韶关冶炼厂锌精馏二系统烟道的优化.pdf

第5 9 卷第4 期 2 007 年11 月 有色金属 N o a f e I T O L L sM e t a ] s V d ．5 9 。N o ．4 N o v e m b e r20 07 韶关冶炼厂锌精馏二系统烟道的优化 张 全1 ，王钊1 ，巫辉明2 ’ 1 ．中南大学能源科学与工程学院，长沙4 10 0 8 3 ； 2 ．韶关冶炼厂，广东韶关5 12 0 0 0 摘要在系统泌试目前烟道阻力分布的基础上，分析优化韶关冶炼厂二精馏熘气系统，确定以新建排气筒的方案实施改 造。新的烟道系统的阻力损失比原来减少即系统抽力提高2 5 5 ．4 7 9 P a ，满足日后单塔产能由3 2 t ／d 提高到3 6 t ／d 甚至可以到3 8 t ／4 d 及增建一组精馏塔的抽力要求，新建烟道系统可满足最大生产能力4 5 万t ／a 的要求。新的烟道系统运行后，可大幅度降低生产 成本和提高经济效益。 ． 关键词冶金技术；锌精馏；熘气系统；优化 中图分类号T F 8 1 3 ；T F 0 6 6 ．3 ；T F l l 4 ．3 3文献标识码A文章编号l O O l 一0 2 1 1 2 0 0 7 0 4 0 1 1 2 0 3 韶关冶炼厂锌精馏炉于2 0 世纪8 0 年代中期引 进，满足当时对锌的需求。2 0 0 4 年市场对锌的需求 迅速增加，为满足市场需要，韶关冶炼厂对锌精馏系 统的改造以进一步增加目前的单塔生产能力，并适 当增加一组精馏炉，使产量增加一倍。在增加单塔 生产能力的试验过程中，烟道系统能力不足的问题 凸现。文献H - 3 』的计算与实际测试情况比较表明。 排气筒的抽力不能有效克服系统的阻力，因此必须 考虑对烟道系统结构的优化。 1烟道数学模型及优化模型 工业烟气流动多为紊流，紊流摩擦压头损失的 计算公式【4J 与层流的形式相同，如式 1 所示，式 中拿一摩擦阻力系数，对砖砌管道，e 0 ．0 5 ；Z 一 通道长度；d 一为通道当量直径；伽一烟气在标准状 态下的密度；卢一热膨胀系数；t 一为烟气温度；训。一 为烟气标准状态流速。局部阻力计算公式为式 2 。 F 摩 A ／R e ” z ／d 硼为／g l D 车 z 纪 训0 2 ／2 I D o 1 肛 1 F 局 K 7 d d 0 2 ／2 I D o 1 戽 2 1 ．1 管路系统阻力模型 对于简单管路，分别计算各管段的摩擦阻力损 失与局部阻力损失，相加起来，即得总的阻力损失 ∑F 失 ∑F 摩 ∑F 局。对于复杂管路，只需计 收稿日期2 0 0 6 0 l 一” 基金项目国家计委高技术产业示范工程基金资助项目 2 0 0 0 1 8 8 4 作者简介张全 1 9 6 2 一 ，男，湖南常德县人，教授，博士生，主要 从事热工过程及设备仿真与优化等方面的研究。 算管线最长、阻力最大的那一支路的压头损失，不必 每根支路都计算。然而，在复杂的工程中也经常遇 到一时难以确定阻力最大的管路，因此建立通用计 ．．算模型有利于分析计算管路系统阻力。， 1 ．2 ．烟道最优化数学模型 ，从模型建立的角度看，烟道系统最优设计的数 学模型是一种机理模型，它是通过分析各种烟道设 备或过程的本质和机理，采用基本的物理学定律以 及各种动力学基本规律来建立一组描述烟道特性的 数学方程，以此来反映出原型系统的内在机理。这 种数学模型是以解析形式表达的，具有明确的物理 意义。 令F 。， m a x { F l ，F 2 ，F 3 ，⋯，F D } ，可以得到 广义的烟道系统阻力最小目标函数F m i 。 r a i n { A ， K ，Z ，t g ，I D o ，锄，j 5 } ，约束条件有烟气流量与性质、 场地限制、安全过道要求、经济流速等L 5J 。 2 烟道改造方案优化分析 韶关冶炼厂精馏二系统在满负荷工作时，1 1 台 精馏炉全部生产，如图1 所示。 韶关冶炼厂管理部门和生产部门对烟道系统提 出了两个必须满足的条件 优化模型中的约束条 件 1 优化方案应该便于实施，且不能停止生产； 2 优化方案应该有长远规划，能适应韶关冶炼厂今 后2 0 年的发展需要。根据厂方要求，提出两种路 线 1 在原有烟道系统上进行局部优化，减小烟气 流动阻力； 2 新建一座排气筒，新排气筒位于图1 中八号和九号精馏炉之间。 万方数据 第4 期张 全等韶关冶炼厂锌精馏二系统烟道的优化 1 1 3 1 一精馏炉；2 一地面支烟道；3 一地面支烟道与地F 熘道交汇； 4 一地下烟道；5 一烟气汇总处；6 一排气筒 图1 精馏二系统烟道系统 F i g ．1 P r i m a r ys y s t e mo fN 0 2z i n cr e f i n e r y i nS h a o g u a nS m e l t e r 2 ．1 原有烟道系统的局部优化 文献[ 1 ] 表明系统烟气汇总处的阻力过大。采 用两个基方案优化烟道系统的烟气汇总处。一是将 汇总处右边的地下烟道改为地上烟道，并且入口上 移，计算的管路系统阻力为2 7 9 ．1 6 5 P a 。二是将汇 总处由T 型结构优化为Y 型结构，计算的管路系统 阻力为2 7 3 ．5 5 1 7 P a 。 2 ．2 新建排气筒的系统优化‘ 考虑技术优化一经济增长一社会效益原则[ 5 】， 提出新建一座与现在运行中的排气筒相同的排气筒 8 0 m 高 ，分担现在锌精馏二系统东面的6 台锌精 馏炉烟气，如的图2 所示。由这个方案计算的管路 系统阻力如表1 所示。 l 一精馏炉；2 一地面支烟道；3 一地面支烟道与地下烟道交汇； 4 一地下烟道；5 一烟气汇总处；6 一排气筒；7 一地上熘道 图2 新建排气筒后的烟道系统 F i g ．2 F l u es y s t e mw i t hn e wc h i m n e yc o n s t r u c t i o n 表l 新建的烟道系统阻力分布 T a b l e1R e s i s t a n c ed i s t r i b u t i o no fn e wf l u es y s t e m 2 ．3 改进烟气汇总处结构与新建排气筒的比较 优化烟道系统的烟气汇总处可以解决现在的生 产问题，但不利于长远规划，不能适应韶关冶炼厂今 后2 0 年的发展需要。’新建排气筒方案完成后虽然 对现在的生产系统似乎有大马拉小车的问题，但是 从经济成本来算，6 0 m 排气筒与8 0 m 排气筒的差价 也只是3 0 万元左右，但是对精馏二系统来说，新建 8 0 m 排气筒具有诸多有利之处。 a 现有排气筒和新建排气筒可以同时生产，又 可以同时互为备用排气筒，解决了目前排气筒、烟道 系统维修困难的问题 b 由于二系统锌精馏炉的助燃空气是采用自 然抽风吸入，增加系统抽力，使得锌精馏炉的吸风能 力增加成为可能，这样可以进一步增加煤气量供入， 从而可以减少掺混石油液化气，降低生产成本。 c 可以使现有二系统的烟道系统的能力增加 一倍以上，即能够满足产量达到4 5 万t ／a 的要求。 d 即使在目前产量没有达到4 5 t ／a ，富裕的排 气筒抽力也可以用于目前的除尘系统，预计年节电 费用约5 0 万元。 采用新建排气筒方案进行施工，根据韶关冶炼 厂管理与生产部门要求，所设计的烟道改造方案能 够在不影响现生产的情况下进行实施，根据目前二 系统生产能力2 2 万t ／a ，改造后二系统的烟道能满 足4 5 万t ／a 的产量要求，且使烟道系统的维护方 便，能节约电能。 3优化后的系统与目前烟道系统的系 统阻力对比 将目前状态下的烟道系统的系统阻力和新建排 气筒方案的系统阻力对比如表2 所示。 表2 原系统与新烟道系统阻力对比 T a b l e2R e s i s t a n c ec o m p a r i s o nb e t w e e no l d a n dn e wf l u es y s t e m 4结语 在系统测试目前烟道阻力分布的基础上，分析 万方数据 1 1 4有色金属第5 9 卷 优化韶关冶炼厂二精馏烟气系统，确定以新建排气 筒的方案实施改造。新的烟道系统的阻力损失比原 来减少即系统抽力提高2 5 5 ．4 7 9 P a ，满足日后单塔 产能由3 2 t ／d 提高到3 6 t ／d 甚至可以到3 8 t ／d 及增 参考文献 建一组精馏塔的抽力要求，新建烟道系统可满足最 大生产能力4 5 万t ／a 的要求。新的烟道系统运行 后，可大幅度降低生产成本和提高经济效益。 [ 1 ] 张全，何金桥，鄂加强，等．锌精馏过程中锌精馏铅塔的烟气系统诊断研究[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 0 2 ， 4 8 9 ． [ 2 ] 蔡军林，张全，鄂加强，等．锌精馏铅塔燃烧室热工问题诊断[ J ] ．中南工业大学学报 自然科学版 ，2 0 0 1 ，3 2 6 5 8 7 5 9 0 ． [ 3 ] 鄂加强，张全，梅炽，等．锌精馏铅塔燃烧室内烟气传热特性研究[ J ] ．有色金属，2 0 0 2 ，5 4 2 5 8 8 7 ． [ 4 ] 有色冶金炉设计手册编委会编．有色冶金炉设计手册[ M ] ．北京冶金工业出版社，2 0 0 0 1 0 6 5 1 0 7 9 ． [ 5 ] 崔蛾，尹洪超．热能系统分析与最优综合[ M ] ．大连大连理工大学出版社，1 9 9 4 1 6 3 1 7 4 ． O p t i m i z a t i o no fN e 2F l u eS y s t e mo fZ i n cR e f i n e r yi nS h a o g u a nS m e l t e r Z H A N GO u a n1 ，W A N GZ h a 0 1 ，Ⅳ【，H u i - m i n 9 2 1 ．S c h o o lo fE n e r g yS c i e n c ea n dE n g z n e e r i n g ，C e n t r a lS o u t hU n i v e r s i t y ，C h a n g s h a4 1 0 0 8 3 ； 2 ．S h a o g u a nS m d t e r ，S h a o g u a n5 1 2 0 0 0 ，G u a n g d o n g ，C h i n a A b s t r a e t T h ef l u es y s t e mo ft h e №2Z i n cR e f i n e r yi nS h a o g u a nS m e l t e ri sa n a l y z e da n do p t i m i z e do nt h eb a s i so f p r e s s u r el o s sd i s t r i b u t i o n ，a n dt h ep r o j e c tw i t hn e wc h i m n e yc o n s t r u c t i o ni sa p p l i e dt ot h ei m p r o v e m e n to ft h e f l u es y s t e m ．T h ep r e s s u r el o s si sd e c r e a s e do ra i rs u p p o r tc a p a c i t yi n c r e a s e db y2 5 5 ．4 7 9 P ai nn e wf l u es y s t e m ， a n dt h er e q u i r e m e n t so ft h ep r o d u c t i o na b i l i t yi n c r e a s ef r o m3 2 t ／dt o3 6 t ／d ，e v e nt h o u g hu pt 0 3 8 t ／d ，a sw e l la s w i t ha d d i t i o no fan e wr e c t i f y i n gc o l u m n ，t h en e wf l u es y s t e mc o u l dm a t c ht h em o s tp r o d u c t i v i t yo f4 5 0 0 0 0 t ／a ． T h ep r o d u c t i o nc O s tw o u l db eg r e a t l yd e c r e a s e da n dt h ee c o n o m i c a lp r o f i tr e m a r k a b l yi n c r e a s e dw h i l et h en e w f l u es y s t e mi sp r a c t i c a l l yo p e r a t e d ． K e y w o r d s m e t a l l u r g i c a lt e c h n o l o g y ；z i n cr e f i n e r y ；f l u es y s t e m ；o p t i m i z a t i o n 万方数据