CN108411104B - 一种基于低能耗热分解的脱硫灰资源化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于低能耗热分解的脱硫灰资源化方法，将脱硫灰和含铁原料依次通过混料、制粒、干燥、焙烧和冷却，得到含铁酸钙的团块；所述焙烧产生的含二氧化硫烟气用于制酸，该方法充分利用含铁原料与脱硫灰热解产物反应，促进脱硫灰分解，降低脱硫灰的分解温度，同时通过配置烟气循环系统，达到降低热分解能耗的目的，而含铁原料可以转化成富含铁酸钙的优质炼铁或炼钢炉料，释放的高浓度二氧化硫用于制酸，真正实现了脱硫灰资源化利用的目的。

Description

一种基于低能耗热分解的脱硫灰资源化方法
技术领域
本发明涉及一种脱硫灰的处理方法，尤其涉及一种低能耗热分解脱硫灰的方法，具体涉及一种将含铁原料和脱硫灰协同处理，实现脱硫灰低能耗资源化利用的工艺；属于钢铁冶金行业固废处理技术领域。
背景技术
钢铁冶金企业，特别是长流程钢铁联合企业，在生产过程中产生大量的SO2。据报道，我国钢铁工业SO2排放量位居各工业行业第二，仅次于电力。
为达到我国钢铁冶金工业排放标准，各大企业普遍采用烟气脱硫技术,主要有石灰—石膏法、活性炭吸附法、半干法等，因此产生了大量的脱硫灰。
脱硫灰是烟气脱硫技术产生的一种固体废弃物，主要是烟气中的含硫成分和钙基脱硫剂经过反应后，从除尘设备分离得到的脱硫副产物。烟气脱硫灰的化学组成和粉煤灰主体相似，但脱硫灰中含有更多的Ca和S。此外，脱硫灰分解温度高，易凝结硬化，渗透率低，粒度细等特性使得其大多只能以堆放为主，并没有合理的综合利用途径。因此，若能实现脱硫灰中Ca、S的低能耗分级资源化利用，则具有相当现实意义。
脱硫灰中主要成分为CaSO4和CaSO3，在潮湿有氧环境中，CaSO3易被氧化成CaSO4，CaSO4性质稳定，当温度高于1200℃时才开始发生分解反应2CaSO4＝2CaO+2SO2↑+O2↑，需1300～1350℃才可完全分解，而CaSO3的分解温度相对较低，约为650℃。由此可知，若要实现Ca和S的分级利用，其核心在于将CaSO4充分分解。
发明内容
针对现有技术中脱硫灰处理过程中有于热分解温度高而导致能耗高的缺点，本发明的目的是一种将脱硫灰与含铁原料协同处理，通过合理设计干燥、高温焙烧、冷却、烟气循环、烟气制酸等工艺实现低能耗热分解脱硫灰的方法。
为了实现上述技术目的，本发明提供了一种基于低能耗热分解的脱硫灰资源化方法，该方法是将脱硫灰和含铁原料依次通过混料、制粒、干燥、焙烧和冷却，得到含铁酸钙的团块；所述焙烧产生的含二氧化硫烟气用于制酸。
本发明的技术方案将脱硫灰和含铁原料混合焙烧，一方面充分利用含铁原料中的磁铁矿及赤铁矿等成分与CaSO4分解产物CaO反应生成铁酸钙，促进硫酸钙的分解，可以有效降低CaSO4的分解温度，一般来说CaSO4完全分解的温度在1250～1300℃，而通过与含铁原料协同焙烧，温度CaSO4完全分解的温度降低至1100℃左右，达到降低分解能耗的目的，同时反应生成优质的铁酸钙和高浓度的二氧化硫烟气，具有利用价值，产生的含二氧化硫烟气浓度较高，直接用于制酸，而铁酸钙作为冶铁原料使用，真正实现了脱硫灰的资源化利用。
优选的方案，脱硫灰和含铁原料混料比满足：混合料中铁品位不低于30％，混合料中其中为摩尔比值，wCaSO4为脱硫灰中CaSO4的质量百分含量。通过严格控制脱硫灰和含铁原料混料比，可以实现含铁原料中铁的充分转化，获得优质的含铁酸钙焙烧料。
优选的方案，所述脱硫灰包括石灰—石膏法和/或半干法处理含硫烟气后产生的固体废弃物。采用的脱硫灰原料最好是干燥至水分含量＜5％，形貌为松散堆积状。
优选的方案，所述含铁原料包括磁铁矿和赤铁矿中至少一种，和/或钢铁冶金、有色冶金或化工行业产出的含铁渣尘中至少一种。含铁原料最好是经过研磨粉碎至200目以下颗粒含量≥75％。本发明的方法特别适合含铁渣尘的资源化利用。
优选的方案，所述混料通过强力混合机实现。通过强力混合机可以实现脱硫灰和含铁原料的充分混匀，避免粒度偏析和混合不均。混合过程中可以取样分析，确保化学成分无较大波动。强力混合机如立式强力混合机。
优选的方案，干燥、焙烧和冷却通过带式焙烧机实现。
较优选的方案，所述干燥依次包括鼓风干燥段和抽风干燥段；所述鼓风干燥段的温度为100～200℃，鼓风干燥时间为4～6min；所述抽风干燥段的温度为400～600℃，抽风干燥的时间为3～6min。制粒所得团块先鼓风干燥，后抽风干燥，鼓风干燥热源来自冷却III段低温热废气，抽风干燥热源来自冷却II段中温热废气。
较优选的方案，所述焙烧采用持续加热焙烧方式；焙烧温度T＝(1300～1350)-[(100～200)x赤铁矿+(250～350)x磁铁矿]，焙烧时间为15～30min，其中，x赤铁矿和x磁铁矿分别为含铁矿物中赤铁矿和磁铁矿的质量百分含量。
较优选的方案，所述冷却采用空气冷却方式；所述冷却依次包括冷却I段、冷却II段和冷却Ⅲ段，冷却I段产生的废气循环至焙烧段，冷却II段产生的废气循环至抽风干燥段，冷却Ⅲ段产生的废气循环至鼓风干燥段。冷却I段产生的废气为冷却过程中温度最高的高温热烟气，通过烟气循环系统进入焙烧段，冷却II段产生的废气为冷却过程中温度居中的中温热烟气，通过烟气循环系统进入抽风干燥段，控制进入抽风干燥段的烟气温度为400～600℃，冷却III段产生的废气为冷却过程中温度最低的低温热烟气，通过烟气循环系统进入鼓风干燥段，控制进入鼓风干燥段的烟气温度为100～200℃。
优选的方案，通过抽风机抽取焙烧段二氧化硫集中释放区域风箱中的含硫烟气进入制酸系统。富集焙烧段二氧化硫集中释放区域风箱中的含硫烟气，能确保烟气中二氧化硫浓度＞3.5％(体积百分比浓度)，以利后续制酸。
本发明采用的制粒方法为：将混匀料布入圆盘造球机或压块机中进行制粒，控制团块直径为8～16mm。
相对现有技术，本发明的技术方案带来的有益效果：
(1)通过向脱硫灰中配入适宜的含铁原料，使 极大降低了脱硫灰的分解温度，相对脱硫灰的热分解温度降低了100～350℃，大大降低了能耗；如太低，热分解的温度不能有效降低，而太高，则烟气中SO2含量的浓度低，达不到经济制酸的浓度。
(2)同时通过工艺的合理配置，引入烟气循环模式，将冷却段的热废气根据温度特性逐级循环至干燥段，充当热源，进一步降低了能耗，综合实现了脱硫灰的低能耗热分解。
(3)脱硫灰与含铁原料协同焙烧时，CaSO4分解产生的CaO与含铁原料作用生成铁酸钙消耗了CaO，使得CaSO4分解反应的化学平衡右移，从而促进了CaSO4的快速分解，最终获得了富含优质铁酸钙的高强度团块，铁酸钙团块可做炼铁或炼钢炉料；
(4)风机定向抽取焙烧段二氧化硫集中释放区域风箱烟气，有效避免了其他区域风箱烟气混入对二氧化硫烟气的稀释，保证了适宜制酸的二氧化硫烟气浓度；
(5)从脱硫灰的反应特性出发，设计了能有效降低脱硫灰分解温度的适宜体系，并提出了与之配套的工艺实施方式，最终实现了Ca、S的有效利用，达到了脱硫灰资源化利用的目的。
附图说明
【图1】为脱硫灰与含铁原料混合制粒的工艺流程图；
【图2】为脱硫灰热分解工艺流程图；
【图3】为热处理后焙烧固体产物微观结构形貌图；a为脱硫灰配加磁铁矿焙烧产物；b为脱硫灰配加赤铁矿焙烧产物，c为a的焙烧产物能谱，d为b的焙烧产物能谱。
具体实施方式
通过以下实施例进一步说明本发明内容，而不是限制本发明权利要求的保护范围。
实施例1
图1、图2所示，脱硫灰与含铁原料协同低能耗清洁处理工艺依次采用以下步骤：
以处理我国某大型钢铁企业产生的脱硫灰和磁铁矿为例，将该厂脱硫灰、磁铁矿按用量比为17:20进行配料后，铁品位为30％，符合原料成分要求，通过强力混合机将其混匀；
利用圆盘造球机将混匀物料制成粒度为8mm的小球；
通过布料器将小球均匀布至台车上，经鼓风干燥，干燥热风温度100℃，干燥时间6min，气体流速1.5m/s，小球大部分水分被脱除，烟气可直接排放；小球进入抽风，干燥温度400℃，干燥时间6min，气体流速1.8m/s，强化干燥。
干燥小球进入高温焙烧段，焙烧温度T＝1350-250x磁铁矿＝1100℃，焙烧时间15min，同时对焙烧段烟气进行处理，采用布袋除尘收集焙烧段烟气中的烟尘，除尘后入喷淋塔制酸。
焙烧完成后，焙烧产物经冷却Ⅰ段初步冷却，此段产生的高温热废气，用风机抽至焙烧段，作为部分热源。
冷却I段产物经冷却Ⅱ段二次冷却，此段产生的中温热废气，用风机抽至抽风干燥段，并通过外兑冷风控制抽风干燥段的烟罩温度为400℃，作为抽分干燥段热源。
冷却II段产物经冷却ⅡI段再次冷却，此段产生的低温热废气，用风机抽至鼓风干燥段，并通过外兑冷风使鼓风干燥烟罩温度为100℃，作为鼓风干燥段热源。
实施例2
图1、图2所示，脱硫灰与含铁原料协同低能耗清洁处理工艺依次采用以下步骤：
以处理我国某大型钢铁企业产生的脱硫灰和赤铁矿为例，将该厂脱硫灰、赤铁矿按用量比为17:20进行配料后，铁品位为30％，符合原料成分要求，通过强力混合机将其混匀；
利用圆盘造球机将混匀物料制成粒度为16mm的小球；
通过布料器将小球均匀布至台车上，经鼓风干燥，干燥热风温度200℃，干燥时间4min，气体流速2.0m/s，小球大部分水分被脱除，烟气可直接排放；
小球进入抽风干燥段，干燥温度600℃，干燥时间3min，气体流速2.4m/s，强化干燥。
干燥小球进入高温焙烧段，焙烧温度T＝1300-100x赤铁矿＝1200℃，焙烧时间30min，同时对焙烧段烟气进行处理，采用布袋除尘收集焙烧段烟气中的烟尘，除尘后入喷淋塔制酸。
焙烧完成后，焙烧产物经冷却Ⅰ段初步冷却，此段产生的高温热废气，用风机抽至焙烧段，作为部分热源。
冷却I段产物经冷却Ⅱ段二次冷却，此段产生的中温热废气，用风机抽至抽风干燥段，并通过外兑冷风控制抽风干燥段的烟罩温度为600℃，作为抽分干燥段热源。
冷却II段产物经冷却III段再次冷却，此段产生的低温热废气，用风机抽至鼓风干燥段，并通过外兑冷风使鼓风干燥烟罩温度为200℃，作为鼓风干燥段热源。

Claims (4)

1.一种基于低能耗热分解的脱硫灰资源化方法，其特征在于：将脱硫灰和含铁原料依次通过混料、制粒、干燥、焙烧和冷却，得到含铁酸钙的团块；所述焙烧产生的含二氧化硫烟气用于制酸；
所述含铁原料包括磁铁矿和赤铁矿中至少一种，或者，所述含铁原料包括磁铁矿和赤铁矿中至少一种和钢铁冶金、有色冶金或化工行业产出的含铁渣尘中至少一种；
干燥、焙烧和冷却通过带式焙烧机实现；
所述焙烧采用持续加热焙烧方式；焙烧温度，焙烧时间为15~30min，其中，分别为含铁矿物中赤铁矿和磁铁矿的质量百分含量；
所述冷却采用空气冷却方式；所述冷却依次包括冷却I段、冷却II段和冷却Ⅲ段，冷却I段产生的废气循环至焙烧段，冷却II段产生的废气循环至抽风干燥段，冷却Ⅲ段产生的废气循环至鼓风干燥段；
通过抽风机抽取焙烧段二氧化硫集中释放区域风箱中的含硫烟气进入制酸系统；
脱硫灰和含铁原料混料满足：混合料中铁品位不低于30%，混合料中，其中为脱硫灰中CaSO4的质量百分含量。
2.根据权利要求1所述的一种基于低能耗热分解的脱硫灰资源化方法，其特征在于：所述脱硫灰包括石灰—石膏法和/或半干法处理含硫烟气后产生的固体废弃物。
3.根据权利要求1所述的一种基于低能耗热分解的脱硫灰资源化方法，其特征在于：所述混料通过强力混合机实现。
4.根据权利要求1所述的一种基于低能耗热分解的脱硫灰资源化方法，其特征在于：所述干燥依次包括鼓风干燥段和抽风干燥段；所述鼓风干燥段的温度为100~200℃，鼓风干燥时间为4~6min；所述抽风干燥段的温度为400~600℃，抽风干燥的时间为3~6min。
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