酸再生废气中酸雾及铁粉超标问题的探讨

1、酸再生废气中酸雾及铁粉超标问题的探讨【摘 要】采用RUTHNER（焙烧）法处理含氯化亚铁的盐酸，其排向大气的烟气中的HCl酸雾和Fe2O3含量一直难以控制，国内诸多酸再生处理机组均存在类似的问题，本文对酸再生机组进行详细分析，提出了一些解决问题的注意事项和改进方法。【关键词】酸再生 超标 建议 改进1.前言随着我国基础建设的不断扩展，近年来我国钢铁工业正面临大发展的历史机遇，尤其是高附加值的冷轧板材产品。在冷轧工艺中带钢酸洗是必不可少的，因此酸洗后废酸的处理便是成为一个集能源循环利用与环保于一身的研究课题。国内钢厂对酸洗带钢后产生的富含氯化亚铁的盐酸基本上均采用喷雾焙烧法进行再生处理1。目前国

2、内酸再生装置主要存在的问题是排放的废气中氯离子和氧化铁粉含量经常性出现超过内控标准（70 mg/Nm3），甚至超过国家排放标准（120mg/Nm3）,超标排放的氧化铁粉严重污染周围环境且对人的呼吸系统也产生伤害，废气中的酸雾危害大气且氯离子对臭氧层有很大的破坏性。因此国内很重视这个指标，也投入了一定的人力和物力进行攻关，但效果不显著仍存在一些突出问题：（1）废气中酸雾及氧化铁粉含量很不稳定并且波动很大；（2）预浓缩器内循环喷嘴结块影响喷淋效果，吸收塔和洗涤塔压力降过大；（3）洗涤塔结构简单，洗涤能力不佳。针对这些主要问题，本文对酸再生机组的工艺及设备等进行分析，力求准确找出原因并提出相关对策。

3、2.工艺流程及关键设备分析2.1 酸再生废气处理工艺流程下面对酸再生流程2进行一下介绍（见图 1），处理酸储罐内的废酸用泵送入罐区中的处理酸罐，再由处理酸输送泵打入预浓缩器顶部，在预浓缩器内通过循环泵进行自循环。通过循环，一方面部分废酸在预浓缩器中被蒸发，另一方面从焙烧炉反应生成的 HCl 蒸气可以在此得到冷却。预浓缩器内所循环的废酸部分由焙烧炉的增压泵定量地送入焙烧炉进行焙烧反应。废酸在焙烧炉中发生一系列物理化学反应，水分被蒸发；FeCl2、FeCl3经焙烧后生成 Fe2O3和 HCl 蒸气，反应方程式如下：4FeCl24H2OO22Fe2O38HCl2FeCl33H2OFe2O36HCl焙

4、烧炉的反应气体由燃烧气、水蒸气和盐酸酸气组成，从焙烧炉顶部被抽出，通过双旋风分离器，分离部分 Fe2O3颗粒，然后反应气进入预浓缩器，在预浓缩器中通过和循环酸直接接触而被冷却，清洗后进入吸收塔，在吸收塔中经漂洗水吸收 HCl 气体后即形成再生酸。整个上述的盐酸蒸气流动都是通过一台废气风机来实现的。含有少量 HCl 的废气从吸收塔顶部溢出，进入两级洗涤塔。作为废气的最后一级处理，在洗涤塔的上部喷淋纯水，而下部则喷淋 FeCl2液体。这样处理以后，废气中 HCl 含量可小于 30 mg/m3，Cl2含量小于 5 mg/m3，Fe2O3含量小于50 mg/m3，完全符合国家的环保排放标准后通过烟囱排

5、入大气。 图1 酸再生工艺流程图 图2 焙烧炉2.2 关键设备的结构及工艺分析 焙烧炉. 焙烧炉是再生机组的核心设备(见图2)，在此设备中废酸被加热生成HCl气体和氧化铁粉。此过程中反应的彻底与否、铁粉排出的畅通与否直接影响到废气中氯离子及铁粉含量。氯化亚铁的氧化水解反应的必要条件是：炉内温度必须保证在550-800之间(炉顶温度在385以上)；空燃比（现为1.05）合适且稳定。燃气中粉尘含量与工艺设计和控制有密切关系，当炉温升高或者空燃比增大都将增大燃气的粉尘量；另外，炉底破碎机和旋转阀两部件工作故障则导致炉内压力降增大也会增大炉气铁粉带出量。 旋风除尘器. 旋风除尘器的主要功能是利用离心原

6、理将烟气中的氧化铁粉分离出来，并通过回灰管道返回焙烧炉内。与除尘器连接处的密封效果对分离效果是至关重要的，若这些部位发生泄露，除尘器内的气流状态将发生变化，会引起被分离出来的氧化铁粉被再次扬气，减弱了分离效果。除尘器与焙烧炉的连接处密封不良的最直观表现是除尘器底部的热电偶检测到的温度下降。在正常生产情况下，此处的温度在280以上，一旦密封不良，温度将明显下降，因此当发现此处的温度不能保持正常水平时，该设备的分离效果将会受到影响。表1是根据旋风除尘器底部的温度不同对分离效果进行取样分析的比较。表1 不同温度下除尘器的分离效果底部温度/除尘器入口含尘浓度/（mg.m-3）除尘器出口含尘浓度/（mg

7、.m-3）320280130530053005300276029863415 预浓缩器文丘里式预浓缩器的结构主要包括七个部分：顶盖、上部件、中部件、下部件、插入体、喉部锥体及喷射装置，如图3。预浓缩器作用有三：（1）浓缩废酸：废酸与高温焙烧气体直接接触时可吸收烟气中的HCl气体；同时废酸被加热，部分水分蒸发而浓缩。 （2）冷却焙烧气体：将高温焙烧气体温度降至操作许可范围内，以保证其后的吸收过程顺利进行，因为吸收塔的材质不能承受高温。（3）清洗焙烧气体：使气体中的氧化铁粉降至许可范围，以保证再生酸中对铁含量的要求。文丘里除尘的原理如下（图4）：在细颈区气体速度为V1、液体速度为V2（V1V2），

8、使液体与气体之间产生很大的相对速度，液体变成液滴，附着在气体中的氧化铁粉微粒上，增加了氧化铁粉自重而从焙烧气体中分离出来，分离出来的氧化铁粉在浓缩器中与废酸接触并发生如下反应：Fe2O3(S)+6HCl(l)=FeCl3+3H2O 图3 预浓缩器结构图 图4 文丘里除尘原理图预浓缩器具有以下特点：（1）作为烟气通道上的一个重要部件，预浓缩器只在喉部设一锥体来产生较大的阻尼，所以文丘里式结构的预浓缩器对烟气产生的压力降非常小，一般只有1.5KPa。（2）当高温烟气以较大的速度进入预浓缩器后，在变径作用下速度逐渐变慢，延长了烟气与循环废酸接触时间，最大限度地达到热交换的目的。（3）浓缩器中插入体的

9、功能就是将烟气中的一部分液体和固体分离出来，因此预浓缩器中的氧化铁粉的分离是靠它来完成的。（4）在顶盖上对称分布有四个喷嘴，它们能保证循环废酸的分布均匀性和喷淋密度。而喷嘴喷出废酸液滴的的大小与喷嘴压力及喷淋密度密切相关，喷淋压力和密度越大，则喷出的液滴越细小。由于喷嘴所处的区域是高温废气进入的部位，温度通常在320以上，而从喷嘴喷出的液体富含氯化亚铁盐还有一部分的氧化铁粉，因此在喷嘴处极易结垢引起喷嘴堵塞，导致循环废酸流量减小，从而直接影响喷嘴的喷射角度和压力，这样会使废酸与高温气体之间的热交换功能下降、预浓缩器的除尘能力和吸收HCl气体量均下降 吸收塔. 由于再生酸有浓度要求，所以在吸收塔

10、内不能完全吸收掉废气中的HCl气体和氧化铁粉，那么在出吸收塔的废气中仍然有一定量的HCl气体和铁粉。吸收塔中影响再生酸浓度的因素有以下几个：（1）焙烧炉中HCl气体含量（2）焙烧气体温度（3）飘洗水的喷流量。 废气风机. 废气风机是整个机组的心脏，它为整个系统提供微负压，保证废气依次通过各装置排出至大气中，而且它还有除尘功能，废气沿风机叶轮轴线进入内部后其中的固体颗粒会吸附在叶轮表面，而叶轮表面的冲洗装置可以将叶轮表面粉尘分离出来。 洗涤塔. 洗涤塔是处理废气的最后也是最重要的设备()，其工作原理为：首先由脱盐水进水管道从洗涤塔上方往洗涤塔内注水，水位到达泵启动液位后，启动循环泵，将底部的水通

11、过管道输送到顶部，由喷嘴在塔内以一定的角度向下喷洒，由填料层再回至底部，如此反复。由于脱盐水是连续的注水，因此洗涤塔底部的水位逐渐升高，最终达到溢流，由溢流管道进入中间水罐。洗涤塔存在的问题分析：（1）循环水质量不受控。循环水的溢流完全靠脱盐水进水量控制，但塔内填料的污染程度是逐渐增加的，那么循环水被污染程度也在增加，显然影响了循环水的清洗效果。（2）补充脱盐水的喷嘴只能补充水，而补充水量知识循环水量的1/15，在塔内喷出的液滴无法形成有效的液膜，对废气的洗涤效果几乎没有。（3）填料老化降低除尘效果。 图5 现洗涤塔结构图 图6 洗涤塔改进建议图3.注意事项及改进建议3.1 注意事项（1）要密

12、切注意再生系统的几个关键温度：焙烧炉炉顶温度、双旋风除尘器底部温度（2）针对预浓缩器喷嘴易结垢的问题，首先应该设法降低喷嘴周遍温度，采用的办法是对喷枪进行绝热保护；其次是对喷嘴采取定期的清洗，清洗周期定为一个月一次对生产基本没有什么负面影响。（3）吸收塔填料应定期更换，以塔内压力降为标准，当压力降过大即填料已被氧化铁粉污染3.2 洗涤塔改进建议改进后的洗涤塔结构见图6，在液滴分离器和原洗涤之间再添加一清洗装置，将塔顶补充的纯水用压缩空气吹扫成雾状形成一横向的水膜，这样就形成了对排放废气的最后一道高效彻底的清洗；另外一个重要环节就是将氯化亚铁引入洗涤塔底部来代替脱盐水对废气进行吸收，这样可以利用氯化亚铁和氯气进行反应去除有毒气体氯气。改造后洗涤塔的工艺为：洗涤塔开始运行模式同原来，泵打循环后，开始从底部废酸管道向洗涤塔 补充废酸，此时脱盐水管道阀门关闭，同时打开脱盐水补充管道上方的压缩空气和水混合管道的控制阀门向下喷水。此改进方式的主要控制要点如下：（1）废气量的核算：目前洗涤塔 的总压力降位2000Pa左右，洗涤塔上方改造后将会使塔内阻尼增大，因此必须考虑废气风机能力是否能满足要求,建议将变频马达从75KW增加到90KW。（2）压缩空气和水量的确定：这个量主要根据烟到内小时通过的废气量来决定的，本文改进拟采用压缩空气的量为200L/h，水的量为400 L/h，在压缩