高俊峰

（中冶南方工程技術(shù)有限公司能源環(huán)保分公司，湖北武漢，430080）

1 前言

鋼鐵行業(yè)中諸如冷軋薄板、冷軋薄寬鋼帶、冷軋窄鋼帶、冷軋硅鋼以及等主要鋼材品種所采用的生產(chǎn)工藝中都需要產(chǎn)生大量的廢酸。2010年我國(guó)冷軋薄板的生產(chǎn)量為5177.8萬(wàn)t，而生產(chǎn)能力達(dá)到9955萬(wàn)t。冷軋廠酸洗產(chǎn)生的廢酸液，具有極強(qiáng)的腐蝕性。如果采用石灰中和處理排放，會(huì)使亞鐵離子氧化成三價(jià)鐵離子，由于三價(jià)鐵離子水解和氧化鐵晶體長(zhǎng)大是復(fù)雜的多項(xiàng)反應(yīng)過(guò)程，一般難以分離，致使采用石灰中和方法處理廢酸會(huì)產(chǎn)生大量廢渣，造成嚴(yán)重的二次污染。[1]然而鹽酸廢液再生系統(tǒng)不僅可以對(duì)廢酸液進(jìn)行了處理，使之再生為酸洗機(jī)組可用的再生酸，而且在此過(guò)程中生產(chǎn)出了高質(zhì)量的氧化鐵粉，同樣可以為酸再生工程建設(shè)方帶來(lái)相當(dāng)可觀的收益。

2 工藝流程簡(jiǎn)介

噴霧焙燒法是目前國(guó)內(nèi)外使用最多的、也是最成熟的鹽酸再生方法。[2]噴霧焙燒法是利用FeCl2在高溫、充足水蒸氣和適量空氣的條件下能定量水解的特性，在焙燒爐中直接將FeCl2轉(zhuǎn)化為HCl和Fe2O3，反應(yīng)生成的HCl氣體被水吸收得到再生酸，這是一種徹底的直接的處理酸洗廢液的方法。這種封閉循環(huán)系統(tǒng)不污染環(huán)境并且具有再生酸回收率高、再生酸中Fe2+含量少、Fe2O3品位高、系統(tǒng)設(shè)施緊湊等特點(diǎn)，因此被國(guó)內(nèi)外大多數(shù)鋼鐵企業(yè)廣泛采用。

如圖1所示，酸洗廢酸經(jīng)過(guò)過(guò)濾后進(jìn)入文丘里預(yù)濃縮器。廢酸通過(guò)在預(yù)濃縮器內(nèi)與焙燒爐產(chǎn)生的熱焙燒氣體直接進(jìn)行熱交換導(dǎo)致部分酸液蒸發(fā)而進(jìn)行濃縮。濃縮后的廢酸通過(guò)變頻控制泵以恒量將酸液不斷的供入焙燒爐內(nèi)。焙燒爐下部切線方向布置有燒嘴，用以對(duì)焙燒爐加熱。

噴入的酸液在高溫的爐內(nèi)發(fā)生下列分解反應(yīng)：

2FeCl2+2 H2O+1/2O2=Fe2O3+4 HCl

2FeCl3+3 H2O=Fe2O3+6 HCl

固體顆粒的Fe2O3由于重力作用落到焙燒爐底部的錐形體中，通過(guò)焙燒爐底部的旋轉(zhuǎn)閥排至氧化鐵粉系統(tǒng)。

焙燒爐氣體由水蒸氣、HCl氣體及燃燒廢氣組成，從焙燒爐頂部離開(kāi)并很快通過(guò)旋風(fēng)分離器，將氣體中部分氧化鐵粉粉塵分離出來(lái)。分離出的氧化鐵粉通過(guò)旋轉(zhuǎn)閥返回到焙燒爐。焙燒氣體通過(guò)輸送管道進(jìn)入到預(yù)濃縮器和氣液分離器部分，在預(yù)濃縮器中，高溫氣體與循環(huán)酸液直接接觸進(jìn)行熱交換，由于部分酸液的蒸發(fā)使得循環(huán)酸液得以濃縮。同時(shí)利用循環(huán)酸液洗滌氣體中殘留的氧化物固體顆粒。

冷卻和分離粉塵后的氣體進(jìn)入到吸收塔。為了吸收HCl氣體和保證再生酸的質(zhì)量，采用漂洗水收集罐中的漂洗水吸收。水從吸收塔頂部送入。吸收塔頂部有噴嘴將漂洗水噴在吸收塔的填料上。氣體從吸收塔底部送入，在逆流過(guò)程中，氣體中HCl被水吸收形成再生酸，并收集在吸收塔的底部，再生酸從吸收塔底部依重力流至再生酸儲(chǔ)罐。

含有燃燒廢氣和含有微量HCl的水蒸氣從吸收塔頂部離開(kāi)，進(jìn)入文丘里除塵器。通過(guò)文丘里除塵器循環(huán)泵的循環(huán)作用，使焙燒尾氣在文丘里除塵器內(nèi)得到循環(huán)洗滌，以去除氣體中氧化鐵粉微小顆粒和降低尾氣中HCl的含量。

洗滌塔中用脫鹽水循環(huán)洗滌尾氣，氣體從塔底部送入，在逆流過(guò)程中，降低尾氣中HCl和Cl2的含量,同時(shí)去除氣體中氧化鐵粉微小顆粒。經(jīng)過(guò)洗滌、吸收、凈化，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后的廢氣從排放煙囪中排向大氣。

圖1 鹽酸再生噴霧焙燒工藝流程圖

3 改進(jìn)工藝運(yùn)行方式

3.1 原工藝存在問(wèn)題

現(xiàn)針對(duì)酸再生系統(tǒng)的煙氣吸收和煙氣凈化兩部分進(jìn)行分析，可以得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

3.1.1 酸再生系統(tǒng)產(chǎn)生的尾氣在煙氣吸收和煙氣凈化部分的運(yùn)行溫度為85℃左右，會(huì)促進(jìn)文丘里除塵器和洗滌塔內(nèi)介質(zhì)水分的蒸發(fā)；

3.1.2 尾氣在經(jīng)過(guò)文丘里除塵器和洗滌塔的排放過(guò)程中也會(huì)帶走相當(dāng)一部分水分，這部分水分來(lái)自于噴嘴噴淋進(jìn)入的循環(huán)介質(zhì)；

3.1.3 文丘里除塵器是通過(guò)文丘里除塵器循環(huán)泵進(jìn)行循環(huán)洗滌工作，在洗滌過(guò)程中會(huì)將尾氣中的殘留HCl、Cl2及氧化鐵粉吸收入循環(huán)介質(zhì)，使得循環(huán)介質(zhì)Cl-離子等濃度增高，稱為過(guò)濃縮現(xiàn)象；洗滌塔中亦是如此；

3.1.4 即使在水分流失后塔器內(nèi)液位下降，隨后進(jìn)行補(bǔ)液仍無(wú)法改變循環(huán)介質(zhì)中的Cl-離子等的累積，易造成煙氣凈化效率降低而使排放尾氣難以達(dá)標(biāo)。

3.2 改進(jìn)工藝的理論基礎(chǔ)

在酸再生系統(tǒng)工藝流程中，由于在吸收塔后的尾氣不能達(dá)標(biāo)，故使其按順序先經(jīng)過(guò)文丘里除塵器一級(jí)凈化，后經(jīng)過(guò)洗滌塔二級(jí)凈化達(dá)到對(duì)尾氣進(jìn)行凈化（注：也有相關(guān)案例是將洗滌塔作為一級(jí)凈化，文丘里除塵器作為二級(jí)凈化），使之能夠達(dá)到達(dá)標(biāo)排放要求。

以下是在生產(chǎn)初期文丘里除塵器和洗滌塔內(nèi)未出現(xiàn)過(guò)濃縮現(xiàn)象時(shí)，對(duì)再生酸、漂洗水收集罐內(nèi)液體介質(zhì)、文丘里除塵器內(nèi)循環(huán)介質(zhì)以及洗滌塔內(nèi)循環(huán)介質(zhì)的成分指標(biāo)做的對(duì)比，見(jiàn)表1。

表1 循環(huán)介質(zhì)成分表 g/L

由表1可以看出在文丘里除塵器和洗滌塔內(nèi)未出現(xiàn)過(guò)濃縮現(xiàn)象時(shí)，如果按照介質(zhì)清潔度排序如下：洗滌塔內(nèi)循環(huán)介質(zhì)＞文丘里除塵器內(nèi)循環(huán)介質(zhì)＞漂洗水收集罐內(nèi)液體介質(zhì)＞再生酸。而這也正是酸再生煙氣凈化系統(tǒng)中逐級(jí)清潔、正常運(yùn)行的基本保證，直接關(guān)系到煙囪排放尾氣能否達(dá)標(biāo)。

然而在過(guò)濃縮現(xiàn)象出現(xiàn)后，如果未能得到及時(shí)處理，則文丘里除塵器和洗滌塔中的各種成分的濃度會(huì)隨著時(shí)間推移而不斷上升。經(jīng)檢測(cè)，HCl的濃度分別可上升至25 g/L和10 g/L左右。為了改善這種過(guò)濃縮狀態(tài)，按照通常的做法是采用對(duì)文丘里除塵器和洗滌塔進(jìn)行強(qiáng)制排放，但增加了水處理站的處理水量。

3.3 改進(jìn)后的工藝流程及實(shí)現(xiàn)功能

改進(jìn)后的工藝流程見(jiàn)圖2所示。

圖2 改進(jìn)后的工藝流程圖

由圖2可以看出，在酸再生煙氣凈化系統(tǒng)的基本流程上增加從洗滌塔循環(huán)泵出口分流至文丘里除塵器的管道，使洗滌塔中的循環(huán)介質(zhì)得到脫鹽水的補(bǔ)充而持續(xù)更新，而根據(jù)表一的介質(zhì)成分可知排出的部分介質(zhì)濃度低于文丘里除塵器中的循環(huán)介質(zhì)濃度，本身即可對(duì)文丘里除塵器進(jìn)行更新介質(zhì)的補(bǔ)充。同理，在增加從文丘里除塵器循環(huán)泵出口分流至漂洗水收集罐的管道也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)文丘里除塵器內(nèi)循環(huán)介質(zhì)的持續(xù)更新，而排出的部分介質(zhì)亦可用于從漂洗水收集罐中噴入吸收塔中對(duì)HCl氣體的吸收。

通過(guò)對(duì)改進(jìn)后的工藝流程進(jìn)行分析，可以得出其具備以下功能：

（1）對(duì)煙氣凈化系統(tǒng)中的文丘里除塵器和洗滌塔內(nèi)的循環(huán)介質(zhì)進(jìn)行持續(xù)更新，保證了其中各種成分的相對(duì)穩(wěn)定；

（2）在對(duì)循環(huán)介質(zhì)持續(xù)更新的過(guò)程中，文丘里除塵器和洗滌塔中的更新介質(zhì)最終可排至漂洗水收集罐內(nèi)，用于對(duì)吸收塔中HCl氣體的吸收，不會(huì)增加酸再生站的廢水排放量。

（3）同時(shí)，在確保文丘里除塵器和洗滌塔兩級(jí)凈化的循環(huán)介質(zhì)清潔的情況下，可以達(dá)到對(duì)尾氣排放的指標(biāo)保證。

4 運(yùn)行參數(shù)控制

4.1 物料平衡分析

根據(jù)改進(jìn)后的工藝流程，可得以下物料平衡公式：

洗滌塔：

Q11+Q12＝Q13+Q14

Q11——洗滌塔進(jìn)尾氣帶入介質(zhì)量

Q12——洗滌塔補(bǔ)充脫鹽水量

Q13——洗滌塔排尾氣帶走介質(zhì)量

Q14——洗滌塔循環(huán)泵出口分流到文丘里除塵器介質(zhì)量

Q14=Q12-（Q13-Q11）

Q13-Q11為洗滌塔尾氣進(jìn)出的介質(zhì)量差值，此差值與酸再生的設(shè)計(jì)能力有關(guān)，設(shè)計(jì)能力確定的條件下，可視此值為常數(shù)。由此可見(jiàn)，洗滌塔循環(huán)泵出口分流到文丘里除塵器介質(zhì)量Q14與其補(bǔ)充脫鹽水量Q12成正比。

文丘里除塵器：

Q21+Q22+Q14=Q23+Q24

Q21——文丘里除塵器進(jìn)尾氣帶入介質(zhì)量

Q22——文丘里除塵器補(bǔ)充脫鹽水及漂洗水量

Q23——文丘里除塵器排尾氣帶走介質(zhì)量

Q24——文丘里除塵器循環(huán)泵出口分流到漂洗水收集罐介質(zhì)量

Q24-Q14=Q22-（Q23-Q21）

Q23-Q21為文丘里除塵器尾氣進(jìn)出的介質(zhì)量差值，此差值與酸再生的設(shè)計(jì)能力有關(guān)，設(shè)計(jì)能力確定的條件下，可視此值為常數(shù)。由此可見(jiàn)，文丘里除塵器循環(huán)泵出口分流到漂洗水收集罐介質(zhì)量Q24與洗滌塔循環(huán)泵出口分流到文丘里除塵器介質(zhì)量Q14的差值與文丘里除塵器補(bǔ)充脫鹽水及漂洗水量Q22成正比。

此外，由于文丘里除塵器循環(huán)泵出口分流到漂洗水收集罐介質(zhì)量進(jìn)入漂洗水收集罐后供應(yīng)對(duì)吸收塔的HCl氣體的吸收，故而其值不可大于其酸再生設(shè)計(jì)能力狀態(tài)下的吸收塔噴淋量Q吸收塔，應(yīng)有Q24∈（0，Q吸收塔）。如將文丘里除塵器補(bǔ)充脫鹽水及漂洗水量Q22設(shè)定為文丘里除塵器進(jìn)出尾氣介質(zhì)量差值Q23-Q21，則可得 Q14∈（0，Q吸收塔），且 Q24同樣與洗滌塔內(nèi)補(bǔ)充脫鹽水量Q12成正比。

4.2 運(yùn)行參數(shù)選擇

(1)由以上物料平衡分析可得，為滿足文丘里除塵器與洗滌塔內(nèi)循環(huán)介質(zhì)的持續(xù)更新要求，需要使Q14及Q24值大于0；

(2)同時(shí)應(yīng)考慮其分流流量不可過(guò)大，過(guò)大則會(huì)造成補(bǔ)液浪費(fèi)；

(3)考慮以上兩項(xiàng)選擇條件的基礎(chǔ)上，同時(shí)按照物料平衡分析中所確定的流量控制區(qū)間（0，Q吸收塔）來(lái)確定其分流量，此值與酸再生站設(shè)計(jì)能力下的凈化系統(tǒng)蒸發(fā)量有關(guān)，在某設(shè)計(jì)能力為3 m3/h的酸再生站采用約1 m3/h的分流量被證實(shí)是可行的。

5 小結(jié)

本文對(duì)鹽酸再生工藝進(jìn)行了改進(jìn)，使之能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)洗滌塔和除塵文丘里內(nèi)的循環(huán)介質(zhì)的連續(xù)更新，避免其過(guò)濃縮現(xiàn)象的出現(xiàn)，保證了其中各種成分的相對(duì)穩(wěn)定，確保尾氣排放指標(biāo)。同時(shí)可將更新后排出的循環(huán)介質(zhì)用于對(duì)再生酸的吸收。并通過(guò)在理論上分析該鹽酸再生工藝改進(jìn)的可行性，確定了實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中的工作狀態(tài)及運(yùn)行參數(shù)，確認(rèn)該系統(tǒng)得到優(yōu)化改進(jìn)。

[1]張海東，張秀鳳，孫金茂.廢鹽酸的再生利用[J].金屬制品.2008年8月第4期.

[2]陳琦.鹽酸再生脫硅預(yù)處理技術(shù)探討[J].冶金環(huán)境保護(hù).2012年第5期.