【马钢冷轧酸再生工艺介绍及设备特点】 马钢冷轧总厂
时间：2019-02-04 05:39:46 来源：千叶帆 本文已影响人
[摘 要] 主要针对马钢酸再生系统中脱硅和再生段的工艺和设备进行了介绍，并对主要设备的结构特点进行了简单的介绍。 [关键词] 酸再生；脱硅；焙烧炉；压滤机；再生酸；氧化铁粉
1、前言
随着我国基础建设的飞速发展，我国的钢铁工业也面临着巨大的发展机遇，尤其是作为汽车、家电板面料的冷轧板材产品。而在冷轧工艺中，酸洗工艺是必不可少的，因此，酸洗后废酸的处理便成为了一个集能源循环利用和环保于一身的研究课题。
马钢新区的脱硅系统包括两部分，一是预脱硅，其次是脱硅。预脱硅系统主要是对酸洗HSS带钢后的废酸的预处理,因为HSS带钢酸洗后的废酸中的硅含量比较大，如果该废酸在脱硅之前不经过预脱硅处理的话，则再生后产生的氧化铁粉中的硅含量非常高，会降低铁粉的质量等级。
由于目前预脱硅并未进行调试和生产，所以本文主要对脱硅和再生段的工艺和设备进行阐述。
2、酸再生的工艺流程
2.1脱硅段的工艺流程
从酸洗线下来的废酸（HSS带钢必须经预脱硅处理）先由加热器加热后再进入溶解槽，加热后的盐酸活性大为增加，与从顶部加入的废边发了更为快速的生化学反应：Fe+2HCl=FeCl2+H2,使得废酸溶液的PH值上升，Fe2+增加，为后面的除硅和氧化铁的产生打下了基础。反应后的废酸经冷却后(防止后面添加的絮凝剂失效)进入工艺槽，从工艺槽上部废酸入口和底部分别加入氨水和压缩空气，对废酸进行中和与氧化，发生如下反应：Fe2++2NH3.H2O=2NH4++Fe(OH)2；Fe(OH)2+O2→Fe(OH)3，经过中和与氧化后，废酸溶液的PH值被调到4.0-4.5，同时还有Fe(OH)2与Fe(OH)3混合沉淀生成。出了工艺槽之后，废酸中被加入絮凝剂，使得Fe(OH)2与Fe(OH)3混合沉淀在沉淀槽内迅速形成胶体沉淀下来，由于胶体具有巨大的表面积，有很强的吸附能力，可以将废酸中不易溶解和过滤的SiO2颗粒吸附、沉淀下来，再由压滤机过滤除去以达到除硅的目的。
2.2再生段的工艺流程
处理过的废酸并非直接进入焙烧炉反应的，而是先经过文丘里预浓缩塔进行浓缩，同时对焙烧后的高温气体进行冷却和洗涤，然后才由焙烧炉顶部酸枪喷射进入炉内发生如下反应：4FeCl2+4H2O+O2=2Fe2O3+8HCl。
从该反应式可以看出，炉内主要产物有两个：HCl气体和氧化铁粉，其中氧化铁粉受重力作用，在炉内沉降下来，经过炉底的破碎机、旋转阀，到达螺旋输送机，再被铁粉输送风机吸至料仓顶部，被布袋过滤装置过滤后落入料仓。而HCl气体则混合在焙烧后的尾气及少量氧化铁粉之中，这种高温的混合气体先从炉顶到达双旋风分离器，分离其中铁粉的50%左右，再从文丘里结构顶部进入预浓缩塔，洗去其中残余少量铁粉，同时将热焙烧气体由300-400℃降至96℃左右以保护后面不耐高温的塔式结构及管道，并将预浓缩塔内废酸中的水分蒸发以达到浓缩废酸的目的。之后的焙烧气体被废气风机抽至吸收塔，从顶部喷入漂洗水将混合气体内的HCl气体吸收成为再生盐酸，再由一个密度仪来控制漂洗水的流量以得到适合浓度的再生酸。经过废气风机之后，混合气体依次经过一级和二级洗涤塔，分别被废酸和脱盐水洗涤。之所以用废酸洗涤，因为焙烧炉内还有其他副反应发生，产生了具有剧毒的氯气，直接排放会对人身和环境造成不良影响，所以利用废酸中Fe2+较强的还原性和氯气的强氧化性，通过氧化还原反应将其除去。最后经过脱盐水洗涤的尾气直接排空。
3、主要设备
3.1脱硅区域设备
1）溶解槽
溶解槽就是将废边溶于废酸中以减少废酸中游离HCl的浓度。废边是从塔顶装入塔内，废酸从塔底连续注入，溶解了废边的废酸从塔顶溢流出，废边由于被废酸溶解逐渐减少下沉而与废酸形成逆流操作。由此可以看出，基于溶解槽本身的工艺要求，其内衬必须符合以下要求：耐盐酸腐蚀；耐温70-80°C；耐磨损、耐冲击、抗压。槽体外形是一个带圆锥底的圆柱槽，其顶部有一个带中间进料开口的玻璃钢制盖顶，废边由该开口被投入溶解槽，底部有一排放系统，可将槽内溶液排空至废酸罐。槽体主要是由碳钢材料制造，钢壳厚度大约为15-8mm，内部衬以橡胶和耐酸砖（先衬约4mm厚的橡胶再衬砖，全衬），其中橡胶衬厚度为约4mm，砖衬厚度大约为60mm。它的内径为约5100mm，总高约20000mm，容积约为350m3。
2）工艺槽
工艺槽用于提高废酸溶液的pH值，通过加入氨水使其达到Fe3+沉淀的PH值要求，通入压缩空气使Fe2+氧化为Fe3+形成胶体沉淀，胶体具有巨大的表面积，可以吸附废酸溶液中SiO2颗粒。工艺槽是一种立式槽，它带有1个压缩空气鼓吹装置、1个低速搅拌器和1个高速搅拌器。槽体是由玻璃钢制造，鼓吹装置是由PP（聚丙烯）制造，两个搅拌器都须钢制且必须内衬橡胶。工艺槽的容积约45m3，内径约为3200mm，总高约为6700mm。
3）沉淀槽
沉淀槽用于降低废酸溶液的流速、加入絮凝剂后使Fe(OH)3胶体有足够时间进行沉淀与溶液分离。分离后的Fe(OH)3胶体在沉淀槽底部沉淀形成大量泥浆，底部有一管道连接到泥浆泵。沉淀槽是一个带分离装置的有锥底的立式槽。它是由钢制且须内衬橡胶（约衬4mm厚但不衬砖），其中分离装置须由PP（聚丙烯）制造。沉淀槽的直径约为8000mm，总高约为10000mm，橡胶衬厚度约为4mm容积约为270m3。
4）压滤机
沉淀槽中形成的Fe(OH)3胶体沉淀，一般含水量大于95％。要求排出的泥浆数量非常大，为了减少排出的泥浆体积，采用压滤机压出泥浆中的水。泥浆中含有氯化物，对设备的防腐有要求，因此对滤饼中氯化物含量有限制，所以采用高压脱盐水冲洗以降低氯化物含量。
设计：板筐压滤机，带有机电操作滑动板及电液连锁，可由倾斜板自动排出滤饼。滤饼排出压滤机前用脱盐水对其进行冲洗。滤板是由高性能复合材料制造，滤布是由PP（聚丙烯）制造，支架和滤饼斗都是由碳钢制造。一般压滤机的使用时间为5小时，泥浆固体含量为2%，从压滤机排出的滤饼固体含量约为30%，它的过滤能力约为5000L泥浆/小时，过滤面积约为66m2，滤板筐数约为62片，过滤压力约为max1500kPa。
5）泥浆泵
用于将沉淀槽底部的泥浆输送到压滤机。形式为活塞式隔膜泵，材质为铸铁，所有与介质接触的部件均衬胶或由耐腐蚀材料制成。
3.2再生区域设备
1）焙烧炉
焙烧炉是一个钢制容器，立式圆筒结构，底部和顶部各有一个圆锥体，内衬耐火砖，外包保温材料。炉子下部有三个烧嘴，通过燃烧混合煤气使炉内温度上升，达到发生化学反应的温度。由于炉内的温度较高，且燃烧气体呈螺旋状上升，对炉壁有冲刷作用，所以炉内衬砖必须保证质量，且衬砖时耐火砖之间不能留有空隙。炉子顶部有三根酸枪，每根酸枪上都有个喷盘，废酸就是由喷盘进入焙烧炉的。废酸进入炉内呈雾状，在下降过程中被蒸发反应掉。
2）铁粉打包站
焙烧炉排出的氧化铁粉在经过减氯输送机的加热后温度约400℃以上，连续产生的氧化铁粉采用气动输送，气体输送可以降低氧化铁粉的温度到70℃，这样对于铁粉的存储设备的耐温要求就被降低了。储存在氧化铁粉料仓的氧化铁粉定时装袋外运。铁粉打包站的组成包括：
氧化铁粉料仓：它的作用是储存由焙烧炉生产并输送来的氧化铁粉(Fe2O3)。由碳钢制，直径5m、高15m、容积150m3，料仓为立式圆柱状带圆锥底结构,在料仓下面有两个出口管与打包机相连,以便氧化铁粉装袋,在料仓盖上按有粉尘过滤器,防止氧化铁粉粉尘外溢。
3）文丘里型预浓缩塔
来自焙烧炉的热焙烧气体从预浓缩塔上部进入之后,与预浓缩塔盖上喷嘴喷洒的废酸直接进行热交换，使气体的温度从约380℃降到100℃以下，且将废酸浓缩到70-80%、降低气体中的粉尘含量和燃料消耗。
预浓缩塔为带分离器的文丘里（Venturi）型结构,文丘里设计为焊接钢结构，内衬橡胶并在内衬耐酸砖.喷嘴管及喷嘴材质皆为铌,预浓缩塔中与酸接触部位和格栅的材质为SiC.另外在文丘里下面有温度,液位测量和控制装置，分离器装置为钢结构，内衬橡胶和耐酸砖。
4）吸收塔
含有氯化氢气体的焙烧气体与吸收塔顶部上喷洒下来的吸收水（来自酸洗线的漂洗水或脱盐水）形成逆流接触,在塔内氯化氢(HCl)气体被吸收,采用填料的方式增大接触面积，使吸收后的盐酸浓度达到约18%左右。
吸收塔由PP或FRP材料制作。吸收液体流量通过浓度测量仪，由电磁流量计和控制阀进行自动连锁控制。塔内由聚丙烯(PPHT)制成的填料环,有由玻璃钢（FRP）制成的用于填料环的支撑格栅，顶部有喷射管和喷嘴装置。
5）废气风机
废气风机用碳钢制造外壳,内衬耐酸橡胶衬里,叶轮为纯钛。由于装置需保持负压操作,防止氯化氢(HCl)气体逸出,所以在风机抽吸段按有气动碟阀来进行控制调节,同时在风机叶轮上方按有冲洗水喷嘴喷洒冲洗水到叶轮上,以避免叶轮出现沉积物。洗涤水的流量可用流量计调节。
4、结束语
新区酸再生采用Ruthner喷雾焙烧法再生废酸。该套设备简单、故障率低、运行成本低，投产至今，不仅各设备性能指标优良，产品盐酸和氧化铁粉质量稳定，而且废水、废气、粉尘排放全部都达到国家环保标准，达到国际先进水平。
