盐酸再生系统文丘里预浓缩器压降升高问题分析

赵海，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　430223）

盐酸再生系统文丘里预浓缩器压降升高问题分析

赵海，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430223）

【摘要】主要针对盐酸再生工艺的基本流程做了阐述，在此基础上对某盐酸再生站文丘里预浓缩器所出现的压降升高问题进行分析，讨论出现该现象的各种可能性，并通过筛选得到最终原因，从而获得针对该问题的处理方案。

【关键词】酸再生；文丘里预浓缩器；压降；处理方案

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

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盐酸废液。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[1]。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。

2　工艺流程简介

图1　盐酸再生喷雾焙烧工艺流程图

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地供入焙烧炉内。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：

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。

3　现象

经调查，近段时期（4月中旬）以来，某钢厂酸再生站系统运行不太稳定，并出现以下现象：

（1）文丘里预浓缩器压降瞬间升高，有时压降可能达到10 kPa左右；

（2）文丘里预浓缩器压降升高有时造成废气风机满负荷运转；

（3）炉顶负压不能满足要求而造成系统停车。

4　原因分析

4.1原因

由以上现象基本可以排除仪表出现问题的可能性，应为文丘里预浓缩器实际压降升高造成，而可能造成其压降升高的原因基本有两种情况：

（1）文丘里预浓缩器喉口位置堵塞；

（2）文丘里预浓缩器内液位升高淹没其扩散段与分离器段之间的方形烟气通道。

4.2分析讨论

4.2.1文丘里预浓缩器喉口位置堵塞分析

根据最近一次现场打开文丘里预浓缩器上部人孔后发现，在文丘里喉口位置堵塞有大块物体。经过将该物体取出检查，发现其有较高硬度，根据该硬物的外观分析其应为沾有废酸的氧化铁粉块或FeCl2结晶物。为进一步分析，故将其硬物置于水中，看其能否溶解并观察其水溶液，以此判定其具体为氧化铁粉块还是FeCl2的结晶物。

通过对其溶解液观察，发现其底部沉积有大量不溶固体，且为氧化铁红色，基本可判定其为氧化铁，但其澄清溶液颜色稍有偏绿色，可认为其为Fe-Cl2溶液。由此可推测文丘里预浓缩器喉口堵塞的硬物为氧化铁粉块与FeCl2结晶物的混合物（经过将该物质溶液进行化验，溶液含有Fe2+浓度为26.81 g/L，基本可确认其中含有FeCl2结晶物）。

在文丘里头部仍可看到有该硬块挂在侧面，这些硬块在运行中掉落仍会堵塞喉口，现场予以了清除。

对于该文丘里预浓缩器喉口硬物的来源分析，有如下问题：首先，为何有大量的氧化铁粉在此处聚集？其次，为何此现象在4月份中下旬之前运行正常，在4月份中下旬之后出现？对此，特别将4月份以来酸再生站供回酸台账调出，分析该时间段酸再生供往酸洗线的再生酸量及成分和酸洗线供回的废酸量及成分，见表1。

经过计算发现以下3点问题：

（1）酸再生站接收来自酸洗线的废酸总酸值很高（256.41~317.34 g/L），特别是5月6日，该废酸总酸值高达317.34 g/L，严重高于工艺技术要求的200 g/L，超过1.5倍。

（2）经过脱硅处理后的废酸中Fe2+含量也高出脱硅液Fe2+标准值158.36 g/L，在196.70~243.44 g/L之间。

（3）根据总酸值及供回酸量进行平衡计算，无法满足该Cl离子平衡，供回酸平衡差异比（以HCl计）为1.38，这期间共有36.64 t HCl在酸洗线处损耗，超出了正常的HCl损耗率。据此猜测有可能是因为酸洗线处酸浓缩挥发严重造成。经过与酸洗线工程师交流询问，4月中旬硅钢酸洗进行了部分工艺运行调整，酸洗工艺运行温度由原来的80℃升高到95℃左右，且该调整造成酸洗线排出的废酸浓度升高，总酸值较大，且HCl挥发量增加，这一点与此次出现问题现象的时间相符。

如此高的总酸值，经过脱硅后完全以FeCl2溶液形式存在于废酸中，导致Fe2+含量升高，达到正常的1.5倍，严重超出酸再生机组所能承受的浓度，并且使其在文丘里预浓缩器中形成过浓缩析出晶体。并且氧化铁粉在经过双旋风除尘器除尘后的氧化铁粉含量也高出正常值范围，均对文丘里预浓缩器喉口的气液流态造成影响。

此外，对于该硬块的来源还有可能是由于循环酸过滤器未投入运行，旁通管被打开，造成废酸中的杂质在文丘里内部循环时聚集，且堵塞了文丘里喷管使文丘里头部喷液状况出现问题，无法实现文丘里预浓缩器喉口的气水混合流态需求，见图2。

图2　文丘里预浓缩器喷管喷液不匀

表1　2014年4月中旬以来供再生酸及接收废酸台账报表

4.2.2文丘里预浓缩器内液位升高淹没其扩散段与分离器段之间的方形烟气通道分析

对于此种可能性，通过调出系统运行曲线，检查了出现问题的时间段该文丘里预浓缩器的液位高度，其高度频繁波动，波动均为先降后升（见图3），且波动的最高值约为2.0 m左右。

图3文丘里预浓缩器波动曲线

通过选取某一时间点，对4月26日晚19：00时间点的文丘里预浓缩器后负压及文丘里预浓缩器分离器的液位进行对比，可见该时间点文丘里预浓缩器后负压达到了可测量范围的最大值- 10.0 kPa，如果是由于文丘里预浓缩器内液位升高淹没其扩散段与分离器段之间的方形烟气通道的原因造成压降升高，则此时的文丘里预浓缩器分离器的液位应为最高。但该时间点液位为1.85 m，并非此选取时间段内最高，也不满足可淹没扩散段与分离器段之间的方形烟气通道的液位高度，故可认为此种假设不成立。

5　结论

经过对以上现象进行分析，并通过相关计算得出以下结论：

（1）4月份以来，废酸中总酸值（以HCl计）过高，经过脱硅后完全以FeCl2溶液形式存在于废酸中，导致Fe2+含量升高，达到正常的1.5倍，使其在文丘里预浓缩器中形成过浓缩后析出晶体。并且氧化铁粉在经过双旋风除尘器除尘后的氧化铁粉含量也高出正常值范围，均对文丘里预浓缩器喉口的气液流态造成影响而产生堆积。

（2）循环酸过滤器未使用、文丘里喷管堵塞等原因也会造成文丘里预浓缩器喉口堵塞，压降升高而产生后续问题导致系统不稳甚至停车。

6　处理方案及建议

（1）从酸洗线源头处理，对于现在所采用的酸洗方式进行改良优化，降低酸洗温度，减少过酸洗现象。

（2）严格控制废酸的排放浓度，降低其排放至酸再生站的废酸总酸值。

（3）经常性检测废酸总酸值，发现浓度过高时采用临时性在酸再生废酸储存罐内对废酸进行加水稀释，将其稀释至正常的总酸值200 g/L（以总HCL计），然后再进行后续的再生处理。

经过以上措施处理后，结晶堵塞现象基本消失，酸再生系统运行正常。

综上所述，酸再生系统出现以上所述情况时，建议加强对酸洗机组的运行管理，优化和固化运行参数，减少过酸洗及HCl盐酸的挥发损耗，降低酸洗成本。严格控制排放至酸再生站的废酸总酸值和浓度。

同时，还针对本实例酸再生系统出现的状况，给予以下操作维护建议：

（1）经常性检查管路信息，确保不会有类似循环酸过滤器被短接的现象发生；

（2）每次长时间停机后或大修期间，检查并清理文丘里喉口包括文丘里喷管在内的各喷液喷管及喷嘴；

（3）完善台账记录制度，确保每次出现任何问题有据可查，可以提供第一手问题分析材料，并在此基础上监测废酸的各项指标；

（4）掌握一套酸再生系统问题分析的方法，逐步排除不成立的假设，最终分析得到问题的根本原因。

[参考文献]

[1]陈琦.盐酸再生脱硅预处理技术探讨[J].冶金环境保护，2012，5.

作者简介：赵海（1961－），男，1984年毕业于武汉理工大学给排水专业，高级工程师，现从事给排水、废酸再生项目管理工作。

收稿日期：2014－12－19

【中图分类号】X703

【文献标识码】B

【文章编号】1006-6764(2015)04-0006-06