烟化炉富氧吹炼生产实践.pdf

有色金属 冶炼部分 2 0 0 8 年5 期 1 3 烟化炉富氧吹炼生产实践 刘虔，阳德炎 衡阳水1 1 山铅业发展有限公司，湖南衡阳，4 2 1 5 1 3 摘要f r 绍了烟化炉生产中采用传统吹练法时存在的问题，论述了实施富氧吹炼的必要性和可行性，经 过四个阶段的对比试验。通过控制不同的工艺参数对主要技术经济指标的影响，寻找理想的工艺条件应 用于生产实践，取得了很好的生产效果． 关键词烟化炉；富氧吹炼；工艺控制；技术经济指标 中图分类号T F 8 1 2 文献标识码A 文章编号l 0 0 7 7 5 4 5 2 0 0 8 0 5 一0 0 1 3 一0 5 T h eP l a n tP r a c t i c eo fO x y g e n - e n r i c h e dA i rC o v e r t i n gi nF u m i n gF u r a n c e L I UQ i a n 。Y A N GD e - y a n H e n g y a n gS h u i k o U S b a nL e a dI n d u s t r yD e v e l o p m ％tL i m i t e d ，H e n g y a n g4 2 1 5 1 3 ，C h i n a A b s t r a c t T h ee x i s t i n gp r o b l e m so ff u m i n gf u r a n c eu s e di nt h ep r o d u c t i o no ft r a d i t i o n a lb l o w i n gi sd i s - c u s s e d ，t h en e c e s s i t ya n df e a s i b i l i t yo fo x y g e n - e n r i c h e da i rc o v e r t i n gi sa l s os t u d i e d ．A f t e rf o u r - s t a g ec o r n - p a r a t i v et e s tb yc o n t r o l l i n gt h ed i f f e r e n tp r o c e s s i n gp a r a m e t e r so nt h em a i nt e c h n o l o g y ，t h ei d e a lt e c h n o - l o g i c a lc o n d i t i o n sa p p l i e dt op r o d u c t i o np r a c t i c ei sf o u n d ． K e y w o r d s F u m i n gf u r n a c e ；O x y g e n e n r i c h e da i rc o n v e r t i n g ；P r o c e s sc o n t r o l ；T e c h n i c a la n de c o n o m i c a li n - d i c a t o r s 我公司采用先进的“S K S 炼铅法”生产，其基本 工序为氧气底吹熔炼鼓风炉还原熔炼烟 化炉吹炼，S o 烟气采用“二转二吸”制酸工艺技术。 烟化炉是我厂重要的冶金炉之一，床面积8 ．0m 2 ， 采用了烟化炉余热锅炉一体化设计，用于处理 鼓风炉电热前床放出的熔渣，综合回收其中的锌、铅 等有价金属。自2 0 0 5 年9 月份开炉以来，经过2 年 多时间的实践摸索，工艺条件基本成熟，生产和技术 经济指标走向正常，但仍然存在以下问题 1 床能 力低； 2 熔渣利用率偏低，搭配冷料生产对炉况有 明显影响； 3 粉煤率偏高。因此，公司认为有必要 进一步提高技术经济指标，改善炉况，并尽量减少渣 壳和鼓风炉水淬的堆存，结合氧站制氧能力过剩的 特点，决定在烟化炉组织富氧吹炼试验。 目前，国内尚未有烟化炉富氧吹炼生产可以参 作者简介刘虚 1 9 6 7 - - ，男。期南衡阳人．冶金工程师． 照的实践经验，为此，公司成立了烟化炉富氧吹炼试 验攻关小组。2 0 0 6 年1 0 月份拟出可行性方案和试 验方案，1 1 月份完成了氧气供应管道及控制系统安 装与调试，2 0 0 6 年1 1 月2 8 日至1 2 月7 日共1 0 天 组织烟化炉富氧吹炼攻关试验。设计指标见表1 。 1试验实施 1 ．1 富氧吹炼原理 富氧吹炼的实质就是提高鼓人空气中的0 2 含 量，相应增大给煤量，加剧风口区的燃烧反应。从热 力学角度看，大大增加了单位时间内燃烧反应的放 热量，能迅速提高熔渣温度，加快冷料的熔化速度， 温度较高的熔渣还能有效地促进金属氧化物的还原 和金属的挥发过程；从动力学角度看，鼓人富氧空气 迸一步强化气一液一固相之间的传质传热效应，加 万方数据 1 4 有色金属 冶炼部分2 0 0 8 年5 期 1 ．2 富氧吹炼目的 1 强化风口区燃烧反应，缩短吹炼时间。在搭 配4 ．6 ～6 ．9t 2 ～3 斗 冷料的情况下，每炉吹炼时 间控制为9 0 ～1 1 0m i n ，缩短生产周期，力求平均每 天在现有基础上增加1 ～2 炉，每月增加吹炼3 0 炉 以上。 2 鼓入富氧空气吹炼，相对减少烟气量，减少 热损失。。 3 强化熔池反应，将搭配冷料措施制度化，并 加大冷料搭配量。 1 ．3 富氧吹炼工艺装置 1 ．3 ．1 工艺整改 我厂烟化炉生产工艺流程见图1 。 设计时未考虑富氧吹炼方式，必须组织富氧吹 炼专项整改，设计专门装置从氧气总管接引浓度为 9 9 ．6 ％的纯氧至烟化炉二次风管，在氧气总管接口 附近设置氧气降压、稳压和计量装置，并在二次风管 接口附近设置止回阀、紧急切断阀，控制系统接人中 控室，实现D C S 联机控制。富氧吹炼时氧气浓度控 制十分关键，氧气浓度过低达不到预期目的；氧气浓 度过大，熔池内反应热增加过快，容易破坏整体工艺 平衡；同时，由于一次风量有限，无法输送更多的粉 煤，还原气氛得不到保证，弃渣含锌反而会有所提 高，因此，富氧浓度自动控制、安全联锁自动控制、工 艺控制等问题十分关键。 1 ．3 ．2 氧置和风量的计算 参照加拿大特累尔厂生产数据，设定烟化炉富 氧吹炼富氧浓度不超过2 3 ．5 ％，在正常生产中供风 量基本固定，依靠控制氧气流量来调节氧气浓度。 蒸汽 外送 废气 排空 副产氧化锌 包装 图1 烟化炉生产工艺流程图 F i g ．1 T h ef l o ws h e e to ff u m i n gf u r n a c e 因此，控制系统经以下公式计算后确定氧气流量 F 0 2 F g D 富t D 空气 ／ D 0 2 一D 富氯 F 富曩 F 风 F 0 2 式中F f f i g 一需要的富氧空气流量；D 富氯一需要 的富氧浓度；D 空气一当地空气中含氧浓度；D o 。纯氧 浓度；F o 。一纯氧流量；F 风一供风流量。 例如烟化炉吹炼中，供风量1 50 0 0m 3 ／h ，富氧 浓度2 3 ．5 ％，氧站所供的纯氧浓度9 9 ．6 ％，我厂所 亍甲巫 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 8 年5 期 1 5 在地空气中含氧浓度2 0 ．9 ％，通过上式可计算出所 需的纯氧流量及富氧空气量F ∞一5 1 2m 3 ／h ，F 直囊 1 55 1 2m 3 ／h 。 以上计算结果可以看出，我们可以控制烟化炉 用氧量不超过5 0 0r n 3 ／h ，底吹炉用氧量不超过 50 0 0 m 3 ／h ，鼓风炉用氧量为4 5 0m 3 ／h 左右，实际 总用氧量不超过59 5 0m 3 ／h 。我们的制氧能力为 60 0 0m 3 ／h ，完全具备相应的供氧能力。 1 ．4 工艺控制 1 ．4 ．1 富氧吹炼工艺条件 1 富氧浓度富氧浓度控制在2 0 ．9 ％～ 2 3 ．5 ％，通过试验摸索出所需理想的富氧浓度。 2 供氧起点倒完第一包熔渣，熔渣液面高于 风口区时可以供氧。 3 供氧终点放渣前停止供氧。 4 还原条件还原状态时停止供氧。 5 布袋收尘室进口温度严密监视滤袋收尘室 进口温度，确保在1 7 0 ℃以内。 1 ．4 ．2 生产条件 1 鼓风炉渣型P b ≤5 ％、Z n ≤1 5 ％、F e O2 9 ％ ～3 2 ％、S i 0 22 2 ％“ - 2 6 ％、C a O1 7 ％～1 9 ％，要求成 分稳定，波动较少。 2 吹炼控制参数风量1 30 0 0 1 50 0 0m 3 ／h 、 一次风压3 0 - - 一3 5k P a 、二次风压3 5 ～4 0k P a 、熔渣 温度12 0 0 ℃、烟气温度 锅炉前≤11 5 0 ℃、省煤器 后≤4 0 0 ℃、布袋收尘器前≤1 7 0 ℃ 。 3 工艺条件热渣2 ～4 包 约7t ／包 、冷料 1 ～3 斗 约2 ．3t ／斗 、作业周期1 2 0 ～1 5 0m i n 、炉 数7 ～9 炉／天。 2试验过程 富氧吹炼试验在烟化炉正常生产状态下进行， 按具体试验过程可分为四个阶段。 2 ．1 第一阶段初试阶段 1 1 月2 8 日 初试目的富氧控制系统完全受控。1 1 月2 8 日早班第一炉开始试验，富氧浓度为2 1 ．5 ％，吹炼 期全程供氧，当天共吹炼9 炉，富氧控制系统 附注 已在国内申请专利 自动化程度高，操作灵敏稳定； 炉况与普通吹炼法相比提温速度有所加快，弃渣温 度较高，放渣比较流畅。试验数据统计见表2 。 表2 第一阶段试验数据 T a b l e2T h ed a t ao ff i r s ts t e pt e s t 编号 吹孥譬问供芋譬间放笋，问 热渣／包冷料／- 1 - 单炉，耗煤 弃渣P b ／％ 弃渣Z n ／％ 吹篇} 度 | n 3 1 nl n l l n | m l nlt|、一 11 5 6 11 5 5 11 2 7 12 0 6 11 9 3 l1 9 0 11 8 8 12 1 4 11 8 6 11 7 9 异常数据在统计平均值时略去 2 ．2 第二阶段摸索阶段 1 1 月2 9 日～1 2 月2 日 为了进一步搭配冷料，缩短吹炼时间，摸索出更 为理想的工艺条件，从2 9 日开始提高富氧浓度至 2 3 ％，吹炼期全程供氧，本阶段进行4 天，共吹炼3 2 炉；与第一阶段试验相比，炉内提温速度显著加快， 放渣流畅，但化验结果表明，弃渣含Z n 、P b 较高，不 能降到考核指标 ≤2 ％ 以内。试验数据统计见表 3 。 2 ．3 第三阶段提高阶段 1 2 月3 日～1 2 月4 日 我们分析第二阶段试验弃渣含Z n 、P b 较高的 原因是还原期C O 浓度过低，因此，1 2 月3 日早班、 晚班及1 2 月4 日中班改进富氧控制条件吹炼6 炉。 改进后富氧吹炼控制条件为富氧浓度2 3 ％，从进 完第一包熔渣开始供氧6 0r a i n 。本阶段试验表明 在改进的工艺控制条件下，提温速度快，放渣流畅， 弃渣含Z n 、P b 低。试验数据统计见表4 。 乞 仉 L L 0 O 0 0 以 玑 乱 乱 9 O 6 O 3 9 2 7 7 0 1 1 l 1 1 l 1 O 1 ． ．3 2 3 4 3 4 3 3 ． 5 5 O 7 o 5 s o 5 矗 l 1 2 1 2 1 o ●l l 6 O 5 ． O 5 5 0 O 0 ． 加“∞”m他挖n m ∞％伊m啪m m；兰m|曼。。。。。。，。。韵 万方数据 1 6 ．有色金属 冶炼部分2 0 0 8 年5 期 表3 第二阶段试验数据 T a b l e3 T h ed a t ao fs e c o n ds t e pt e s t 日期编号吹莞m 譬i l l 问供怒m i l l 间放差m l 热渣／包 冷料／斗单赁煤弃／筹6弃／麓n 吹凳／度IffnI 、 7 q7 qo 18 08 5 1 532S ～ 0 ．0 54 ．6 4 10 9 5 29 0 1 0 01 5216 ．011 2 7 31 2 01 3 02 5 ‘．5l6 ．311 3 6 n 一2 9 I 9 09 54 0 -3l6 ．30 ．1 6 4 ．7 7 12 0 4 59 5 1 0 5 2 0 316 ．21t 9 3 61 1 51 2 51 5316 6 0 ．1 24 ．5 6 11 9 4 79 01 0 01 5316 ．011 8 9 89 5 1 1 0 1 5 3l 5 ．9 0 ．5 1 -3 ．8 111 9 7 9 1 0 1 l 1 1 3 0 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 0 0 9 0 1 0 5 1 0 0 9 0 1 0 0 9 5 7 0 * 1 0 1 5 1 5 2 0 1 5 1 5 1 0 1 5 6 ．O 5 ．9 6 ．2 6 ．Z 5 ．9 6 ．0 5 ．9 5 ．6 O ．0 64 ．7 9 0 ．0 5 O ．1 3 0 ．0 8 O ．0 8 3 ．7 4 1 ．3 5 3 ．7 7 6 ．3 5 11 5 6 12 4 4 11 9 3 11 5 2 12 5 1 11 8 8 11 5 7 11 3 6 1 7 1 8 1 9 1 2 0 12 0 2 1 2 2 1 0 5 1 0 0 1 1 0 1 1 5 1 0 0 1 2 0 1 1 5 1 0 5 1 2 0 1 3 0 1 1 0 1 3 0 1 5 Z 0 1 5 1 5 2 0 2 0 3 4 3 ．5 4 3 2 ．5 6 ．0 5 ．9 5 ．9 6 ．2 5 ．9 6 ．O 0 ．0 6 O ．0 6 O ．0 7 0 ．1 0 2 ．2 8 2 ．5 6 4 ．2 3 3 ．2 1 11 9 4 12 5 3 11 9 3 12 4 0 l1 5 4 l1 9 5 2 3 1 0 01 1 02 0316 ．0 0 ．0 82 ．7 012 3 7 百丽1 F 丽1 『．T 蕊百万1 丽两F 一 平均9 9 ．8 1 0 9 ．51 6 ．63 ．0 30 ．9 66 ．00 ．1 23 ．3 511 8 9 I t “ 异常数据在统计平均值时略去 表4 第三阶段试验数据 T a b l e4T h ed a t ao ft h i r ds t e pt e s t 编号 吹怒n 间供芫m i l l 同放莞m 譬i l l 闻热渣／包冷科／斗单赁／煤弃／翼7 ，0 b 弃／等“吹繁／度|Ⅸ||、7 口L 11 2 06 0 1 5416 ．80 ．7 71 ．4 21Z 3 4 21 1 56 01 53 ．516 ．4 0 ．0 62 ．0 211 9 4 31 0 0 6 02 02 ．51 ’ 5 ．90 ．0 61 ．0 712 3 7 49 55 02 0 416 ．10 ．0 71 ．2 612 6 8 51 2 06 02 0326 ．30 ．1 72 ．1 4 12 1 1 69 5 5 01 5416 ．10 ．0 51 ．6 712 2 9 平均 1 0 7 ．55 6 ．71 7 ．53 ．5 1 ．26 ．30 ．2 01 ．6 012 2 9 2 ．4第四阶段确定阶段 1 2 月5 日- - 1 2 月7 日 经过以上三个阶段的试验，基本上找到了理想 的富氧吹炼工艺条件，决定进一步加大冷料搭配量， 适当调整第三阶段试验工艺参数，并确定为我厂富 氧吹炼生产工艺条件。本阶段试验进行了3 天，共 吹炼2 1 炉；富氧吹炼控制条件为富氧浓度2 3 ％， 从进完第一包熔渣开始供氧时间4 5 ～6 0r a i n 。本 阶段试验表明在上述控制条件下，冷料搭配量较 大，提温速度快，吹炼时间较短，比较节省煤耗，弃渣 含Z n 、P b 低。试验数据统计见表5 。 蛐孙o o o ；o o O O 5 0 O 0 5 ● n ∞u n ∞n n 踞 4 9 9 5 5 9 8 Z l；1 l l 1 ■1 1 1 l l 7 9 3 7 0 O 1 3 7 7 L 夏 色 6 7 6 O O 0 O O 1 2 0 O 0 O O 9 7 Z 7 4 O 3 5 5 6 5 6 6 6 1 ■1 1 1‘1■l l l 5 3 3 3 2 ．3 3 3 趵n 坫m 坫坫坫昨蛐啪鲇啪；兰m 舌；；m躬m m Ⅲ弱s“嬲约∞ 2O一2 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 8 年5 期 1 7 11 2 5 28 5 39 5 1 2 0 54 1 1 0 5 8 0 69 5 71 0 0 6 0 5 0 5 0 6 0 5 0 6 0 6 0 O ．0 5 0 ．0 5 O ．0 5 O ．0 6 0 ．1 6 0 ．3 0 0 ．1 6 0 ．1 6 1 ．9 6 0 ．6 { 1 ．4 4 1 ．4 6 O ．2 3 1 ．2 3 1 ．6 7 2 ．3 7 0 ．0 9 0 ．0 9 0 ．0 6 O ．1 1 平均 1 0 3 ．55 8 ．0 * 异常数据在统计平均值时略去 2 ．5 试验效果分析 2 ．5 ．I 工艺效果 随着工艺条件的完善和操作水平的提高，第四 阶段试验的生产效果全面优于其它三个阶段。富氧 吹炼对提高炉温并加速冷料的熔化具有显著作用， 在加大冷料搭配量的同时，通过合理操作，完全可以 取得更为理想的技术经济指标。但进入还原期时必 须停氧，从而保证足够的C O 浓度，确保弃渣P b 、Z n 品位达到或超过设计要求，同时还可以节约用氧。 实践证明由于受到一次风量的限制，不采用增加给 煤量以保证C O 浓度的办法，因为会破坏正常的供 风运转。 2 ．5 ．2 经济和社会效益 1 每月可增产副产氧化锌1 5 0t ，每吨氧化锌 获利0 ．1 5 万元以上，正常生产时每月可增利2 2 ．5 万元，全年可增利2 5 0 万元以上。 2 冷料搭配量增加，炉况明显改善，减轻了职 工的劳动强度，优化了作业环境。 3 2 0 0 7 年1 ～8 月烟化炉实行富氧吹炼生产 后，与2 0 0 6 年度传统吹炼法相比，主要技术经济指 标有了新的提高，其中副产氧化锌工艺能耗下降了 1 1 ．5 ％ 见表1 。 3存在问题与解决措施 1 由于强化了风口区燃烧反应，风口区水套急 冷急热效应增强，有必要将熔池前、后端水套也改为 波形水套，并尽量保持烟化炉吹炼作业的连续性。 2 单位时间内给煤量较大，必须严格按照技术 和安全规程操作，确保安全生产，并进一步优化操 作，降低煤耗。 3 风嘴出口段蚀损速度加快，已改善材质。 4 由于强化了风口区燃烧反应，熔池内熔渣过 热加剧，可能使熔渣从渣口及水箱缝隙漏出，因此必 须加强操作管理，避免意外情况的发生。 5 正常生产时每炉搭配冷料4 ．6t 2 斗 以 上，因为迸料管理方式及渣型方面存在的问题，导致 渣壳量有所增加，所以与2 0 0 6 年相比每炉进料量增 加并不明显，需要采用更好的办法实施冷料搭配，并 在工艺上、经济上统筹规划，尽可能减少渣壳量。 4结论 烟化炉完全可以按照富氧吹炼试验过程的第四 阶段工艺条件组织生产。2 0 0 7 年生产实践证明，烟 化炉实施富氧吹炼生产，为减少渣壳的堆存并改善 炉况、为落实节能减排措施和提高综合效益开辟了 一条新的道路。 9 6 2 7 4 4 ‘一5 4 l 3 5 3 4 4 6 8 5 6 7 0 7 M M“蝎船孙坫一均孙孔M一砖”毖拢地2 M ∞一他 1 1 1 l 1 1 11 1 l 1 l 一1 1 1 l l 1 1 1 l 一1 2 8 6 7 3 5 1 3 ● ● ■ ● 1 O 1 l ■ 6 7 5 8 O O 0 0 ● ● ● ● O O O O 2 7 7 9 6 7 9 2 2 9 9 6 3 4 6 7 9 9 2 7 6 9 6 5 5 5 5 5 5 6 6 5 5 5 6 6 5 5 5 5 6 5 5 5。。。。。。。一。。。。。一，，。。。。。一㈣ o 5 5 5 S o O 一5 S S o O 一5 o S o o 5 5 5 5 一■ z 1 1 1 1 1 2一l l 1 2 z一1 z 1 1 l l 1 l l一 O O 5 O ； m m | 呈m 踮 0 0 m n 挖 ∞一心 O O O O O O O 0 I 6 6 6 6 6 6 6 6 ∞ m 啪∞m m m m ％m 3 4 5 6 7 8 9 O l 1 1 1 1 1 1 1 o o 2 叩一心 万方数据