酸再生废气中酸雾及铁粉超标问题的探讨

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。

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：

4FeCl2＋4H2O＋O2＝2Fe2O3＋8HCl

2FeCl3＋3H2O＝Fe2O3＋6HCl

焙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

2.2.1 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

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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。2.2.2 旋风除尘器. 旋风除尘器的主要功能是利用离心原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.m-3）

320 280 130

5300

5300

5300

2760

2986

3415

2.2.3 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（V1》V2），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

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