蓄热炉在电铅生产中的应用

陈 鹏

(云南驰宏锌锗股份有限公司， 云南 曲靖 655000)

设备节能

蓄热炉在电铅生产中的应用

陈 鹏

(云南驰宏锌锗股份有限公司， 云南 曲靖 655000)

阐述了某公司电铅煤气熔铅炉采用蓄热炉的改造方案，介绍了蓄热炉的工作原理、具体改造措施及故障处理。改造后单台熔铅炉节能达23%，熔铅速度大幅提升、炉温均匀性极大改善，实现了熔铅温度的自动控制，安全生产得到了有效保障。

煤气熔铅炉; 蓄热炉； 改造； 节能安全

0 前言

驰宏公司曲靖生产区采用普通直接煤气燃烧系统，以水煤气作为加热燃料对粗铅及铅片进行熔化。该煤气熔铅炉在生产过程中存在排烟温度高、炉温不均衡、燃烧不彻底、自动控制落后等缺陷，这导致煤气热利用率低、电铅产品单位能耗高，同时熔铅锅体由于受热不均，锅体易变形导致使用寿命短、生产成本居高不下。在生产过程中需使用8台煤气熔铅炉，年平均煤气消耗约340万m3，煤气单耗420 Nm3/t，与同行业相比差距为30%，与公司降低能耗、节约成本、安全环保的理念相悖，故需对原有煤气熔铅炉进行改造。

1 改造背景

公司煤气熔铅炉自2005年投产以来，一直存在煤气消耗大，能耗高、熔铅炉使用寿命短等问题；同时，与熔铅炉配套的煤气管道没有相应的安全设施，煤气控制联锁设施落后，存在重大安全隐患，具体表现为：

(1) 熔铅炉采用直接煤气鼓风燃烧，炉膛设计存在缺陷导致煤气燃烧不充分，热流场不合适，熔铅锅受热不均，局部出现烧通现象。

(2) 熔铅炉的煤气量只能靠操作人员凭经验手动调节，无煤气流量计和自动调节阀等设施导致熔铅锅铅液温度不易掌控，对员工实践经验要求高。

(3) 熔铅炉煤气燃烧系统没有火焰检测系统，火焰熄灭时煤气阀门不能自动关闭，存在安全隐患。

(4) 熔铅炉的煤气燃烧效率低导致熔铅速度慢，燃烧烟气排放温度高达350 ℃，热损失大。

(5)尾气中CO含量高于125 mg/m3，NOx排放浓度大于246 mg/m3，存在一定安全、环保风险。

上述原因导致熔铅炉的熔铅能耗高，单位加工成本高，必须对其进行改造。

2 蓄热炉的应用

2.1 蓄热炉工作原理

蓄热式燃烧炉有两对烧嘴，每组两个烧嘴交替处于燃烧和排烟两种工作状态，而烧嘴前的蓄热体为放热和吸热状态。当其中一个烧嘴燃烧时，空气流经蓄热体，蓄热体以对流换热为主的方式将热量迅速传给空气，空气被预热到800 ℃以上而蓄热体被冷却，与此同时，另一个烧嘴排烟，1 000 ℃的高温烟气通过辐射和对流传热的方式传给蓄热体，烟气释放热量后温度降至150 ℃左右排出，之后，两个烧嘴进行换向工作，即原来燃烧的烧嘴变为排烟，而排烟变为燃烧，如此周而复始，通过蓄热体将烟气余热充分回收。通过烧嘴及蓄热体，烟温可降到150 ℃，空气可预热到800 ℃以上，热效率达85%以上。如此不仅可以节约大量煤气，还可提高燃料的理论燃烧温度，缩短熔炼时间，减少热损率，降低产品单耗，蓄热炉燃烧工作原理见图1。

图1 蓄热炉燃烧工作原理

2.2 蓄热炉的优点

(1)NOx排放指数低，高效节能。蓄热式燃烧炉由于有高温空气燃烧的特殊结构，使得排烟中的NOx含量大大减少，燃料节约50%～60%，排烟温度降低到150 ℃，接近余热回收的温度要求。

(2)蓄热式燃烧炉内火焰的边界几乎能够扩展到炉膛的边界，确保炉膛内温度均匀，不但提高了煤气燃烧质量，而且延长了锅体寿命。

(3)贫氧燃烧。炉膛内为贫氧燃烧，使得钢坯以及其它材料氧化减少。

2.3 蓄热炉在电铅生产中的应用改造方案

基于蓄热炉优势，针对原有煤气熔铅炉的缺陷，参考同行业应用蓄热炉的技术状况及公司煤气熔铅炉的现场实际，先对一台煤气熔铅炉的炉体内部结构和燃烧系统进行了技术改造。

2.3.1 改造炉体内部结构

在原有炉体钢壳、熔铅锅和操作钢平台不变的情况下，对炉体内部结构的砖砌体进行局部改造，炉体底部中心位置使用耐火浇注料锅座用于支撑熔铅锅，见图2。

图2 改造后的熔铅炉炉体结构示意图

(1) 原炉体内部燃烧的火焰无规律、混乱，为确保传热效果，重新砌筑时增设了导焰墙，使炉内气体趋向炉膛内壁单向流动，避免了“气流短路”，同时延长了烟气行程，从而强化烟气与锅体的充分接触。

(2) 原炉体仅有一个燃烧空间，煤气燃烧不充分，熔铅锅易变形，基于此增设了两个互相独立的燃烧室，确保了煤气充分燃烧的同时避免了火焰直接冲刷锅体，延长了熔铅锅的使用寿命。

2.3.2 改造燃烧系统

由于原有燃烧系统的煤气流量调节及熔铅温度的检测都需要人工手动操作，操作人员的责任心和实践经验会给生产管理带来一定的波动，影响产品质量，因此需对现有的燃烧系统进行分类改造，主要改造内容有：燃烧器、换向装置、煤气和空气管路、排烟系统、燃烧自动控制系统等。改造后燃烧系统如图3。

图3 改造后的熔铅炉燃烧系统图

(1)燃烧器。一台熔铅炉采用两台燃烧器，每台燃烧器都配一个点火小烧嘴，用于每次换向时保证蓄热式燃烧器的可靠点火，确保系统正常运行；同时加装了火焰检测的安全保护装置，当出现点火失败或者故障熄火时发出控制信号使系统可及时切断煤气的供给，防止回火可能引起的爆炸。

(2)换向装置。烟气换向阀安装于每个烧嘴的煤气支管上，用于打开/关闭该烧嘴的煤气。根据蓄热式烧嘴的工作特点，在同一换向周期只有一个烧嘴是燃烧的，即只有一个阀是打开的，相对应另一个阀是关闭的，在下一个换向周期时互换，从而实现烧嘴的煤气切换供给。

(3) 煤气和空气管路。拆除原有的煤气管路及空气管路，根据新增改造要求，重新铺设煤气空气管路。煤气管路由煤气供气主管/支管、快速切断阀、换向阀、气动调节阀等阀门及安装在管路上的仪表构成；空气管路由新增的主鼓风机、点火烧嘴鼓风机、供风主管/支管、空气三通换向阀、电动调节阀、手动调节阀等阀门及安装在管路上的仪表等构成。

(4)排烟系统。新增的排烟管路由引风机、排烟管(主排烟管和辅助排烟管)、气动调节阀及安装在管路上的仪表等构成，产生的烟气经过主排烟管由引风机抽出，直接排往烟囱。排烟系统最大的改造亮点体现在增设的烟气返回管路中烟气通过引风机之后，又通过鼓风机进口返入熔铅炉内，可降低助燃空气的含氧量，从而避免过高的燃烧温度对锅体烧损，延长了熔铅锅的使用寿命，降低了生产成本。

(5)自动控制系统。根据生产控制的需要，将烧嘴状态、各个检测点温度、炉膛压力、煤气压力、流量瞬时/累计值、空气压力、空气流量瞬时/累计值、阀位以及风机运行状态等，通过PLC逻辑控制，将工艺流程和工艺参数在上位机用动态画面显示，便于生产管理实现就地和远程两地控制。

3 蓄热炉故障及处理

蓄热炉改造完毕投入生产使用后，偶尔会出现两种故障：即小烧嘴易熄火和炉膛升温慢、排烟温度高。根据现场生产运行情况，分析、摸索了其处理方法。

3.1 小烧嘴易熄火

蓄热炉在生产过程中会出现小烧嘴在换向瞬间易熄火的现象，造成这种现象的主要原因有：

(1)换向瞬间煤气压力波动较大，小烧嘴燃气管较小且长，受压力波动影响较大。

解决方法：先在电脑控制界面上仔细观察换向瞬间燃气管火焰变化是否起伏较大，若不大则是次要原因；若较大，调节小烧嘴的空燃比，使燃烧火焰处于短而急的状态。

(2)管道、阀门及烧嘴在长时间使用过程中容易被焦油堵塞。

解决方法：生产条件许可时，可切断燃气总管上游的闸阀，然后使用高压水蒸气或压缩空气从放散管上的取样口通入对整个管道进行吹扫。重点清扫烧嘴、电磁阀以及烧嘴附近的球阀管道等；同时将火焰检测器拆掉，检查前端玻璃镜是否变脏；烧嘴附近设排水阀，每班定时排水。

3.2 炉膛升温慢排烟温度高

炉膛升温慢，排烟温度高的主要原因及处理措施为：

(1)检查烟道闸板是否关严。烟道闸板可调节小火保温时的炉压，大火燃烧，炉压较高时，也可适当打开。但在正常情况下，大火升温时，烟道闸板要求关闭，所以炉膛升温慢时，首先检查烟道闸板是否切死。

(2)排烟温度较高，可以将烟气回抽管道上电动调节阀适当打开，回抽部分烟气参与燃烧，可以有效降低烟气温度；其次适当增大空气量，使空燃比大于正常的燃烧配比，也可有效降低排烟温度。

(3)若存在一边排烟温度高，另一边排烟温度低，同时伴随换向时炉压波动较大的现象，则重点检查排烟温度低的三通换向阀用于排烟的气缸是否运行正常。

(4)若同时存在炉膛升温慢，排烟温度高的现象，首先，应在熄火时通过观察门检查炉内的隔火墙是否与锅体密封，因为隔火墙不密封容易造成烟气流短路；其次，检查三通换向阀上进空气气缸是否运行正常，可通过鼓风机上压力表读数来判断。若烧大火而空气不足时，则燃气未充分燃烧，炉温升温慢，而且三通换向阀和蓄热体没有充分的空气进行降温，则存在升温快排烟温度高的现象。

4 改造效果

4.1 节能方面

以单台150 t蓄热式熔铅炉使用煤气量为例，在未改造之前，熔化150 t电铅片需打开三个烧嘴，烧嘴总流量为900 m3/h，升温至480 ℃，燃烧时间需7 h，共消耗煤气量为6 300 m3；改造后，熔化150 t电铅片需打开三个烧嘴，烧嘴总流量为800 m3/h，升温至480 ℃，燃烧时间需6 h，共消耗煤气量为4 800 m3。综合计算，改造后熔化150 t铅所节省煤气量为1 500 m3，节能效率约为23%。

4.2 控制方面

蓄热式熔铅炉控制系统采用PLC为核心的DCS控制系统。在主控室，通过燃烧炉的组态界面，可直观地监控燃烧炉的运行状态；同时便捷地在线调整燃烧炉的运行参数，降低人工操作强度。

4.3 安全方面

点火系统由于采用高压变压器自动点火，并安装有火焰检测器，当蓄热炉运行期间出现熄火情况，控制系统将自动切断燃气阀，从而确保熔铅生产过程的安全，杜绝了事故的发生。

5 推广应用

公司于2011年6月改造完成第一台熔铅炉，运行两个月后，根据使用效果，结合现场实际，逐步推广到阴极、阳极熔铅炉，总共完成5台熔铅炉的改造，使电铅的生产在节能、安全、环保三方面都取得重要突破，挖掘出了更大的节能空间，取得了良好经济环保效益，改造实施前后对比如表1。

表1 蓄热炉改造前后对比

6 结束语

蓄热式燃烧炉的应用为公司铅冶炼生产的安全环保、节能减排及持续发展、清洁用能提供了途径，对树立公司环保形象起到了良好的示范作用，同时也为公司今后用天然气取代煤气做好了硬件设施的铺垫。

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[5] 褚桂林， 黄宁燕.蓄热式燃烧控制在加热炉的应用[C]. 全国炼钢连铸过程自动化技术交流会论文集, 2006.

Application of Regenerative Furnace in the Production of Electrolytic Lead

CHEN Peng

This paper introduces a regenerative furnace retrofit scheme which is applied in a company coal gas lead smelting. The working principle of regenerative furnace, specific transformation measurement and faults handling are introduced. After modification, 23% of energy per furnace is saved, lead melting speed is boosted, uniformity of furnace temperature is greatly improved, automatic control of melting temperature is achieved and safety production is effectively guaranteed.

gas smelting furnace; regenerative furnace; retrofit; energy-saving safety

2014-08-01

陈鹏(1975—)，男，贵州织金人，大学本科，工程师，主要研究方向：机电设备管理与维护。

TF812； TF066

B

1008-5122(2014)06-0018-04