張洪磊，孫海權(quán)，閆子晗

（鞍鋼集團(tuán)工程技術(shù)有限公司，遼寧 鞍山 114021）

帶鋼進(jìn)入軋機(jī)軋制之前，需要用鹽酸對(duì)其表面進(jìn)行清洗，以去除金屬表面的氧化物及雜質(zhì)，確保帶鋼產(chǎn)品的合格性。這些過(guò)程都是在不同濃度的鹽酸酸液中進(jìn)行的，并通過(guò)蒸汽加熱、電加熱等方法對(duì)鹽酸酸液加溫，以加速酸洗過(guò)程的化學(xué)反應(yīng)，酸洗后還需使用熱水進(jìn)行沖洗，以去除金屬表面殘留的酸液，然后對(duì)酸洗廢液再生利用。鞍鋼股份有限公司冷軋硅鋼廠（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“冷軋硅鋼廠”）酸再生機(jī)組采用Ruthner（魯茲納）法鹽酸再生技術(shù)，即噴霧焙燒工藝，其原理是一種高溫、高速?lài)婌F式的快速水解反應(yīng)，特點(diǎn)是將酸洗廢液處于高溫和氧氣氣氛環(huán)境下，將氯化亞鐵（少量的三價(jià)鐵）分解成HCl和三氧化二鐵（少量的氧化亞鐵）。此過(guò)程始終產(chǎn)生和排放酸霧，尾氣中的顆粒物和HCl排放嚴(yán)重超標(biāo)，在一定程度上腐蝕了廠房的鋼結(jié)構(gòu)和機(jī)電儀器設(shè)備，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，甚至危及人的健康。因此，對(duì)冷軋硅鋼廠酸再生機(jī)組鹽酸酸霧凈化系統(tǒng)進(jìn)行了改造，本文對(duì)此進(jìn)行介紹。

1 鹽酸酸霧凈化技術(shù)及現(xiàn)狀

針對(duì)噴霧焙燒法酸再生所產(chǎn)生尾氣的鹽酸酸霧凈化技術(shù)基本原理是：由于酸霧是在工藝過(guò)程中鹽酸經(jīng)高溫加熱及循環(huán)流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的，主要成分為水蒸汽、HCl氣體、氮?dú)饧岸趸?，普遍利用HCl氣體極易溶于堿液或水的特性，采用噴淋的方式對(duì)酸霧中的顆粒物和HCl氣體進(jìn)行洗滌、反應(yīng)和吸收，以達(dá)到降低顆粒物和HCl含量、滿(mǎn)足環(huán)保要求的目的。

鹽酸酸霧凈化技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了酸霧凈化塔集中凈化、噴嘴式文丘里噴淋凈化、酸霧冷卻工藝凈化三個(gè)階段，目前常采用在酸霧凈化塔前設(shè)置一套酸霧冷卻器，利用水蒸汽低溫冷凝以及在低溫下HCl更易溶于水的特性，使大量的HCl氣體在進(jìn)入凈化塔之前被冷凝成液態(tài)的水霧并予以收集再利用，降低了凈化塔的負(fù)荷，提高了凈化效果。

冷軋硅鋼廠鹽酸酸霧凈化系統(tǒng)運(yùn)行了15年，存在鋼襯膠式文丘里噴嘴及進(jìn)氣口易堵塞、系統(tǒng)老化等問(wèn)題，顆粒物和HCl排放均嚴(yán)重超標(biāo)，高達(dá)100～150 mg/m，不能滿(mǎn)足現(xiàn)有生產(chǎn)排放要求，更難以達(dá)到日益嚴(yán)格的環(huán)保要求，必須對(duì)其改造以達(dá)到生產(chǎn)及環(huán)保要求。

2 改造方案

2.1 酸霧凈化系統(tǒng)設(shè)備結(jié)構(gòu)改造

冷軋硅鋼廠酸再生機(jī)組一體式文丘里設(shè)備常常出現(xiàn)噴嘴及入口氣體管堵塞現(xiàn)象，嚴(yán)重影響洗滌效果，并且設(shè)備體積、重量大，不便于管理和維護(hù)。將原有的一體式預(yù)濃縮器設(shè)備改為分體式的文丘里和文丘里分離器設(shè)備，文丘里采用4個(gè)切線大噴管形式，切線進(jìn)酸，在文丘里內(nèi)廢酸形成旋流分布成液膜。文丘里分離器采用旋流式設(shè)計(jì)，側(cè)面切線進(jìn)氣，頂部出氣，負(fù)壓運(yùn)行，尾氣進(jìn)入吸收塔。此結(jié)構(gòu)形式不僅利用了文丘里的物理原理，同時(shí)也利用了漩渦原理，進(jìn)一步增強(qiáng)了文丘里的負(fù)壓效果。高溫氣體穿過(guò)液膜進(jìn)行傳熱傳質(zhì)，氣液在喉口處混合、換熱，使高溫氣體充分冷卻，夾帶的固體顆粒物被充分洗滌，從根本上解決了老式文丘里噴嘴堵塞問(wèn)題。改造后的文丘里重量輕，較老式鋼襯膠文丘里重量輕80%以上，且基本免維護(hù)，保養(yǎng)亦簡(jiǎn)便易行。

2.2 酸霧凈化系統(tǒng)工藝優(yōu)化

冷軋硅鋼廠酸再生機(jī)組原有鹽酸酸霧凈化系統(tǒng)工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 改造前的鹽酸酸霧凈化系統(tǒng)工藝流程圖Fig.1 Process Flow Diagram for Purification System for Acid Mist from Hydrochloric Acid before Upgrading

焙燒爐出來(lái)的尾氣經(jīng)過(guò)預(yù)濃縮器、吸收塔噴淋洗滌，最后由洗滌塔頂部煙囪排入大氣。改造原系統(tǒng)工藝，將來(lái)自于吸收塔的焙燒尾氣進(jìn)入第一級(jí)降膜石墨換熱器，在換熱器上部帶有降膜噴水設(shè)置，依靠水的張力形成水膜洗滌尾氣中的HCl，水蒸氣被冷卻成水，流入石墨換熱器底部進(jìn)而流入集水槽，同時(shí)將焙燒尾氣溫度降低；然后焙燒尾氣進(jìn)入第二級(jí)石墨換熱器，循環(huán)冷卻水與焙燒尾氣進(jìn)行間接換熱，冷凝后的含酸水流入石墨換熱器底部進(jìn)入集水槽（用作吸收塔吸收液），再次降低焙燒尾氣溫度；而后焙燒尾氣通過(guò)后文丘里再次半水封式洗滌及氣液分離器進(jìn)行再次洗滌和降溫降速，再由尾氣風(fēng)機(jī)進(jìn)入洗滌塔（堿洗功能），用脫鹽水洗滌，洗滌液流入集水槽，尾氣最后經(jīng)煙囪排入大氣。改造后的鹽酸酸霧凈化系統(tǒng)工藝流程圖見(jiàn)圖2。

圖2 改造后的鹽酸酸霧凈化系統(tǒng)工藝流程圖Fig.2 Process Flow Diagram for Purification System for Acid Mist from Hydrochloric Acid after Upgrading

如圖2所示，氣體溫度變化趨勢(shì)如下：

（1）焙燒爐生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)生的含水、粉塵、HCl的尾氣溫度為370～450℃；

（2）尾氣從焙燒爐進(jìn)至新型文丘里后，文丘里出口處溫度降至85～95℃；

（3）尾氣從新型文丘里進(jìn)至吸收塔，吸收塔出口處溫度降至75～80℃；

（4）尾氣通過(guò)第一級(jí)降膜式換熱器后溫度降至 55～60℃；

（5）尾氣通過(guò)第二級(jí)列管換熱器后溫度降至40～50 ℃；

（6）尾氣通過(guò)后文丘里后溫度降至約40℃；

（7）當(dāng)尾氣經(jīng)過(guò)洗滌塔洗滌排放至煙囪外部時(shí)溫度降至30～40℃，更加接近大氣環(huán)境溫度，進(jìn)而降低水蒸氣的可視效果。

改造后的酸霧凈化系統(tǒng)依然保留從吸收塔至風(fēng)機(jī)的原有尾氣管路，目的是在當(dāng)酸霧凈化系統(tǒng)需要維護(hù)和檢修時(shí)，可使用煙氣閥門(mén)進(jìn)行管路切換，不需機(jī)組停機(jī)，實(shí)現(xiàn)全時(shí)段保產(chǎn)，為經(jīng)濟(jì)效益提供保障。

從整體流程觀察，所有酸霧凈化裝置設(shè)置在焙燒爐和尾氣風(fēng)機(jī)之間，減小了流經(jīng)尾氣風(fēng)機(jī)的氣體流量、溫度及酸度，能夠有效保護(hù)風(fēng)機(jī)。

3 改造效果

委托具有專(zhuān)業(yè)監(jiān)測(cè)資質(zhì)的機(jī)構(gòu)依據(jù)固定污染源廢氣低濃度顆粒物的測(cè)定-重量法 （HJ 836-2017）和環(huán)境空氣和廢氣HCl的測(cè)定-離子色譜法（HJ 549-2016），對(duì)改造后排放尾氣中的顆粒物和HCl含量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，顆粒物和HCl含量監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 顆粒物和HCl含量監(jiān)測(cè)結(jié)果Fig.3 Monitoring Results for Content of Particulate Matter and HCl

改造前，排放尾氣中顆粒物和HCl含量高達(dá)100～150 mg/m。改造后，由圖3所示的監(jiān)測(cè)結(jié)果可以看出，排放尾氣中顆粒物含量＜10 mg/m，HCl含量＜15 mg/m，滿(mǎn)足《軋鋼工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB28665-2012）中顆粒物和HCl均≤30 mg/m的要求。改造前尾氣風(fēng)機(jī)約4個(gè)月維修一次，2019年7月改造后投產(chǎn)至今，尾氣風(fēng)機(jī)始終正常運(yùn)行。

4 結(jié)論

（1）鞍鋼股份有限公司冷軋硅鋼廠將原鹽酸酸霧凈化系統(tǒng)中的一體式預(yù)濃縮器更換成分體的文丘里和文丘里分離器，增強(qiáng)了文丘里的負(fù)壓效果，對(duì)粉塵起到了較好洗滌作用，解決了噴頭結(jié)晶堵塞現(xiàn)象，且設(shè)備體積小，重量輕，安裝拆卸方便。

（2）對(duì)鹽酸酸霧凈化系統(tǒng)工藝流程進(jìn)行了優(yōu)化，增加了兩級(jí)換熱器和后文丘里設(shè)備，優(yōu)化后尾氣中顆粒物＜10 mg/m，HCl含量＜15 mg/m。原來(lái)尾氣風(fēng)機(jī)4個(gè)月維修一次，2019年7月改造后至今始終正常運(yùn)行。