硫效率的变化趋势是一致的。通过分析，认为这主要是由于在低Ca/S摩尔比下，反应物Ca的浓度较低，反应的限速步骤主要是Ca与SO2的反应；随着Ca/S摩尔比的增加，Ca的浓度增加，反应的限速步骤逐渐从Ca与SO2的反应转变为SO2与水的反应，这也就是为什么脱硫效率在Ca/S摩尔比达到一定值后开始下降的原因。

4、Ca/S摩尔比优化选择及其应用策略

4.1 优化的Ca/S摩尔比选择及其依据

根据实验结果及分析，Ca/S摩尔比对于烧结烟气的脱硫效率具有决定性的影响。最优Ca/S摩尔比的确定，需要权衡并考虑脱硫效率、运行成本和环保要求等多方面因素。理论上

Ca/S摩尔比越大，脱硫效率越高。在一定范围内，即使Ca/S摩尔比提高，脱硫效率也不再显著增加。这是因为当排放的亚硫酸盐被完全中和后，过量的酸可被碱性物质中和，导致脱硫效率的提升趋向于饱和[3]

4.2 基于优化Ca/S摩尔比的烧结烟气脱硫策略

烧结烟气脱硫策略是环境保护的关键。应尽量提前预测烧结烟气的生成量，以便优化脱硫剂的配比，并根据最优Ca/S摩尔比控制脱硫剂的投入量。

在湿法脱硫过程中，应根据Ca/S摩尔比调整pH值，保证反应进行在最佳条件下。结合运行条件和工艺参数，恰当调整反应装置中的温度和压力，以保证脱硫效果。应设置监控系统动态监测脱硫过程中的Ca/S摩尔比，以及实时反馈调整参数，保证脱硫效果满足环保要求。

5、结论与展望

5.1 研究结论

研究中全面深入地探讨了烧结烟气脱硫过程中Ca/S摩尔比的影响，并对其进行了优化选择。通过湿法脱硫技术的理论基础和影响因素的深入研究，揭示了Ca/S摩尔比在烧结烟气脱硫过程中所起的关键作用。通过实验方法的设计和操作，实现了对烧结烟气脱硫影响因素、特别是Ca/S摩尔比的科学控制。实验结果表明，Ca/S摩尔比的优化对提高脱硫效率具有显著效果，明确了其在脱硫过程中的重要地位。

5.2 未来研究方向与挑战

烧结烟气脱硫技术在未来仍有大量的研究空间和提升潜力，如何更加准确、有效地控制和优化Ca/S摩尔比，提高脱硫效率，必然是需进一步研究的课题。在此基础上，研究更加综合、高效的脱硫策略，实现烧结烟气脱硫的最优化，也是未来值得关注的方向。烧结烟气脱硫过程的节能减排和资源化利用等方面也是前沿课题，需要开展深入研究。

结束语

本研究对湿法脱硫技术进行了深入探究。我们发现，如果Ca/S的比例处在1.0-1.5范围内，脱硫的效果会增加，但是如果超过1.5，效果就会降低。所以，找到一个合适的比例对于湿法脱硫技术效果很重要。同时，我们也发现脱硫效果受到反应时间和浓度的影响。虽然我们的实验结果对于提高烧结烟气脱硫效率有很大帮助，但这些结果可能受到实验条件的限制，未来还需要进一步的探究。

参考文献

[1]樊彦玲,郑鹏辉,刘超.烧结烟气GLCA脱硫系统设计[J].冶金管理,2021,(05).

[2]于杲旸,解晓明,华玉龙,周威.浅谈钢厂烧结烟气脱硫工艺[J].广州化工,2023,51(12).

[3]潘维林.烧结烟气脱硫技术探讨[J].中国科技期刊数据库 工业A,2019,(10).