鹽酸再生站工藝設計及運行

常勤學

（中冶南方工程技術有限公司，湖北武漢430223）

供排水

鹽酸再生站工藝設計及運行

常勤學

（中冶南方工程技術有限公司，湖北武漢430223）

介紹了寶鋼集團梅鋼2#酸再生站的噴霧焙燒法工藝流程設計，該系統(tǒng)采用了文丘里除塵器、新型化學堿洗尾氣凈化洗滌塔等新設備。投產后，運行穩(wěn)定，自動化操作及控制程度較高，整個系統(tǒng)運行能耗低。

鹽酸再生；噴霧焙燒法；氧化鐵粉；尾氣排放；運行

1 引言

近年來，隨著我國國民經濟的高速發(fā)展，冷軋帶鋼以其優(yōu)異的表面質量和良好的加工性能在家電、汽車、建材、設備制造等行業(yè)得到廣泛應用。熱軋鋼板只有在經過鹽酸酸洗，去除表面的各種氧化雜質后，才能夠進一步進行冷軋、鍍鋅、鍍錫、彩涂或退火等工藝的處理，生產出高附加值的產品。在此過程中，需要消耗大量鹽酸，同時會產生大量的酸洗廢液。這些酸洗廢液中含有大量的鐵鹽和相當數(shù)量的游離酸，具有極強的腐蝕性，對環(huán)境具有較大的危害性，如果不經處理直接排放，將造成嚴重的環(huán)境污染與資源浪費[1,2]。

酸再生技術的出現(xiàn)不僅有效地解決了冷軋酸洗廢液的環(huán)保與資源再利用問題，也為鋼鐵企業(yè)創(chuàng)造了可觀的經濟與社會效益。噴霧焙燒法是酸再生的主導技術，我國幾乎所有的鋼鐵企業(yè)酸再生系統(tǒng)均采用該技術。1985年寶鋼從奧地利引進噴霧焙燒法鹽酸再生裝置，之后鞍鋼、邯鋼、本鋼、武鋼等國內鋼鐵公司先后引進并建成了多套噴霧焙燒法廢鹽酸再生裝置，至今已有約30多套。近10年內，隨著我國工程技術的進步和設備制造水平的提高，該技術已經被國內企業(yè)掌握，并成功運用于多個項目。

隨著國家對環(huán)保排放的要求越來越嚴格，以及國家對鋼鐵行業(yè)產能過剩的調控，節(jié)能減排已是鋼鐵企業(yè)降低成本，提高企業(yè)競爭力的關鍵。酸再生裝置運行的穩(wěn)定與否會直接對焙燒爐燃料的用量、酸再生裝置的壽命、再生酸質量、污染物排放濃度和氧化鐵粉的品質產生影響。若酸再生系統(tǒng)設計及運行效果不佳，不僅不利于節(jié)能減排，而且會導致污染物排放超標，造成酸雨等現(xiàn)象危害環(huán)境，有的甚至危害到操作人員的身體健康。

為促進污染治理技術的進步，國家在2012年10月1日頒布實施的《軋鋼工業(yè)大氣污染物排放標準》GB 28665-2012中已明確規(guī)定：現(xiàn)有企業(yè)酸再生系統(tǒng)中的顆粒物排放濃度限值為30 mg/m3，氯化氫排放濃度限值為50 mg/m3；新建酸再生站顆粒物排放濃度限值為20 mg/m3，氯化氫排放濃度限值為30 mg/m3。[3]本文是以寶鋼集團梅鋼2#酸再生的工藝設計與實際運行為例，重點介紹酸再生工藝流程與新型設備，為國內設計噴霧焙燒法酸再生系統(tǒng)提供思路及運行數(shù)據(jù)，同時也為國內鋼鐵企業(yè)生產提供參考依據(jù)。

2 項目概況及存儲能力

2.1 項目概況

酸洗機組產量為120萬t/a，其酸洗機組入口段能力為125萬t/a。酸洗鐵損：0.4%。廢酸的成分見表1。機組年生產時間按照6500 h考慮，酸再生機組的處理能力設計為1套處理能力7000 L/h的酸再生機組。廢酸中的含硅量較低，同時考慮到投資、場地等因素，酸再生系統(tǒng)未設廢酸凈化裝置。

表1 廢酸主要成分

2.2 能源介質條件

能源介質主要有：生活水、工業(yè)水、脫鹽水、氮氣、壓縮空氣、燃料（本工程為焦爐煤氣）等。

2.3 物料存儲配置

系統(tǒng)物料存儲設置：廢酸、再生酸考慮存儲40 h以上；新酸、氫氧化鈉溶液的儲存按照兩周用量考慮；酸再生系統(tǒng)產生的氧化鐵粉考慮存儲48 h以上。具體設備數(shù)量及有效容積見表2。

表2 物料存儲裝置

3 工藝流程及設備特點

3.1 工藝流程

為保證酸再生尾氣排放達到良好的效果，本酸再生系統(tǒng)在傳統(tǒng)噴霧焙燒法的基礎上對煙氣凈化系統(tǒng)進行了優(yōu)化。整個流程可分為：化學熱處理段、煙氣冷卻段、煙氣吸收段、煙氣凈化段、氧化鐵粉段等五個部分。酸再生系統(tǒng)工藝流程見圖1。

圖1 酸再生系統(tǒng)工藝流程

3.1.1 煙氣冷卻系統(tǒng)

廢酸通過廢酸輸送泵輸送到廢酸過濾器，將廢酸中的固體顆粒和不溶解的殘留物從酸液中分離出來。過濾后的廢酸液進入到文丘里預濃縮器分離器中，廢酸通過在預濃縮器內與焙燒爐產生的熱焙燒煙氣直接進行熱交換導致部分酸液蒸發(fā)而進行濃縮。焙燒爐產生的高溫氣體在熱交換過程中溫度迅速下降，從400℃左右降至95℃左右。濃縮后的廢酸通過變頻控制泵恒量地將酸液不斷的供入焙燒爐內，酸液經噴槍上的噴嘴向焙燒爐內將廢酸噴成霧狀。噴槍上設有提升裝置可按操作要求抽出和插入。噴嘴前設有過濾器，防止噴嘴堵塞。

3.1.2 化學熱處理系統(tǒng)

在焙燒爐爐體的中部區(qū)域，沿爐體切線方向分布了3個互成120°的燃燒室。在燃燒室中，煤氣與助燃空氣發(fā)生混合并燃燒，高速沖入焙燒爐內。燃燒氣體在爐頂負壓的作用下，在焙燒爐內產生旋轉上升的氣流。酸槍噴嘴噴射的液滴同這些氣流相遇并發(fā)生強烈的化學反應，即按照下列方程式進行氧化水解反應：

焙燒爐排出的氣體由水蒸氣、HCl氣體及燃燒廢氣組成，從焙燒爐頂部離開并快速通過雙旋風分離器，將氣體中所含的約50%氧化鐵粉粉塵分離出來。分離出來的氧化鐵粉通過旋轉閥返回到焙燒爐中。然后焙燒氣體進入到文丘里預濃縮器中與循環(huán)酸液直接接觸進行熱交換，同時利用循環(huán)酸液洗滌氣體中殘留的氧化物固體顆粒。

3.1.3 氧化鐵粉系統(tǒng)

生成的Fe2O3固體顆粒大部分通過由于重力作用落到焙燒爐底部的錐形體中，再通過焙燒爐底部的旋轉閥排出；少部分細小的氧化鐵粉顆粒由于爐頂負壓的作用、氣流作用，隨著廢氣從爐頂排出。在焙燒爐底部安裝破碎機，用于破碎從焙燒爐壁上落下的氧化鐵粉團塊。為了減少氧化鐵粉中的氯根含量，在焙燒爐底部設有氧化鐵粉除氯裝置。

利用氣流傳輸系統(tǒng)，氧化鐵粉被輸送到氧化鐵粉倉內。在氧化鐵粉倉的頂部設計一個布袋除塵器對氣體和顆粒進行分離，以保證干凈的氣體排到大氣中去。為了進一步滿足運輸要求，鐵粉料倉下部設有一套自動包裝系統(tǒng)，將氧化鐵粉包裝成1 t的包裝袋。

3.1.4 煙氣吸收系統(tǒng)

經過冷卻和除塵后的氣體進入到吸收塔。為了吸收HCl氣體和保證再生酸的質量，采用漂洗水吸收。漂洗水從吸收塔頂部送入，通過頂部的噴嘴將漂洗水噴灑在吸收塔的填料上。氣體從吸收塔底部送入，在逆流過程中，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罐。

3.1.5 煙氣凈化系統(tǒng)

含有燃燒廢氣和含有微量HCl的尾氣從吸收塔頂部離開，經廢氣風機抽出后經過水平液滴分離器，進入文丘里除塵器。在該設備頂部用漂洗水循環(huán)洗滌焙燒尾氣，除去氣體中氯氣、氧化鐵粉微小顆粒和降低尾氣中HCl的含量。

焙燒尾氣最后進入洗滌塔。洗滌塔的噴淋水為工業(yè)水。氣體從洗滌塔底部送入，在逆流過程中，降低尾氣中HCl氣體的含量，同時去除掉部分氣體中氧化鐵粉微小顆粒。其化學反應方程式如下：

整套系統(tǒng)通過廢氣風機形成負壓狀態(tài)，保證正常運行，而且不會有任何氣體泄漏出來。焙燒后的煙氣經過了冷卻、除塵、吸收、洗滌凈化后，達到排放標準后的廢氣從排放煙囪中排向大氣。

3.2 工藝特點

與其他酸再生工藝不同，本系統(tǒng)在廢氣風機后設置了一座文丘里除塵器設備和一個兩層填料式洗滌塔。經過廢氣風機后的焙燒煙氣在經過文丘里除塵器設備的喉口時，氣液高速混合，達到了進一步去除煙氣中的鐵粉及酸霧的效果。兩層填料式洗滌塔上部噴淋的液體為工業(yè)水，下部為加入氫氧化鈉溶液的偏堿性循環(huán)液體。該洗滌塔可以很好地達到去除HCl氣體的效果，同時較傳統(tǒng)工藝減少了脫鹽水的消耗量。循環(huán)的液體通過溢流排至廢水處理站集中處理。

此外，廢氣風機設置在吸收塔之后，文丘里除塵器、洗滌塔之前，避免了廢氣風機抽力過大，有利于風機的正壓、負壓的系統(tǒng)平衡。

3.3 系統(tǒng)檢測與控制

檢測與控制是酸再生系統(tǒng)自動化程度高低的關鍵。良好的檢測與控制可以方便了解系統(tǒng)的運行狀態(tài)，對系統(tǒng)的穩(wěn)定運行起著極其重要的作用。本系統(tǒng)除正常必須的檢測與控制外，增設了以下檢測內容與控制要求。

（1）再生酸的密度檢測與控制。在吸收塔出液口設置了一臺密度儀，檢測出液口再生酸的密度，與吸收塔中噴淋液體的流量連鎖。

（2）煙氣殘氧濃度的檢測與控制。通過檢測焙燒爐頂部煙氣的殘氧濃度，可以反應出焙燒爐反應器內部化學反應的狀況，若殘氧濃度過高或過低，則說明焙燒爐內助燃空氣的量過剩或者不足。

（3）洗滌塔循環(huán)液體的pH值檢測與控制。用偏堿性的洗滌塔循環(huán)液體對焙燒煙氣進行化學洗滌，可以很好地中和掉煙氣中的HCl，減少尾氣中酸霧排放量。

4 工程運行情況

梅鋼2#酸再生系統(tǒng)于2011年9月正式投產，投產后系統(tǒng)運行穩(wěn)定。正常酸操作時，平均每小時可生產氧化鐵粉副產品1150 kg，再生酸7.25 m3（總HCl濃度為190±10 mg/L）。

以下以2012年3月份的實際生產數(shù)據(jù)為例進行分析。該月份正常生產時間為19天。

4.1 污染物排放

污染物的采樣及測定方法按照《固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態(tài)污染物采樣方法》GB/T 16157、《固定污染源排氣中氯化氫的測定硫氰酸汞分光光度法》HJ/T 27中的相關內容進行。

污染物排放檢測的結果見表3。污染物排放濃度達到了2012年10月1日頒布實施的到達《軋鋼工業(yè)大氣污染物排放標準》GB 28665的排放標準，同時也達到了寶鋼集團內部的排放標準（HCl 20 mg/m3，F(xiàn)e2O3(20 mg/m3，Cl25 mg/m3）。

表3 污染物排放檢測結果

4.2 氧化鐵粉品質

氧化鐵粉取樣方法為在鐵粉倉底部出口每4 h取樣一次，每12 h樣品進行混合并分3份，按照《鐵氧體用氧化鐵》GB/T 24244-2009中檢測方法進行檢測。檢測的氧化鐵粉性能指標見圖2。在沒有廢酸凈化處理的情況下，生產的氧化鐵粉指標中，F(xiàn)e2O3含量平均值為99.18%，氯化物（Cl-）含量平均值為0.081%，含水率平均值為0.1%，比表面積(SSA)平均值為3.65 m2/g。該數(shù)據(jù)中的Fe2O3含量達到了《鐵氧體用氧化鐵》GB/T 24244-2009中YHT3級指標（質量分數(shù)），但氧化鐵粉中的氯化物（Cl-）含量已低于YHT1級的指標。

圖2 氧化鐵粉性能指標

4.3 生產能耗指標

機組生產的能源介質平均消耗量見表4。機組能耗的主要能源介質為電能、焦爐煤氣，根據(jù)消耗量數(shù)據(jù)可得，機組每處理1m?的廢酸所需消耗的電能為74.43 kW·h，消耗的焦爐煤氣量為150 m3/h，折合熱量為630×103kcal。

Process Design and Operation of Hydrochloric Acid Regeneration Plant

CHANG Qin-xue
(WISDRI Engineering&Technology Corporation Limited,MCC,Wuhan,Hubei 430223,China)

The spraying and roasting technology designs of No.2 hydrochloric acid regeneration plant in Mei Steel of Baosteel Group are introduced.Venturi scrubber and new chemical alkali washing exhaust gas tower scrubber are adopted in this system.After the commissioning,the system runs stably,has a higher degree of automation and control.The operation energy consumption of the whole system is low.

hydrochloric acid regeneration;spraying and roasting technology;iron oxide powder;exhaust gas emission;operation

TQ111.3

B

1006-6764（2013）07-0052-05