鞍鋼酸再生機組鹽酸酸霧凈化系統改造實踐

張洪磊，孫海權，閆子晗

（鞍鋼集團工程技術有限公司，遼寧 鞍山 114021）

帶鋼進入軋機軋制之前，需要用鹽酸對其表面進行清洗，以去除金屬表面的氧化物及雜質，確保帶鋼產品的合格性。這些過程都是在不同濃度的鹽酸酸液中進行的，并通過蒸汽加熱、電加熱等方法對鹽酸酸液加溫，以加速酸洗過程的化學反應，酸洗后還需使用熱水進行沖洗，以去除金屬表面殘留的酸液，然后對酸洗廢液再生利用。鞍鋼股份有限公司冷軋硅鋼廠（以下簡稱“冷軋硅鋼廠”）酸再生機組采用Ruthner（魯茲納）法鹽酸再生技術，即噴霧焙燒工藝，其原理是一種高溫、高速噴霧式的快速水解反應，特點是將酸洗廢液處于高溫和氧氣氣氛環境下，將氯化亞鐵（少量的三價鐵）分解成HCl和三氧化二鐵（少量的氧化亞鐵）。此過程始終產生和排放酸霧，尾氣中的顆粒物和HCl排放嚴重超標，在一定程度上腐蝕了廠房的鋼結構和機電儀器設備，對環境造成嚴重污染，甚至危及人的健康。因此，對冷軋硅鋼廠酸再生機組鹽酸酸霧凈化系統進行了改造，本文對此進行介紹。

1 鹽酸酸霧凈化技術及現狀

針對噴霧焙燒法酸再生所產生尾氣的鹽酸酸霧凈化技術基本原理是：由于酸霧是在工藝過程中鹽酸經高溫加熱及循環流動時產生的，主要成分為水蒸汽、HCl氣體、氮氣及二氧化碳，普遍利用HCl氣體極易溶于堿液或水的特性，采用噴淋的方式對酸霧中的顆粒物和HCl氣體進行洗滌、反應和吸收，以達到降低顆粒物和HCl含量、滿足環保要求的目的。

鹽酸酸霧凈化技術的發展經歷了酸霧凈化塔集中凈化、噴嘴式文丘里噴淋凈化、酸霧冷卻工藝凈化三個階段，目前常采用在酸霧凈化塔前設置一套酸霧冷卻器，利用水蒸汽低溫冷凝以及在低溫下HCl更易溶于水的特性，使大量的HCl氣體在進入凈化塔之前被冷凝成液態的水霧并予以收集再利用，降低了凈化塔的負荷，提高了凈化效果。

冷軋硅鋼廠鹽酸酸霧凈化系統運行了15年，存在鋼襯膠式文丘里噴嘴及進氣口易堵塞、系統老化等問題，顆粒物和HCl排放均嚴重超標，高達100～150 mg/m，不能滿足現有生產排放要求，更難以達到日益嚴格的環保要求，必須對其改造以達到生產及環保要求。

2 改造方案

2.1 酸霧凈化系統設備結構改造

冷軋硅鋼廠酸再生機組一體式文丘里設備常常出現噴嘴及入口氣體管堵塞現象，嚴重影響洗滌效果，并且設備體積、重量大，不便于管理和維護。將原有的一體式預濃縮器設備改為分體式的文丘里和文丘里分離器設備，文丘里采用4個切線大噴管形式，切線進酸，在文丘里內廢酸形成旋流分布成液膜。文丘里分離器采用旋流式設計，側面切線進氣，頂部出氣，負壓運行，尾氣進入吸收塔。此結構形式不僅利用了文丘里的物理原理，同時也利用了漩渦原理，進一步增強了文丘里的負壓效果。高溫氣體穿過液膜進行傳熱傳質，氣液在喉口處混合、換熱，使高溫氣體充分冷卻，夾帶的固體顆粒物被充分洗滌，從根本上解決了老式文丘里噴嘴堵塞問題。改造后的文丘里重量輕，較老式鋼襯膠文丘里重量輕80%以上，且基本免維護，保養亦簡便易行。

2.2 酸霧凈化系統工藝優化

冷軋硅鋼廠酸再生機組原有鹽酸酸霧凈化系統工藝流程見圖1。

圖1 改造前的鹽酸酸霧凈化系統工藝流程圖Fig.1 Process Flow Diagram for Purification System for Acid Mist from Hydrochloric Acid before Upgrading

焙燒爐出來的尾氣經過預濃縮器、吸收塔噴淋洗滌，最后由洗滌塔頂部煙囪排入大氣。改造原系統工藝，將來自于吸收塔的焙燒尾氣進入第一級降膜石墨換熱器，在換熱器上部帶有降膜噴水設置，依靠水的張力形成水膜洗滌尾氣中的HCl，水蒸氣被冷卻成水，流入石墨換熱器底部進而流入集水槽，同時將焙燒尾氣溫度降低；然后焙燒尾氣進入第二級石墨換熱器，循環冷卻水與焙燒尾氣進行間接換熱，冷凝后的含酸水流入石墨換熱器底部進入集水槽（用作吸收塔吸收液），再次降低焙燒尾氣溫度；而后焙燒尾氣通過后文丘里再次半水封式洗滌及氣液分離器進行再次洗滌和降溫降速，再由尾氣風機進入洗滌塔（堿洗功能），用脫鹽水洗滌，洗滌液流入集水槽，尾氣最后經煙囪排入大氣。改造后的鹽酸酸霧凈化系統工藝流程圖見圖2。

圖2 改造后的鹽酸酸霧凈化系統工藝流程圖Fig.2 Process Flow Diagram for Purification System for Acid Mist from Hydrochloric Acid after Upgrading

如圖2所示，氣體溫度變化趨勢如下：

（1）焙燒爐生產時產生的含水、粉塵、HCl的尾氣溫度為370～450℃；

（2）尾氣從焙燒爐進至新型文丘里后，文丘里出口處溫度降至85～95℃；

（3）尾氣從新型文丘里進至吸收塔，吸收塔出口處溫度降至75～80℃；

（4）尾氣通過第一級降膜式換熱器后溫度降至 55～60℃；

（5）尾氣通過第二級列管換熱器后溫度降至40～50 ℃；

（6）尾氣通過后文丘里后溫度降至約40℃；

（7）當尾氣經過洗滌塔洗滌排放至煙囪外部時溫度降至30～40℃，更加接近大氣環境溫度，進而降低水蒸氣的可視效果。

改造后的酸霧凈化系統依然保留從吸收塔至風機的原有尾氣管路，目的是在當酸霧凈化系統需要維護和檢修時，可使用煙氣閥門進行管路切換，不需機組停機，實現全時段保產，為經濟效益提供保障。

從整體流程觀察，所有酸霧凈化裝置設置在焙燒爐和尾氣風機之間，減小了流經尾氣風機的氣體流量、溫度及酸度，能夠有效保護風機。

3 改造效果

委托具有專業監測資質的機構依據固定污染源廢氣低濃度顆粒物的測定-重量法 （HJ 836-2017）和環境空氣和廢氣HCl的測定-離子色譜法（HJ 549-2016），對改造后排放尾氣中的顆粒物和HCl含量進行監測，顆粒物和HCl含量監測結果見圖3。

圖3 顆粒物和HCl含量監測結果Fig.3 Monitoring Results for Content of Particulate Matter and HCl

改造前，排放尾氣中顆粒物和HCl含量高達100～150 mg/m。改造后，由圖3所示的監測結果可以看出，排放尾氣中顆粒物含量＜10 mg/m，HCl含量＜15 mg/m，滿足《軋鋼工業大氣污染物排放標準》（GB28665-2012）中顆粒物和HCl均≤30 mg/m的要求。改造前尾氣風機約4個月維修一次，2019年7月改造后投產至今，尾氣風機始終正常運行。

4 結論

（1）鞍鋼股份有限公司冷軋硅鋼廠將原鹽酸酸霧凈化系統中的一體式預濃縮器更換成分體的文丘里和文丘里分離器，增強了文丘里的負壓效果，對粉塵起到了較好洗滌作用，解決了噴頭結晶堵塞現象，且設備體積小，重量輕，安裝拆卸方便。

（2）對鹽酸酸霧凈化系統工藝流程進行了優化，增加了兩級換熱器和后文丘里設備，優化后尾氣中顆粒物＜10 mg/m，HCl含量＜15 mg/m。原來尾氣風機4個月維修一次，2019年7月改造后至今始終正常運行。