趙海，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　430223）

鹽酸再生系統(tǒng)文丘里預(yù)濃縮器壓降升高問(wèn)題分析

趙海，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430223）

【摘要】主要針對(duì)鹽酸再生工藝的基本流程做了闡述，在此基礎(chǔ)上對(duì)某鹽酸再生站文丘里預(yù)濃縮器所出現(xiàn)的壓降升高問(wèn)題進(jìn)行分析，討論出現(xiàn)該現(xiàn)象的各種可能性，并通過(guò)篩選得到最終原因，從而獲得針對(duì)該問(wèn)題的處理方案。

【關(guān)鍵詞】酸再生；文丘里預(yù)濃縮器；壓降；處理方案

Analysis of Rising of Venturi Preconcentrator Pressure Drop in Hydrochloric Acid Regenerating Plant

ZHAO Hai，GAO Junfeng
(Energy and Environmental Protection Branch of WISDRI Engineering & Research Co., Ltd., Wuhan, Hubei 430223, China)

【Abstract】The basic flow of hydrochloric acid regenerating process(ARP) was mainly described, based on which the problem of rising pressure drop in the Venturi Preconcentrator of a ARP system was analyzed. Various possibilities causing the problem were discussed, the ultimate cause was finally pinpointed and solution was accordingly drawn up.

【Key words】ARP; venturi preconcentrator; pressure drop; solution

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)生大量的鹽酸廢液。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[1]。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。

2　工藝流程簡(jiǎn)介

圖1　鹽酸再生噴霧焙燒工藝流程圖

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地供入焙燒爐內(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)：

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。

3　現(xiàn)象

經(jīng)調(diào)查，近段時(shí)期（4月中旬）以來(lái)，某鋼廠酸再生站系統(tǒng)運(yùn)行不太穩(wěn)定，并出現(xiàn)以下現(xiàn)象：

（1）文丘里預(yù)濃縮器壓降瞬間升高，有時(shí)壓降可能達(dá)到10 kPa左右；

（2）文丘里預(yù)濃縮器壓降升高有時(shí)造成廢氣風(fēng)機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)；

（3）爐頂負(fù)壓不能滿足要求而造成系統(tǒng)停車。

4　原因分析

4.1原因

由以上現(xiàn)象基本可以排除儀表出現(xiàn)問(wèn)題的可能性，應(yīng)為文丘里預(yù)濃縮器實(shí)際壓降升高造成，而可能造成其壓降升高的原因基本有兩種情況：

（1）文丘里預(yù)濃縮器喉口位置堵塞；

（2）文丘里預(yù)濃縮器內(nèi)液位升高淹沒(méi)其擴(kuò)散段與分離器段之間的方形煙氣通道。

4.2分析討論

4.2.1文丘里預(yù)濃縮器喉口位置堵塞分析

根據(jù)最近一次現(xiàn)場(chǎng)打開(kāi)文丘里預(yù)濃縮器上部人孔后發(fā)現(xiàn)，在文丘里喉口位置堵塞有大塊物體。經(jīng)過(guò)將該物體取出檢查，發(fā)現(xiàn)其有較高硬度，根據(jù)該硬物的外觀分析其應(yīng)為沾有廢酸的氧化鐵粉塊或FeCl2結(jié)晶物。為進(jìn)一步分析，故將其硬物置于水中，看其能否溶解并觀察其水溶液，以此判定其具體為氧化鐵粉塊還是FeCl2的結(jié)晶物。

通過(guò)對(duì)其溶解液觀察，發(fā)現(xiàn)其底部沉積有大量不溶固體，且為氧化鐵紅色，基本可判定其為氧化鐵，但其澄清溶液顏色稍有偏綠色，可認(rèn)為其為Fe-Cl2溶液。由此可推測(cè)文丘里預(yù)濃縮器喉口堵塞的硬物為氧化鐵粉塊與FeCl2結(jié)晶物的混合物（經(jīng)過(guò)將該物質(zhì)溶液進(jìn)行化驗(yàn)，溶液含有Fe2+濃度為26.81 g/L，基本可確認(rèn)其中含有FeCl2結(jié)晶物）。

在文丘里頭部仍可看到有該硬塊掛在側(cè)面，這些硬塊在運(yùn)行中掉落仍會(huì)堵塞喉口，現(xiàn)場(chǎng)予以了清除。

對(duì)于該文丘里預(yù)濃縮器喉口硬物的來(lái)源分析，有如下問(wèn)題：首先，為何有大量的氧化鐵粉在此處聚集？其次，為何此現(xiàn)象在4月份中下旬之前運(yùn)行正常，在4月份中下旬之后出現(xiàn)？對(duì)此，特別將4月份以來(lái)酸再生站供回酸臺(tái)賬調(diào)出，分析該時(shí)間段酸再生供往酸洗線的再生酸量及成分和酸洗線供回的廢酸量及成分，見(jiàn)表1。

經(jīng)過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)以下3點(diǎn)問(wèn)題：

（1）酸再生站接收來(lái)自酸洗線的廢酸總酸值很高（256.41~317.34 g/L），特別是5月6日，該廢酸總酸值高達(dá)317.34 g/L，嚴(yán)重高于工藝技術(shù)要求的200 g/L，超過(guò)1.5倍。

（2）經(jīng)過(guò)脫硅處理后的廢酸中Fe2+含量也高出脫硅液Fe2+標(biāo)準(zhǔn)值158.36 g/L，在196.70~243.44 g/L之間。

（3）根據(jù)總酸值及供回酸量進(jìn)行平衡計(jì)算，無(wú)法滿足該Cl離子平衡，供回酸平衡差異比（以HCl計(jì)）為1.38，這期間共有36.64 t HCl在酸洗線處損耗，超出了正常的HCl損耗率。據(jù)此猜測(cè)有可能是因?yàn)樗嵯淳€處酸濃縮揮發(fā)嚴(yán)重造成。經(jīng)過(guò)與酸洗線工程師交流詢問(wèn)，4月中旬硅鋼酸洗進(jìn)行了部分工藝運(yùn)行調(diào)整，酸洗工藝運(yùn)行溫度由原來(lái)的80℃升高到95℃左右，且該調(diào)整造成酸洗線排出的廢酸濃度升高，總酸值較大，且HCl揮發(fā)量增加，這一點(diǎn)與此次出現(xiàn)問(wèn)題現(xiàn)象的時(shí)間相符。

如此高的總酸值，經(jīng)過(guò)脫硅后完全以FeCl2溶液形式存在于廢酸中，導(dǎo)致Fe2+含量升高，達(dá)到正常的1.5倍，嚴(yán)重超出酸再生機(jī)組所能承受的濃度，并且使其在文丘里預(yù)濃縮器中形成過(guò)濃縮析出晶體。并且氧化鐵粉在經(jīng)過(guò)雙旋風(fēng)除塵器除塵后的氧化鐵粉含量也高出正常值范圍，均對(duì)文丘里預(yù)濃縮器喉口的氣液流態(tài)造成影響。

此外，對(duì)于該硬塊的來(lái)源還有可能是由于循環(huán)酸過(guò)濾器未投入運(yùn)行，旁通管被打開(kāi)，造成廢酸中的雜質(zhì)在文丘里內(nèi)部循環(huán)時(shí)聚集，且堵塞了文丘里噴管使文丘里頭部噴液狀況出現(xiàn)問(wèn)題，無(wú)法實(shí)現(xiàn)文丘里預(yù)濃縮器喉口的氣水混合流態(tài)需求，見(jiàn)圖2。

圖2　文丘里預(yù)濃縮器噴管噴液不勻

表1　2014年4月中旬以來(lái)供再生酸及接收廢酸臺(tái)賬報(bào)表

4.2.2文丘里預(yù)濃縮器內(nèi)液位升高淹沒(méi)其擴(kuò)散段與分離器段之間的方形煙氣通道分析

對(duì)于此種可能性，通過(guò)調(diào)出系統(tǒng)運(yùn)行曲線，檢查了出現(xiàn)問(wèn)題的時(shí)間段該文丘里預(yù)濃縮器的液位高度，其高度頻繁波動(dòng)，波動(dòng)均為先降后升（見(jiàn)圖3），且波動(dòng)的最高值約為2.0 m左右。

圖3文丘里預(yù)濃縮器波動(dòng)曲線

通過(guò)選取某一時(shí)間點(diǎn)，對(duì)4月26日晚19：00時(shí)間點(diǎn)的文丘里預(yù)濃縮器后負(fù)壓及文丘里預(yù)濃縮器分離器的液位進(jìn)行對(duì)比，可見(jiàn)該時(shí)間點(diǎn)文丘里預(yù)濃縮器后負(fù)壓達(dá)到了可測(cè)量范圍的最大值- 10.0 kPa，如果是由于文丘里預(yù)濃縮器內(nèi)液位升高淹沒(méi)其擴(kuò)散段與分離器段之間的方形煙氣通道的原因造成壓降升高，則此時(shí)的文丘里預(yù)濃縮器分離器的液位應(yīng)為最高。但該時(shí)間點(diǎn)液位為1.85 m，并非此選取時(shí)間段內(nèi)最高，也不滿足可淹沒(méi)擴(kuò)散段與分離器段之間的方形煙氣通道的液位高度，故可認(rèn)為此種假設(shè)不成立。

5　結(jié)論

經(jīng)過(guò)對(duì)以上現(xiàn)象進(jìn)行分析，并通過(guò)相關(guān)計(jì)算得出以下結(jié)論：

（1）4月份以來(lái)，廢酸中總酸值（以HCl計(jì)）過(guò)高，經(jīng)過(guò)脫硅后完全以FeCl2溶液形式存在于廢酸中，導(dǎo)致Fe2+含量升高，達(dá)到正常的1.5倍，使其在文丘里預(yù)濃縮器中形成過(guò)濃縮后析出晶體。并且氧化鐵粉在經(jīng)過(guò)雙旋風(fēng)除塵器除塵后的氧化鐵粉含量也高出正常值范圍，均對(duì)文丘里預(yù)濃縮器喉口的氣液流態(tài)造成影響而產(chǎn)生堆積。

（2）循環(huán)酸過(guò)濾器未使用、文丘里噴管堵塞等原因也會(huì)造成文丘里預(yù)濃縮器喉口堵塞，壓降升高而產(chǎn)生后續(xù)問(wèn)題導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)甚至停車。

6　處理方案及建議

（1）從酸洗線源頭處理，對(duì)于現(xiàn)在所采用的酸洗方式進(jìn)行改良優(yōu)化，降低酸洗溫度，減少過(guò)酸洗現(xiàn)象。

（2）嚴(yán)格控制廢酸的排放濃度，降低其排放至酸再生站的廢酸總酸值。

（3）經(jīng)常性檢測(cè)廢酸總酸值，發(fā)現(xiàn)濃度過(guò)高時(shí)采用臨時(shí)性在酸再生廢酸儲(chǔ)存罐內(nèi)對(duì)廢酸進(jìn)行加水稀釋，將其稀釋至正常的總酸值200 g/L（以總HCL計(jì)），然后再進(jìn)行后續(xù)的再生處理。

經(jīng)過(guò)以上措施處理后，結(jié)晶堵塞現(xiàn)象基本消失，酸再生系統(tǒng)運(yùn)行正常。

綜上所述，酸再生系統(tǒng)出現(xiàn)以上所述情況時(shí)，建議加強(qiáng)對(duì)酸洗機(jī)組的運(yùn)行管理，優(yōu)化和固化運(yùn)行參數(shù)，減少過(guò)酸洗及HCl鹽酸的揮發(fā)損耗，降低酸洗成本。嚴(yán)格控制排放至酸再生站的廢酸總酸值和濃度。

同時(shí)，還針對(duì)本實(shí)例酸再生系統(tǒng)出現(xiàn)的狀況，給予以下操作維護(hù)建議：

（1）經(jīng)常性檢查管路信息，確保不會(huì)有類似循環(huán)酸過(guò)濾器被短接的現(xiàn)象發(fā)生；

（2）每次長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)后或大修期間，檢查并清理文丘里喉口包括文丘里噴管在內(nèi)的各噴液噴管及噴嘴；

（3）完善臺(tái)賬記錄制度，確保每次出現(xiàn)任何問(wèn)題有據(jù)可查，可以提供第一手問(wèn)題分析材料，并在此基礎(chǔ)上監(jiān)測(cè)廢酸的各項(xiàng)指標(biāo)；

（4）掌握一套酸再生系統(tǒng)問(wèn)題分析的方法，逐步排除不成立的假設(shè)，最終分析得到問(wèn)題的根本原因。

[參考文獻(xiàn)]

[1]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)，2012，5.

作者簡(jiǎn)介：趙海（1961－），男，1984年畢業(yè)于武漢理工大學(xué)給排水專業(yè)，高級(jí)工程師，現(xiàn)從事給排水、廢酸再生項(xiàng)目管理工作。

收稿日期：2014－12－19

【中圖分類號(hào)】X703

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B

【文章編號(hào)】1006-6764(2015)04-0006-06