烧结烟气半干法脱硫微细颗粒物特征分析

doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2018-1236

摘要/Abstract

摘要：

通过激光粒度分析仪（LPSA）对烧结烟气微细颗粒物进行粒度分析，获得烧结过程烟气排放的主要微细颗粒物粒径范围及分布特性。运用扫描电镜-能谱分析仪（SEM-EDS）、X射线衍射仪（XRD）对半干法脱硫前后烧结烟气中的微细颗粒物形貌、元素组成和物相成分进行分析对比。结果发现：脱硫前后的烧结粉尘颗粒特性存在较大差异。在粒径分布上，脱硫前后粒径范围分别为0.816～60.988μm和0.259～407.850μm，脱硫后中位粒径向小粒径偏移；在颗粒形貌上，大烟道中以不光滑球形和不规则颗粒为主，脱硫后以板块状和片状颗粒为主。在元素和物相组成上，大烟道中颗粒中主要元素为Fe、K、Cl，Fe元素以Fe₂O₃为主，K元素主要以KCl存在，并能观察到明显的立方体KCl颗粒；脱硫后，受脱硫剂影响，颗粒物中主要元素为Ca、O、S，主要以Ca(OH)₂、CaSO₃和CaSO₄为主，同时还含有一定量的石英、氧化镁及一些不定形玻璃相。

关键词: 烧结烟气, 微细颗粒物, 粒径分布, 颗粒形貌, 化学组分

Abstract:

Fine particles of sintering flue gas were analyzed by a laser particle size analyzer (LPSA). The particle size range and distribution characteristics of the main fine particles discharged from the sintering process were obtained. The morphology，elemental composition and phase composition of fine particles in the sintering flue gas before and after semi-dry desulfurization were analyzed and compared using X-ray diffractometer (XRD) and scanning electron microscopy equipped with energy dispersion spectrum (SEM-EDS). The results showed that there are large differences in the characteristics of the sintering dust particles before and after desulfurization. In terms of particle size distribution，the particle size range before and after desulfurization was 0.816μm to 60.988μm and 0.259μm to 407.850μm，respectively. After desulfurization，the particle size shifted to a small particle size. In the particle morphology，the main flue is mainly composed of irregular spherical particles and irregular particles. After desulphurization，plate-like and flake-like particles are the main components. On the composition of elements and phases, the main elements in the large flue are Fe， K， Cl. Fe is mainly Fe₂O₃， K is mainly in KCl， and obvious cubic KCl particles can be observed. After desulfurization，the main elements in the particulates are Ca， O，and S， mainly Ca(OH)₂，CaSO₃，and CaSO₄，and also contain a certain amount of quartz，magnesia，and some amorphous glass phases.

Key words: sintering flue gas, fine particles, particle size distribution, particle morphology, chemical composition

中图分类号:

X701

李海英, 张春奇, 张宇擎, 刘东, 王锦. 烧结烟气半干法脱硫微细颗粒物特征分析[J]. 化工进展, 2019, 38(04): 2022-2029.

Haiying LI, Chunqi ZHANG, Yuqing ZHANG, Dong LIU, Jin WANG. Characteristic analysis of fine particles in semi-dry desulfurization of sintering flue gas[J]. Chemical Industry and Engineering Progress, 2019, 38(04): 2022-2029.

图/表 15

图1 烧结机烟气流动过程及取样点布置

表1 烧结矿原料理论成分

理论成分	质量分数/%	理论成分	质量分数/%
Fe (tot)	56.02	MnO	0.21
SiO₂	5.57	S	0.05
Al₂O₃	2.55	P₂O₅	0.14
CaO	10.01	Cu	0.02
MgO	1.32	Na₂O	0.04
TiO₂	0.63	K₂O	0.17

图2 烧结粉尘颗粒物粒径分布

图3 大烟道颗粒SEM形貌

图4 立方体颗粒SEM-EDS图

图5 大烟道样品扫描电镜能谱分析

表2 大烟道样品不同区域元素质量分数

元素	质量分数/%
元素	区域1	区域2
Zn	—	0.91
Fe	1.58	51.36
Ca	—	—
K	38.34	13.78
Cl	29.56	13.67
S	2.85	1.87
Si	1.9	2.16
Al	2.5	2.8
Mg	—	—
Na	4.68	6.26
O	18.59	7.19

图6 脱硫后颗粒物的SEM形貌

表3 半干法脱硫后样品不同区域元素质量分数

元素	质量分数/%
元素	区域3	区域4
Zn	—	—
Fe	—	—
Ca	37.82	41.1
K	0.41	-
Cl	0.99	1.28
S	5.33	2.49
Si	—	—
Al	—	—
Mg	2.56	3.28
Na	—	—
O	54.56	51.85

图7 脱硫后样品扫描电镜能谱分析

图8 大烟道颗粒物XRD谱

图9 脱硫后XRD

表4 大烟道颗粒物定量分析结果

矿相	化学式	参比强度	积分强度 /cps	质量分数 /%
钾盐（sylvite）	KCl	6.07	59540	78.64
赤铁矿（hematite）	Fe₂O₃	3.04	2051	5.41
磁铁矿（magnetite）	Fe₃O₄	4.90	1757	2.88
石盐（halite）	NaCl	2.53	2952	9.36
氯化钙（calcium chloride）	CaCl₂	4.6	1266	1.50
石英（quartz）	SiO₂	2.11	394	2.21

表5 脱硫后颗粒物定量分析结果

矿相	化学式	参比强度	积分强度 /cps	质量分数/%
氢氧钙石（portlandite）	Ca(OH)₂	1.4	16197	37.36
亚硫酸钙（calcium sulfite hydrate）	CaSO₃·nH₂O	0.68	7067	33.56
方解石（calcite）	CaCO₃	3.25	9065	9.01
方镁石（periclase）	MgO	3.03	2878	3.07
石膏（gypsum）	CaSO₄·2H₂O	1.83	1281	2.26
硬石膏（anhydrite）	CaSO₄	2.3	1287	1.81
半水硫酸钙（calcium sulfate hydrate）	CaSO₄·0.5H₂O	1.04	1287	4.20
石灰（lime）	CaO	2.54	325	0.41
硅酸三钙（calcium silicate oxide）	Ca₃SiO₅	0.85	2190	8.32

符号说明

I_X	——	X相的最强峰衍射强度
I_i	——	任一相的最强峰衍射强度
$K A l 2 O 3 X$	——	X相的K值可从PDF卡片中查到

符号说明

I_X	——	X相的最强峰衍射强度
I_i	——	任一相的最强峰衍射强度
$K A l 2 O 3 X$	——	X相的K值可从PDF卡片中查到

参考文献 15

1	杨晓东，张玲，姜德旺，等 . 钢铁工业废气及PM_2.5排放特性与污染控制对策[J]. 工程研究——跨学科视野中的工程, 2013(3): 240-251.
	YANG Xiaodong , ZHANG Ling , JIANG Dewang ，et al ．Exhaust gas of iron & steel industry and emission characteristics of PM_2.5 and pollution control measures[J]. Journal of Engineering Studies, 2013(3): 240-251.
2	GÓMEZ S Y , HOTZA D . Predicting powder densification during sintering[J]. Journal of the European Ceramic Society, 2018, 38(4): 1736-1741.
3	范晓慧，甘敏，季志云，等 . 烧结烟气超细颗粒物排放规律及其物化特性[J]. 烧结球团, 2016(3): 42-45.
	FAN Xiaohui ， GAN Min ， JI Zhiyun ，et al ．The rules of super fine particulate emission from sintering flue gas and its physicochemical properties[J]. Sintering and Pelletizing，2016(3): 42-45.
4	李小玲，孙文强，赵亮，等 . 典型钢铁企业物能消耗与烟粉尘排放分析[J]. 东北大学学报(自然科学版), 2016(3): 352-356.
	LI Xiaoling ， SUN Wenqiang ， ZHAO Liang ，et al ．Energy consumption and smoke and dust emissions analysis of typical iron and steel production enterprise[J]. Journal of Northeastern University (Natural Science), 2016(3): 352-356.
5	佘雪峰，薛庆国，董杰吉，等 . 钢铁厂典型粉尘的基本物性与利用途径分析[J]. 过程工程学报, 2009(s1): 7-12.
	SHE Xuefeng ， XUE Qingguo ， DONG Jieji ，et al . Study on basic properties of typical industrial dust from iron and steel plant and analysis of its utilization[J]. The Chinese Journal of Process Engineering, 2009(s1): 7-12.
6	付本全，黄建阳，吴英，等 . 烧结机头除尘灰理化性能及磁性特征分析[J]. 武汉科技大学学报, 2014(4): 254-257.
	FU Benquan ， HUANG Jianyang ， WU Ying ，et al . Physicochemical properties and magnetic characteristics of electrical precipitator dust on the head of sintering machine[J]. Journal of Wuhan Universitiy of Science and Technology, 2014(4): 254-257.
7	GAN M , JI Z , FAN X , et al . Emission behavior and physicochemical properties of aerosol particulate matter (PM_10/2.5) from iron ore sintering process[J]. ISIJ International. 2015, 55(12).
8	赵亚丽, 赵浩宁, 范真真, 等 . 烧结机细颗粒物PM_2.5排放特性[J]. 环境工程学报, 2015(3): 1369-1375.
	ZHAO Yali ， ZHAO Haoning ， FAN Zhenzhen ，et al . Emission characteristics of PM_2.5 from sintering machine[J]. Chinese Journal of Environmental Engineering, 2015(3): 1369-1375.
9	马京华 . 钢铁企业典型生产工艺颗粒物排放特征研究[D]. 重庆: 西南大学, 2009.
	Jinghua MA . Emission characteristics of particulates from typical production process of iron and steel enterprises[D]. Chongqing: Southwest University, 2009.
10	WU Xiaoqin ， TONG Shitang ， GUAN Baohong ，et al . Transformation of flue-gas-desulfurization gypsum to α-hemihydrated gypsum in salt solution at atmospheric pressure[J]. Chinese Journal of Chemical Engineering, 2011(2): 349-355.
11	KORALEGEDARA N H , AL-ABED S R , RODRIGO S K , et al . Alterations of lead speciation by sulfate from addition of flue gas desulfurization gypsum (FGDG) in two contaminated soils[J]. Science of the Total Environment, 2017, 575: 1522-1529.
12	吉忠海, 陈津, 郭宇, 等 . 微波加热分解脱硫石膏生产烧结矿研究[J]. 化工进展, 2016, 35(7): 2251-2257.
	JI Zhonghai ， CHEN Jin ， GUO Yu ，et al . Decomposition of flue gas desulfurization (FGD) gypsum under microwave heating to produce sinter ore[J]. Chemical Industry and Engineering Progress, 2016, 35(7): 2251-2257.
13	钱峰，于淑娟，侯洪宇，等 . 烧结机头电除尘灰资源化再利用[J]. 钢铁, 2015(12): 67-71.
	QIAN Feng ， YU Shujuan ， HOU Hongyu ，et al . Recycling of the electric dust in sintering machine head[J]. Iron and Steel, 2015(12): 67-71.
14	ZHAN G , GUO Z . Basic properties of sintering dust from iron and steel plant and potassium recovery[J]. Journal of Environmental Sciences, 2013, 25(6): 1226-1234.
15	ZHAN G , GUO Z . Water leaching kinetics and recovery of potassium salt from sintering dust[J]. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2013, 23(12): 3770-3779.

[1]	陈二军, 张玉玲, 路少磊, 段海洋, 靳文章. 空气纳米气泡的稳定性及理化特性[J]. 化工进展, 2022, 41(9): 4673-4681.
[2]	龙红明, 丁龙, 钱立新, 春铁军, 张洪亮, 余正伟. 烧结烟气中NO _x 和二英的减排现状及发展趋势[J]. 化工进展, 2022, 41(7): 3865-3876.
[3]	张瑞翔,王鹏,伍婷婷,刘建忠,周俊虎. 声波与喷雾对于飞灰颗粒团聚的影响[J]. 化工进展, 2020, 39(3): 858-863.
[4]	李小龙,朱法华,段玖祥,李军状,杨柳,张文杰. 固定污染源排放可凝结颗粒物研究进展[J]. 化工进展, 2019, 38(11): 5091-5102.
[5]	宋光春, 李玉星, 王武昌, 姜凯, 施政灼, 姚淑鹏, 魏丁, 史培玉. 管道流动体系中水合物颗粒粒径分布特性数值模拟[J]. 化工进展, 2018, 37(08): 2912-2918.
[6]	宋光春, 李玉星, 王武昌, 姜凯, 施政灼, 姚淑鹏. 基于群体平衡理论的管内水合物浆流动特性数值模拟[J]. 化工进展, 2018, 37(02): 561-568.
[7]	宋光春, 李玉星, 王武昌, 姜凯, 施政灼, 姚淑鹏. 基于群体平衡理论的水合物聚集动力学模型[J]. 化工进展, 2018, 37(01): 80-87.
[8]	张青. 溶胶-凝胶法与自模板法相结合制备SiO2中空微球[J]. 化工进展, 2014, 33(06): 1517-1520.
[9]	童聪1，李双跃1，李翔2. 选粉机颗粒轨迹的非稳态模拟[J]. 化工进展, 2013, 32(09): 2061-2067.
[10]	陈文武，毕荣山，刘振东，冯敏，谭心舜，郑世清. 气液喷射反应器内液滴粒径分布PLIF研究[J]. 化工进展, 2012, 31(04): 754-757.
[11]	蒋斌1，3，王子云2，付祥钊3，王勇3. 内混式扇形空气雾化喷嘴参数研究 [J]. 化工进展, 2011, 30(2): 269-.
[12]	张海荣1，2，庞浩1，石锦志1，廖兵1. 生物质化学组分及其液化残渣的热重行为[J]. 化工进展, 2011, 30(10): 2194-.
[13]	钱益斌，杨利民. 管道内油水两相流动研究进展 [J]. 化工进展, 2009, 28(4): 566-.