鹽酸再生系統文丘里預濃縮器壓降升高問題分析

趙海，高俊峰（中冶南方工程技術有限公司能源環保分公司，湖北武漢　430223）

鹽酸再生系統文丘里預濃縮器壓降升高問題分析

趙海，高俊峰
（中冶南方工程技術有限公司能源環保分公司，湖北武漢430223）

【摘要】主要針對鹽酸再生工藝的基本流程做了闡述，在此基礎上對某鹽酸再生站文丘里預濃縮器所出現的壓降升高問題進行分析，討論出現該現象的各種可能性，并通過篩選得到最終原因，從而獲得針對該問題的處理方案。

【關鍵詞】酸再生；文丘里預濃縮器；壓降；處理方案

Analysis of Rising of Venturi Preconcentrator Pressure Drop in Hydrochloric Acid Regenerating Plant

ZHAO Hai，GAO Junfeng
(Energy and Environmental Protection Branch of WISDRI Engineering & Research Co., Ltd., Wuhan, Hubei 430223, China)

【Abstract】The basic flow of hydrochloric acid regenerating process(ARP) was mainly described, based on which the problem of rising pressure drop in the Venturi Preconcentrator of a ARP system was analyzed. Various possibilities causing the problem were discussed, the ultimate cause was finally pinpointed and solution was accordingly drawn up.

【Key words】ARP; venturi preconcentrator; pressure drop; solution

1　前言

鋼鐵行業中諸如冷軋薄板、冷軋薄寬鋼帶、冷軋窄鋼帶、冷軋硅鋼以及等主要鋼材品種所采用的生產工藝中都需要產生大量的鹽酸廢液。噴霧焙燒法是目前國內外使用最多的、也是最成熟的鹽酸再生方法[1]。噴霧焙燒法是利用FeCl2在高溫、充足水蒸氣和適量空氣的條件下能定量水解的特性，在焙燒爐中直接將FeCl2轉化為HCl和Fe2O3，反應生成的HCl氣體被水吸收得到再生酸，這是一種徹底的直接的處理酸洗廢液的方法。這種封閉循環系統不污染環境并且具有再生酸回收率高、再生酸中Fe2+含量少、Fe2O3品位高、系統設施緊湊等特點，因此被國內外大多數鋼鐵企業廣泛采用。

2　工藝流程簡介

圖1　鹽酸再生噴霧焙燒工藝流程圖

如圖1所示，酸洗廢酸經過過濾后進入文丘里預濃縮器。廢酸通過在預濃縮器內與焙燒爐產生的熱焙燒氣體直接進行熱交換導致部分酸液蒸發而進行濃縮。濃縮后的廢酸通過變頻控制泵以恒量將酸液不斷地供入焙燒爐內。焙燒爐下部切線方向布置有燒嘴，用以對焙燒爐加熱。噴入的酸液在高溫的爐內發生下列分解反應：

固體顆粒的Fe2O3由于重力作用落到焙燒爐底部的錐形體中，通過焙燒爐底部的旋轉閥排至氧化鐵粉系統。

焙燒爐氣體由水蒸氣、HCl氣體及燃燒廢氣組成，從焙燒爐頂部離開并很快通過旋風分離器，將氣體中部分氧化鐵粉粉塵分離出來。分離出的氧化鐵粉通過旋轉閥返回到焙燒爐。焙燒氣體通過輸送管道進入到預濃縮器和氣液分離器部分，在預濃縮器中，高溫氣體與循環酸液直接接觸進行熱交換，由于部分酸液的蒸發使得循環酸液得以濃縮。同時利用循環酸液洗滌氣體中殘留的氧化物固體顆粒。

冷卻和分離粉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，采用漂洗水收集罐中的漂洗水吸收。水從吸收塔頂部送入。吸收塔頂部有噴嘴將漂洗水噴在吸收塔的填料上。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。

含有燃燒廢氣和含有微量HCl的水蒸氣從吸收塔頂部離開，進入文丘里除塵器。通過文丘里除塵器循環泵的循環作用，使焙燒尾氣在文丘里除塵器內得到循環洗滌，以去除氣體中氧化鐵粉微小顆粒和降低尾氣中HCl的含量。

洗滌塔中用脫鹽水循環洗滌尾氣，氣體從塔底部送入，在逆流過程中，降低尾氣中HCl和Cl2的含量，同時去除氣體中氧化鐵粉微小顆粒。經過洗滌、吸收、凈化，達到排放標準后的廢氣從排放煙囪中排向大氣。

3　現象

經調查，近段時期（4月中旬）以來，某鋼廠酸再生站系統運行不太穩定，并出現以下現象：

（1）文丘里預濃縮器壓降瞬間升高，有時壓降可能達到10 kPa左右；

（2）文丘里預濃縮器壓降升高有時造成廢氣風機滿負荷運轉；

（3）爐頂負壓不能滿足要求而造成系統停車。

4　原因分析

4.1原因

由以上現象基本可以排除儀表出現問題的可能性，應為文丘里預濃縮器實際壓降升高造成，而可能造成其壓降升高的原因基本有兩種情況：

（1）文丘里預濃縮器喉口位置堵塞；

（2）文丘里預濃縮器內液位升高淹沒其擴散段與分離器段之間的方形煙氣通道。

4.2分析討論

4.2.1文丘里預濃縮器喉口位置堵塞分析

根據最近一次現場打開文丘里預濃縮器上部人孔后發現，在文丘里喉口位置堵塞有大塊物體。經過將該物體取出檢查，發現其有較高硬度，根據該硬物的外觀分析其應為沾有廢酸的氧化鐵粉塊或FeCl2結晶物。為進一步分析，故將其硬物置于水中，看其能否溶解并觀察其水溶液，以此判定其具體為氧化鐵粉塊還是FeCl2的結晶物。

通過對其溶解液觀察，發現其底部沉積有大量不溶固體，且為氧化鐵紅色，基本可判定其為氧化鐵，但其澄清溶液顏色稍有偏綠色，可認為其為Fe-Cl2溶液。由此可推測文丘里預濃縮器喉口堵塞的硬物為氧化鐵粉塊與FeCl2結晶物的混合物（經過將該物質溶液進行化驗，溶液含有Fe2+濃度為26.81 g/L，基本可確認其中含有FeCl2結晶物）。

在文丘里頭部仍可看到有該硬塊掛在側面，這些硬塊在運行中掉落仍會堵塞喉口，現場予以了清除。

對于該文丘里預濃縮器喉口硬物的來源分析，有如下問題：首先，為何有大量的氧化鐵粉在此處聚集？其次，為何此現象在4月份中下旬之前運行正常，在4月份中下旬之后出現？對此，特別將4月份以來酸再生站供回酸臺賬調出，分析該時間段酸再生供往酸洗線的再生酸量及成分和酸洗線供回的廢酸量及成分，見表1。

經過計算發現以下3點問題：

（1）酸再生站接收來自酸洗線的廢酸總酸值很高（256.41~317.34 g/L），特別是5月6日，該廢酸總酸值高達317.34 g/L，嚴重高于工藝技術要求的200 g/L，超過1.5倍。

（2）經過脫硅處理后的廢酸中Fe2+含量也高出脫硅液Fe2+標準值158.36 g/L，在196.70~243.44 g/L之間。

（3）根據總酸值及供回酸量進行平衡計算，無法滿足該Cl離子平衡，供回酸平衡差異比（以HCl計）為1.38，這期間共有36.64 t HCl在酸洗線處損耗，超出了正常的HCl損耗率。據此猜測有可能是因為酸洗線處酸濃縮揮發嚴重造成。經過與酸洗線工程師交流詢問，4月中旬硅鋼酸洗進行了部分工藝運行調整，酸洗工藝運行溫度由原來的80℃升高到95℃左右，且該調整造成酸洗線排出的廢酸濃度升高，總酸值較大，且HCl揮發量增加，這一點與此次出現問題現象的時間相符。

如此高的總酸值，經過脫硅后完全以FeCl2溶液形式存在于廢酸中，導致Fe2+含量升高，達到正常的1.5倍，嚴重超出酸再生機組所能承受的濃度，并且使其在文丘里預濃縮器中形成過濃縮析出晶體。并且氧化鐵粉在經過雙旋風除塵器除塵后的氧化鐵粉含量也高出正常值范圍，均對文丘里預濃縮器喉口的氣液流態造成影響。

此外，對于該硬塊的來源還有可能是由于循環酸過濾器未投入運行，旁通管被打開，造成廢酸中的雜質在文丘里內部循環時聚集，且堵塞了文丘里噴管使文丘里頭部噴液狀況出現問題，無法實現文丘里預濃縮器喉口的氣水混合流態需求，見圖2。

圖2　文丘里預濃縮器噴管噴液不勻

表1　2014年4月中旬以來供再生酸及接收廢酸臺賬報表

4.2.2文丘里預濃縮器內液位升高淹沒其擴散段與分離器段之間的方形煙氣通道分析

對于此種可能性，通過調出系統運行曲線，檢查了出現問題的時間段該文丘里預濃縮器的液位高度，其高度頻繁波動，波動均為先降后升（見圖3），且波動的最高值約為2.0 m左右。

圖3文丘里預濃縮器波動曲線

通過選取某一時間點，對4月26日晚19：00時間點的文丘里預濃縮器后負壓及文丘里預濃縮器分離器的液位進行對比，可見該時間點文丘里預濃縮器后負壓達到了可測量范圍的最大值- 10.0 kPa，如果是由于文丘里預濃縮器內液位升高淹沒其擴散段與分離器段之間的方形煙氣通道的原因造成壓降升高，則此時的文丘里預濃縮器分離器的液位應為最高。但該時間點液位為1.85 m，并非此選取時間段內最高，也不滿足可淹沒擴散段與分離器段之間的方形煙氣通道的液位高度，故可認為此種假設不成立。

5　結論

經過對以上現象進行分析，并通過相關計算得出以下結論：

（1）4月份以來，廢酸中總酸值（以HCl計）過高，經過脫硅后完全以FeCl2溶液形式存在于廢酸中，導致Fe2+含量升高，達到正常的1.5倍，使其在文丘里預濃縮器中形成過濃縮后析出晶體。并且氧化鐵粉在經過雙旋風除塵器除塵后的氧化鐵粉含量也高出正常值范圍，均對文丘里預濃縮器喉口的氣液流態造成影響而產生堆積。

（2）循環酸過濾器未使用、文丘里噴管堵塞等原因也會造成文丘里預濃縮器喉口堵塞，壓降升高而產生后續問題導致系統不穩甚至停車。

6　處理方案及建議

（1）從酸洗線源頭處理，對于現在所采用的酸洗方式進行改良優化，降低酸洗溫度，減少過酸洗現象。

（2）嚴格控制廢酸的排放濃度，降低其排放至酸再生站的廢酸總酸值。

（3）經常性檢測廢酸總酸值，發現濃度過高時采用臨時性在酸再生廢酸儲存罐內對廢酸進行加水稀釋，將其稀釋至正常的總酸值200 g/L（以總HCL計），然后再進行后續的再生處理。

經過以上措施處理后，結晶堵塞現象基本消失，酸再生系統運行正常。

綜上所述，酸再生系統出現以上所述情況時，建議加強對酸洗機組的運行管理，優化和固化運行參數，減少過酸洗及HCl鹽酸的揮發損耗，降低酸洗成本。嚴格控制排放至酸再生站的廢酸總酸值和濃度。

同時，還針對本實例酸再生系統出現的狀況，給予以下操作維護建議：

（1）經常性檢查管路信息，確保不會有類似循環酸過濾器被短接的現象發生；

（2）每次長時間停機后或大修期間，檢查并清理文丘里喉口包括文丘里噴管在內的各噴液噴管及噴嘴；

（3）完善臺賬記錄制度，確保每次出現任何問題有據可查，可以提供第一手問題分析材料，并在此基礎上監測廢酸的各項指標；

（4）掌握一套酸再生系統問題分析的方法，逐步排除不成立的假設，最終分析得到問題的根本原因。

[參考文獻]

[1]陳琦.鹽酸再生脫硅預處理技術探討[J].冶金環境保護，2012，5.

作者簡介：趙海（1961－），男，1984年畢業于武漢理工大學給排水專業，高級工程師，現從事給排水、廢酸再生項目管理工作。

收稿日期：2014－12－19

【中圖分類號】X703

【文獻標識碼】B

【文章編號】1006-6764(2015)04-0006-06