4.4.2 Выбросы сернистого ангидрида (so2)
Диоксид серы является главным сернистым и вторым по массе газовым выбросом после монооксида углерода. Этот оксид серы образуется в результате: взаимодействия сульфидов железа (FeS и FeS2) с кислородом просасываемого газа и кислородом высших окислов железа; окисления органической серы топлива в зоне горения; диссоциации сульфатных соединений СаSO4 и ВаSО4 при температурах более 1100оС.
Основные химические реакции образования SО2:
2FeS2=FeS+S2 S+O2=SО2 (4.14)
3FeS+5O2=Fe3O4+3SО2 (4.15)
3FeS2+O2=Fe3O4+6SО2 (4.16)
FeS+3Fe3O4=10FeO+SО2 (4.17)
FeS2+16Fe2O3=11Fe3O4+2SО2 (4.18)
Sорг+О2=SО2 (4.19)
СаSО4=СаО+SО2+0,5О2 (4.20)
ВаSО4=ВаО+SО2+0,5О2 (4.21)
Способствуют процессам газификации сульфидной серы (образования из сульфидов SО2): пониженный расход топлива на спекание, достаточная измельченность частиц шихты, повышенное содержание кислорода в газовой фазе. Разложение сульфатов с выделением SО2 лучше протекает в условиях повышенных температур, нейтральной или восстановительной газовой среды, умеренного количества жидких фаз.
В целом количество выбросов SО2 зависит не столько от развития упомянутых реакций, сколько от количества внесенных шихтой сернистых соединений. Основную массу серы вносит в агломерационную шихту твердое топливо – коксовая мелочь и антрацитовый штыб. Смесь этих топлив в соотношении 50:50 может содержать 1,4-1,5% серы органических соединений и 0,6-0,7% серы сульфидов железа и сульфатов. При расходах твердого топлива 55 кг/т агломерата и рудно-флюсовой части шихты (аглоруды, концентрата, флюсов, отходов) – около 1200 кг/т общий приход серы составит 1,56 кг/т агломерата, из них 1,16 кг/т (74,4%) принадлежит топливу.
При агломерации офлюсованной шихты удаляется 92-95% сульфидной и 60-80% сульфатной серы. По исследованиям М.С. Быкова (Сибирский металлургический университет) сера удаляется в основном в виде SO2 (80%), а также SO3 (до 10%), Н2S (2-3%) и элементарной, несвязанной серы (6-8%). В различных практических оценках удаляемым сернистым соединением принято считать одно, преобладающее – SO2. Удаление серы из спекаемого слоя в атмосферу повышает качества агломерата, особенно при агломерации сернистых руд. Однако наносит огромный вред окружающей среде. Поэтому необходимо ограничение выброса сернистых соединений из слоя. Здесь возможно использование химического поглощения сернистого ангидрида в реакциях с известняком, известью и ферритами кальция в зонах сырой и нагретой шихты агломерируемого слоя:
СаО+SO2+Н2О=Са SO3.Н2О (4.22)
Са(ОН)2+SO2=СаSO3.Н2О (4.23)
СаСО3+SO2+Н2О=СаSO3.Н2О+СО2 (4.24)
СаО.Fe2O3+SO2+H2O=CaSO3.H2O+Fe2O3 (4.25)
Сульфит кальция, образовавшийся в слое сырой шихты, в зоне интенсивного нагрева дегидратирует: СаSO3.Н2О=СаSO3+Н2О, затем следует окисление СаSO3 до сульфата: 2Са SO3 +О2=2СаSO4.
Наиболее полно «захват» SO2 реализуется при производстве высокоосновного агломерата, потребность в котором существует на большинстве предприятий, использующих малоофлюсованные окатыши.
Расчетное определение выбросов SO2 можно выполнить, пользуясь данными о содержание сернистых соединений в шихтовых материалах, а так же вышеприведенными показателями о десульфурации шихтовых материалов и улавливании SO2 шихтой.
Масса удельных выбросов SO2 рассчитывается по формуле:
(4.26)
Gш – удельный расход шихтовых материалов, кг/т (1200-руднофлюсовая часть шихты; 55-твердое топливо);
Sш – содержание серы в шихтовых материалах, доли ед.;
Кд – коэффициент десульфурации шихты с учетом улавливания SO2 газов в слое шихты;
МSO2 – молекулярная масса SO2;
МS – атомная масса серы.
Если сера в химическом составе шихтовых материалов представлена в виде FeS или SO3, то используются молекулярные массы этих соединений.
Агломашина с площадью спекания 75 м2, производящая 110 т/ч офлюсованного агломерата, ежегодно за 7920 часов работы выбрасывает в атмосферу 2,87.110.7920=2500,3 т сернистого ангидрида.