高俊峰

（中冶南方工程技术有限公司能源环保分公司，湖北武汉，430080）

1 前言

钢铁行业中诸如冷轧薄板、冷轧薄宽钢带、冷轧窄钢带、冷轧硅钢以及等主要钢材品种所采用的生产工艺中都需要产生大量的废酸。2010年我国冷轧薄板的生产量为5177.8万t，而生产能力达到9955万t。冷轧厂酸洗产生的废酸液，具有极强的腐蚀性。如果采用石灰中和处理排放，会使亚铁离子氧化成三价铁离子，由于三价铁离子水解和氧化铁晶体长大是复杂的多项反应过程，一般难以分离，致使采用石灰中和方法处理废酸会产生大量废渣，造成严重的二次污染。[1]然而盐酸废液再生系统不仅可以对废酸液进行了处理，使之再生为酸洗机组可用的再生酸，而且在此过程中生产出了高质量的氧化铁粉，同样可以为酸再生工程建设方带来相当可观的收益。

2 工艺流程简介

喷雾焙烧法是目前国内外使用最多的、也是最成熟的盐酸再生方法。[2]喷雾焙烧法是利用FeCl2在高温、充足水蒸气和适量空气的条件下能定量水解的特性，在焙烧炉中直接将FeCl2转化为HCl和Fe2O3，反应生成的HCl气体被水吸收得到再生酸，这是一种彻底的直接的处理酸洗废液的方法。这种封闭循环系统不污染环境并且具有再生酸回收率高、再生酸中Fe2+含量少、Fe2O3品位高、系统设施紧凑等特点，因此被国内外大多数钢铁企业广泛采用。

如图1所示，酸洗废酸经过过滤后进入文丘里预浓缩器。废酸通过在预浓缩器内与焙烧炉产生的热焙烧气体直接进行热交换导致部分酸液蒸发而进行浓缩。浓缩后的废酸通过变频控制泵以恒量将酸液不断的供入焙烧炉内。焙烧炉下部切线方向布置有烧嘴，用以对焙烧炉加热。

喷入的酸液在高温的炉内发生下列分解反应：

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

2FeCl3+3 H2O=Fe2O3+6 HCl

固体颗粒的Fe2O3由于重力作用落到焙烧炉底部的锥形体中，通过焙烧炉底部的旋转阀排至氧化铁粉系统。

焙烧炉气体由水蒸气、HCl气体及燃烧废气组成，从焙烧炉顶部离开并很快通过旋风分离器，将气体中部分氧化铁粉粉尘分离出来。分离出的氧化铁粉通过旋转阀返回到焙烧炉。焙烧气体通过输送管道进入到预浓缩器和气液分离器部分，在预浓缩器中，高温气体与循环酸液直接接触进行热交换，由于部分酸液的蒸发使得循环酸液得以浓缩。同时利用循环酸液洗涤气体中残留的氧化物固体颗粒。

冷却和分离粉尘后的气体进入到吸收塔。为了吸收HCl气体和保证再生酸的质量，采用漂洗水收集罐中的漂洗水吸收。水从吸收塔顶部送入。吸收塔顶部有喷嘴将漂洗水喷在吸收塔的填料上。气体从吸收塔底部送入，在逆流过程中，气体中HCl被水吸收形成再生酸，并收集在吸收塔的底部，再生酸从吸收塔底部依重力流至再生酸储罐。

含有燃烧废气和含有微量HCl的水蒸气从吸收塔顶部离开，进入文丘里除尘器。通过文丘里除尘器循环泵的循环作用，使焙烧尾气在文丘里除尘器内得到循环洗涤，以去除气体中氧化铁粉微小颗粒和降低尾气中HCl的含量。

洗涤塔中用脱盐水循环洗涤尾气，气体从塔底部送入，在逆流过程中，降低尾气中HCl和Cl2的含量,同时去除气体中氧化铁粉微小颗粒。经过洗涤、吸收、净化，达到排放标准后的废气从排放烟囱中排向大气。

图1 盐酸再生喷雾焙烧工艺流程图

3 改进工艺运行方式

3.1 原工艺存在问题

现针对酸再生系统的烟气吸收和烟气净化两部分进行分析，可以得出以下几点结论：

3.1.1 酸再生系统产生的尾气在烟气吸收和烟气净化部分的运行温度为85℃左右，会促进文丘里除尘器和洗涤塔内介质水分的蒸发；

3.1.2 尾气在经过文丘里除尘器和洗涤塔的排放过程中也会带走相当一部分水分，这部分水分来自于喷嘴喷淋进入的循环介质；

3.1.3 文丘里除尘器是通过文丘里除尘器循环泵进行循环洗涤工作，在洗涤过程中会将尾气中的残留HCl、Cl2及氧化铁粉吸收入循环介质，使得循环介质Cl-离子等浓度增高，称为过浓缩现象；洗涤塔中亦是如此；

3.1.4 即使在水分流失后塔器内液位下降，随后进行补液仍无法改变循环介质中的Cl-离子等的累积，易造成烟气净化效率降低而使排放尾气难以达标。

3.2 改进工艺的理论基础

在酸再生系统工艺流程中，由于在吸收塔后的尾气不能达标，故使其按顺序先经过文丘里除尘器一级净化，后经过洗涤塔二级净化达到对尾气进行净化（注：也有相关案例是将洗涤塔作为一级净化，文丘里除尘器作为二级净化），使之能够达到达标排放要求。

以下是在生产初期文丘里除尘器和洗涤塔内未出现过浓缩现象时，对再生酸、漂洗水收集罐内液体介质、文丘里除尘器内循环介质以及洗涤塔内循环介质的成分指标做的对比，见表1。

表1 循环介质成分表 g/L

由表1可以看出在文丘里除尘器和洗涤塔内未出现过浓缩现象时，如果按照介质清洁度排序如下：洗涤塔内循环介质＞文丘里除尘器内循环介质＞漂洗水收集罐内液体介质＞再生酸。而这也正是酸再生烟气净化系统中逐级清洁、正常运行的基本保证，直接关系到烟囱排放尾气能否达标。

然而在过浓缩现象出现后，如果未能得到及时处理，则文丘里除尘器和洗涤塔中的各种成分的浓度会随着时间推移而不断上升。经检测，HCl的浓度分别可上升至25 g/L和10 g/L左右。为了改善这种过浓缩状态，按照通常的做法是采用对文丘里除尘器和洗涤塔进行强制排放，但增加了水处理站的处理水量。

3.3 改进后的工艺流程及实现功能

改进后的工艺流程见图2所示。

图2 改进后的工艺流程图

由图2可以看出，在酸再生烟气净化系统的基本流程上增加从洗涤塔循环泵出口分流至文丘里除尘器的管道，使洗涤塔中的循环介质得到脱盐水的补充而持续更新，而根据表一的介质成分可知排出的部分介质浓度低于文丘里除尘器中的循环介质浓度，本身即可对文丘里除尘器进行更新介质的补充。同理，在增加从文丘里除尘器循环泵出口分流至漂洗水收集罐的管道也可以实现对文丘里除尘器内循环介质的持续更新，而排出的部分介质亦可用于从漂洗水收集罐中喷入吸收塔中对HCl气体的吸收。

通过对改进后的工艺流程进行分析，可以得出其具备以下功能：

（1）对烟气净化系统中的文丘里除尘器和洗涤塔内的循环介质进行持续更新，保证了其中各种成分的相对稳定；

（2）在对循环介质持续更新的过程中，文丘里除尘器和洗涤塔中的更新介质最终可排至漂洗水收集罐内，用于对吸收塔中HCl气体的吸收，不会增加酸再生站的废水排放量。

（3）同时，在确保文丘里除尘器和洗涤塔两级净化的循环介质清洁的情况下，可以达到对尾气排放的指标保证。

4 运行参数控制

4.1 物料平衡分析

根据改进后的工艺流程，可得以下物料平衡公式：

洗涤塔：

Q11+Q12＝Q13+Q14

Q11——洗涤塔进尾气带入介质量

Q12——洗涤塔补充脱盐水量

Q13——洗涤塔排尾气带走介质量

Q14——洗涤塔循环泵出口分流到文丘里除尘器介质量

Q14=Q12-（Q13-Q11）

Q13-Q11为洗涤塔尾气进出的介质量差值，此差值与酸再生的设计能力有关，设计能力确定的条件下，可视此值为常数。由此可见，洗涤塔循环泵出口分流到文丘里除尘器介质量Q14与其补充脱盐水量Q12成正比。

文丘里除尘器：

Q21+Q22+Q14=Q23+Q24

Q21——文丘里除尘器进尾气带入介质量

Q22——文丘里除尘器补充脱盐水及漂洗水量

Q23——文丘里除尘器排尾气带走介质量

Q24——文丘里除尘器循环泵出口分流到漂洗水收集罐介质量

Q24-Q14=Q22-（Q23-Q21）

Q23-Q21为文丘里除尘器尾气进出的介质量差值，此差值与酸再生的设计能力有关，设计能力确定的条件下，可视此值为常数。由此可见，文丘里除尘器循环泵出口分流到漂洗水收集罐介质量Q24与洗涤塔循环泵出口分流到文丘里除尘器介质量Q14的差值与文丘里除尘器补充脱盐水及漂洗水量Q22成正比。

此外，由于文丘里除尘器循环泵出口分流到漂洗水收集罐介质量进入漂洗水收集罐后供应对吸收塔的HCl气体的吸收，故而其值不可大于其酸再生设计能力状态下的吸收塔喷淋量Q吸收塔，应有Q24∈（0，Q吸收塔）。如将文丘里除尘器补充脱盐水及漂洗水量Q22设定为文丘里除尘器进出尾气介质量差值Q23-Q21，则可得 Q14∈（0，Q吸收塔），且 Q24同样与洗涤塔内补充脱盐水量Q12成正比。

4.2 运行参数选择

(1)由以上物料平衡分析可得，为满足文丘里除尘器与洗涤塔内循环介质的持续更新要求，需要使Q14及Q24值大于0；

(2)同时应考虑其分流流量不可过大，过大则会造成补液浪费；

(3)考虑以上两项选择条件的基础上，同时按照物料平衡分析中所确定的流量控制区间（0，Q吸收塔）来确定其分流量，此值与酸再生站设计能力下的净化系统蒸发量有关，在某设计能力为3 m3/h的酸再生站采用约1 m3/h的分流量被证实是可行的。

5 小结

本文对盐酸再生工艺进行了改进，使之能够实现对洗涤塔和除尘文丘里内的循环介质的连续更新，避免其过浓缩现象的出现，保证了其中各种成分的相对稳定，确保尾气排放指标。同时可将更新后排出的循环介质用于对再生酸的吸收。并通过在理论上分析该盐酸再生工艺改进的可行性，确定了实际运行过程中的工作状态及运行参数，确认该系统得到优化改进。

[1]张海东，张秀凤，孙金茂.废盐酸的再生利用[J].金属制品.2008年8月第4期.

[2]陈琦.盐酸再生脱硅预处理技术探讨[J].冶金环境保护.2012年第5期.