反射炉排烟收尘系统常见故障诊断与控制关键技术研究

张伟旗

(江西铜业集团铜材有限公司， 江西 贵溪 335424)

反射炉排烟收尘系统常见故障诊断与控制关键技术研究

张伟旗

(江西铜业集团铜材有限公司， 江西 贵溪 335424)

经过长期生产实践的探索，成功地解决了反射炉排烟收尘系统常见故障成为制约生产的技术“瓶颈”问题。通过加强对其常见故障分析与控制，其原料综合利用率和金属回收率高，可保证生产的顺行，达到安全高效、延长炉龄、节能环保、降耗之目的。

排烟收尘系统； 故障诊断； 节能环保

反射炉可用于有色金属冶炼中的干燥、焙烧、精炼、熔化、保温及渣处理等工序，应用极为普遍。然而，有色冶炼烟尘中，氧化铅、三氧化二砷、氧化镉等金属化合物具有毒性，若未经处理、直接排放，易严重污染环境。鉴于铜资源现状和废杂铜再生投资、能耗和成本低，污染少和工艺较简单等特点，废杂铜的回收在中国极受重视[1]。而我国企业对废杂铜的回收主要集中于高品位废杂铜上，在2009年5月贵溪冶炼厂卡尔多炉投产前，没有能大规模处理低品位杂铜的冶炼厂，目前普遍采用的是固定式反射炉[2]，其中贵溪冶炼厂倾动炉车间在线使用的反射炉共设有4台。其主要优点是设备简单、投资少、操作方便、易控制、耗水少、对原料和燃料适应性较强，适合大规模生产等，可处理含铜30%～90%的废杂铜等特点[3]。因此，反射炉在熔炼铜、锡、铋精矿和处理铅浮渣及金属的熔化和精炼等方面，用途极广[4]。其主要缺点是燃料消耗量大，烟气量大，热利用率较低，员工劳动强度大，烟气含二氧化硫浓度低，不易回收利用，污染环境等。为进一步提高原料的综合利用率和金属回收率，针对反射炉收尘排烟系统常见故障的控制进行探讨和研究，十分必要。

1 主要结构工艺原理

1.1 主要功用

该系统的主要功用是处理反射炉冶炼过程中所产生的恶劣烟气，可收集经济价值较高的粉尘，回收烟气中所含的有价金属和高温余热，剔除烟尘中的有害元素，经处理后的烟气中残余烟尘含量≤20 mg/Nm3，有助于改善周边大气环境的质量，从而达到环保达标排放之目标；同时，该系统配套有余热锅炉、空气冷却器等冷却设备，可将烟气温度控制于系统要求的范围之内，可取得显著的环保效益和经济效益。

1.2 排烟系统结构原理

1.2.1 空气冷却器系统

该系统是以强制对流方式，带走高温烟气管壁热量的一种间接冷却设备。列管式空气冷却器主要由192根304L不锈钢、进出口烟道、灰斗及4台轴流式风机等组成。空气冷却器将约350 ℃的入口烟气温度，降至200 ℃左右出口温度。其仪表控制方式为先由混气室出口测量温度Tc304A- c进入DCS，再由DCS软件控制器发出4～20 mA信号进入冷却器PLC，然后由冷却器PLC控制冷却风机的运行；冷却风机根据混气室出口温度Tc304A- c，以不同的速度运行，当混气室出口温度连续升高时，冷却风机的速度和冷却器的冷却效率也相应提高。

1.2.2 旋风收尘器系统

该系统是利用离心力的作用，从旋转气体中分离烟尘的方法。其用于处理炉子烟罩排烟，炉子外逸烟气通过烟罩收集，进入旋风收尘器中，由于烟罩密封性不好，实际抽取的气体中大部分是空气，混合气体温度约50 ℃，混合气体的燃烧烟尘，特别是加料熔化期烟尘，由旋风收尘器收集，可保护后续收尘器布袋不着火燃烧。烟尘通过旋风收尘器下部灰斗及双叶翻板阀排入烟尘罐中。

1.2.3 布袋收尘器系统

该系统主要由过滤器部件、过滤吹扫设备、双叶翻板阀、螺旋输送机、烟尘斗、外壳蒸汽加热设备和安全稀释阀等设备组成。其中，过滤器部件主要是由过滤器外壳、过滤器定位槽、过滤器框架、滤布等部分组成；烟尘收集装置即灰斗安装在过滤器壳体下方，装有烟尘温度检测的热电阻，还有双叶翻板阀、螺旋运输机及盛装烟尘的烟尘斗；为防止烟尘结露，灰斗外壳上装有蒸汽保温伴管。

它是利用烟气通过纺织物pps捕捉集烟尘的一种方法。其工作原理是粉尘通过编织或毡织滤布时产生的筛分、惯性、粘附、扩散和静电等作用而被捕集。当滤布粘附一层烟尘后，便对烟尘层和滤布同时进行收尘。布袋收尘一般能捕集≤1 μm烟尘，性能较好的滤布可捕集烟尘细度达0.1 μm，且不受烟尘物化性质的影响，但对烟气性质如烟气温度、湿度、有无腐蚀性等要求较严。

1.2.4 主旁通排烟风机系统

主排烟风机系统主要由风机本体(含电机)、出口电动阀、入口电动调节阀及冷却水系统等设备组成，均安装于户外。经布袋收尘器收集烟尘后的干净烟气，通过主排烟风机抽入烟囱排至大气中。主风机运行时，转速不可调节，系统所需负压由布袋收尘器入口负压控制，由风机入口电动调节阀来实现；其轴承由冷却水进行冷却。

旁通排烟风机系统主要由旁通风机、旁通风机出口截断阀、旁通风机入口截断阀、旁通阀和旁通风机入口温度检测设备等设备组成。该系统通烟时，布袋收尘器入口电动阀关闭，旁通电动阀打开，旁通风机运行。正常生产时，旁通系统则处于备用状态。旁通风机轴承采用冷却水冷却。

以上系统中，风机轴承箱及电机定子和轴承，均装有PT100铂热电阻，若被检测轴承温度上升至上极限时，会发出“风机重故障报警”信号，系统即实现联锁停车。

1.3 收尘系统结构原理

沉尘室和惯性收尘器属低效收尘设备。它利用烟尘重力、惯性力或离心力，仅能起到捕集粗颗粒烟尘作用，收尘效率为60%。其结构简单，设备阻力小，但占地面积大，带灰斗的大型烟道也能起到惯性收尘器作用，且能耐较高的烟气温度。

旋风收尘器属中效收尘设备。其利用烟尘重力、惯性力或离心力，捕集≥10 μm烟尘，收尘效率60%～95%。其由普通钢板制成，外部保温时可耐450 ℃。结构简单，占地面积小，设备阻力因结构形式和进口流速而异，高达3000 Pa；收尘率高低与阻力大小成正比；烟尘密度大，含尘量高，收尘效率随之提高；烟尘硬度大，需考虑设备耐磨问题。

袋式收尘器属高效收尘设备。收尘效率>95%。只要滤袋不破损，其烟尘性质对收尘效率影响不大。烟气温度决定于滤袋材料耐温特性，如玻璃纤维滤料耐温≤250 ℃，诺麦克斯针刺毡耐温≤200 ℃等。烟尘粘结性强、露点高时，易堵塞滤料孔隙，不易清除。其阻力较大，运行费用较高。

电收尘器属高效收尘设备。它利用库仑力使烟尘分离，能捕集超细烟尘，收尘效率>95%。其设备阻力低，运行费用低，耐高温、耐磨损，操作条件好，但基建费用高，操作、管理技术要求严格。

1.4 烟气处理工艺流程

其工艺流程是：烟气→沉渣室→余热锅炉→空气冷却器→烟气稀释→袋式收尘→排放。收尘采用布袋收尘器和旋风收尘器；烟气冷却采用自然循环式余热锅炉、列管式强制风冷却器及环集烟气等直接冷却；每台主排风机皆带炉子排烟和环境集烟排烟，前者处理冶炼烟气，后者治理环境漏烟。

炉子排烟：冶炼过程产生的高温烟气，先进入余热锅炉的前部沉渣室，待熔融状的烟尘沉降后，可对进入锅炉辐射部、对流部的高温烟气进行余热回收，且将烟气温度由1250 ℃降至<350 ℃。必须注意定期清理沉降、收集于沉渣室底部和余热锅炉的烟尘。

烟罩排烟：每台炉子周围共设置加料门、渣门与出铜口三个排烟烟罩，用于收集因工况而泄漏的烟气，防止污染环境。加料、排渣、出铜属周期性作业，为提高集烟能力，各集烟支管上均装有电动调节阀，可根据冶炼过程周期情况，调节各阀门开度；环集排烟总风管由三个集烟支管汇合而成，由主排烟风机或旁通风机提供排烟抽力；经过旋风收尘器预处理过的烟罩收集烟气与列管式冷却器出来的烟气进行混合后，方可入布袋收尘器；而通过旋风收尘器可收集烟罩烟气中较大颗粒的火星和烟尘，双叶翻板阀则能将其排入烟斗中。

旁通排烟：炉子烟气经余热锅炉、列管式冷却器冷却后，可通过旁通风机将直接混合后的旁通排烟和烟罩排烟排入烟囱而放空；而烟罩排烟则必须先通过旋风收尘器收尘后，再与炉子烟气相混合方可。由于其未经布袋收尘器处理，且仅够一台炉子使用，一般只作检修后的升温排烟或事故排烟。应注意尽量不采用该法。

2 烟气冷却方式对比特点

2.1 冷却方式分类

其可分为直接冷却和间接冷却两大类。

直接冷却：主热交换方式为蒸发和稀释。烟气与冷却介质直接接触，且进行热交换，烟气量及成份可能发生改变。

间接冷却：主热交换方式为对流和辐射。烟气与介质不直接接触，性质不改变。

2.2 冷却方式对比

对流与辐射的主要优点是不改变烟气成份和流量；余热可利用；可起平抑烟气流量、温度、压力及其它峰值负荷作用。主要缺点是占用空间大；管道可能因烟尘粘结堵塞。

蒸发(喷水冷却)的主要优点是设备费用低、占空间小；可严格、迅速地控制温度；能部分清除灰尘及有害气体。其缺点是运行时，设备容易腐蚀；增加结露危险；增加气体体积，加大后面设备能力。

稀释(吸冷风)的主要优点是简单易行；设备及运行费用较低。其缺点是增大气体流量，增大后面设备能力，有时须先处理稀释空气，以免吸入环境湿气等。

3 故障诊断与控制关键技术

3.1 旋风式除尘器漏风故障

一旦漏风，将严重影响除尘效果。漏风部位有进出口连接法兰处、除尘器本体和卸灰装置。其常见故障相应的控制措施是：

对器壁冲刷磨损严重的情况有：进口气速高，气流给予粉尘的冲击力和离心力大，以锥体部分内壁磨损最严重；含尘气体浓度高，器壁受粉尘冲刷次数多；比重大、硬度大、粒径超过20 μm、外形有棱角的粉尘，磨啄性较高；含尘气体温度变化或湿度降低时，粉尘易附着、堵塞和腐蚀。磨损和腐蚀会导致除尘器穿孔和粉尘排放，除尘效率下降，应注意压差变化和排出烟色恶化状况；关注除尘器各部位气密性，检查旋风筒气体流量和集尘浓度变化；锥体角度大，旋转加速强烈，锥体底部磨损严重。为此，其相应措施是：启动前，检查各结合部的气密性、连接部位是否连接牢固，消除漏灰、漏气现象；降低进口流速；保证旋风分离器几何构造合理；易磨损部件具有耐磨蚀性；设计时，应保证部件的易修理和具有互换性等。

3.2 主排烟风机故障

3.2.1 风机机体振动故障

部分叶片附着物不均匀、磨损严重或腐蚀，质量不对称时，会造成转子不平衡故障，必须及时清除叶片上的附着物，更换损坏的叶片或新工作轮，且通过找平衡来解决；平衡质量与位置不对，造成转子不平衡故障，应重新调整平衡，且固定平衡块；风机机轴和电动机不同心，或联轴器安装不正故障，应重新进行调整、安装和找正；工作轮歪斜，与进风口或机壳内壁相碰故障，应及时修理工作轮及进风口，调整好推力轴承。

3.2.2 风机轴承过热或卡死故障

因轴承缺润滑油脂，滚子轴承已到工作寿命；轴承安装不好；风机轴与电机不同心；轴承偏磨；轴瓦刮研、安装间隙过小等引起的。其有效措施是：清洗轴承，加润滑油脂；更换油轴承；调整电动机与风机轴同心度；重新刮研轴瓦，调整轴与轴瓦间隙。若轴承温度上升至上上限或卡死，会发出“风机重故障报警”信号，系统则联锁停车。

3.3 布袋收尘器系统常见故障

3.3.1 阻力增大故障

布袋表面附着的烟尘增厚所致，需停车进行内部检查。其主因是，布袋喷吹管脱落：应重新安装，且固定好；布袋电磁阀不动作：应检查有无电源，或更换电磁阀；布袋板结：应迅速查明原因，及时更换布袋；吹扫压缩风不足：检查压缩风系统是否泄漏或故障，应及时进行处理；检修完布袋未开起：检修后，应重新开起。其它外部因素排查。

3.3.2 入口温度过高或过低故障

由于诱因复杂，需根据工况进行检查分析：如空气冷却器运行是否正常；入口温度过高，可能导致布袋着火燃烧事故；入口温度过低，烟气会结露，导致布袋粘结甚至腐蚀；排烟温度是否太高或太低；稀释风阀是否全开；冷却器内部是否有积灰、粘结，影响冷却效率等；布袋粘结会使收尘器阻力升高，甚至堵塞；布袋腐蚀，会降低收尘器收尘效率及使用寿命。在布袋收尘器入口烟气管路上，设有两个并联测温点TC305A- C，每台布袋各2个。一旦故障，测温点报警时，为保证布袋收尘器安全运行，其入口烟气温度必须严格控制在其允许范围之内。

3.3.3 灰斗温度高故障

一旦报警，应立即检查并作相应处理：

排烟温度高故障的控制：反射炉排放烟温受间断下料的影响而波动，应仔细检查、确认其排烟温度，是否过高。

灰斗故障的控制：检查、确认现场布袋收尘器烟尘温度检测点显示是否正确；检查布袋灰斗内的烟尘是否积压；翻板阀及螺旋机运行是否正常；立即进行疏通、排灰。

布袋着火燃烧故障的控制：根据烟囱是否冒黑烟，排出烟尘是否带火星判断；立即采取紧急措施，切换至旁通系统运行，且通知消防部门进行灭火；除非迫不得已，一般不得打开收尘器的人孔及门，防止空气进入，避免布袋的加速燃烧。

3.3.4 脉冲阀、定时器故障

脉冲阀不工作故障：脉冲阀橡胶膜片损坏，或电磁阀线圈烧坏，应及时进行更换；电源断电或清灰控制失灵，应恢复供电，修理清灰控制器；脉冲阀内有杂物，应仔细清理脉冲阀；采用压缩风清灰，压缩空气压力太低，需检查气路系统及压缩机；为防止运动机构失灵及滤袋堵塞，需去除水份和油雾，勤洗油水分离器。

清灰定时器故障：时间设定值有误或故障，因此，应检查固定滤袋零件是否松动；滤袋张力是否合适；除尘滤袋内支撑框架是否完好，防止滤袋磨损。

3.3.5 提升阀跳停或阀板脱落故障

压缩风不足，会引起提升阀跳停。其主因是：储气罐与提升阀之间油水分离器压缩风脏，导致滤芯堵塞，需及时更换和清洗；提升阀长期运行，密封件磨损，造成压缩风泄漏，导致供气不足，应及时更换提升阀密封件，且调节提升阀供气压力至适当值，保证每个提升阀皆能在规定时间内动作；压力不宜过高，否则易使气缸密封件老化；漏气点增大时，可适当提升供气压力；保证油水分离器供油，供油速度不可太小，以免失油；必须定量润滑提升气缸的阀杆。

收尘器长期运行时，阀板始终周期性的提起、落下，阀板易松动、脱落，含尘气体无法进入收尘布袋，一旦阀板脱落，极难安装，为防松起见，需将阀板用两个螺母锁定在气缸活塞杆上；若提升阀阀板在气缸丝杆上位置调整不当如位置偏下时，气缸运行至下终点，导致阀板严重变形、中心孔周龟裂，仅需往上调整阀板至恰当位置即可。

3.3.6 气缸动作不良故障

电磁阀动作不良，应检查原因并修复；活塞杆锈蚀、断油，应作清锈处理或更换，检修、恢复供油；阀门排气孔堵塞，或阀内部有异物或粉尘，导致阀芯无法动作，采用煤油清洗或润滑脂润滑；气缸内积水或活塞漏气，应依次打开气缸上下顶盖排气阀，配合手动阀运动活塞，即可排除积水；及时更换漏气活塞密封圈；气缸导气管脱落，应关闭布袋用压缩风总阀，打开布袋喷吹气包疏水阀，排掉气包压缩风，更换导气管。

3.3.7 滤袋破损故障

它是系统常见故障之一。其主因是：

(1)机械损伤：由于受到机械振动、气流偏吹、吹速过大、喷吹过重及高温烟气中混有大量腐蚀性强且表面锋利的粉尘等严重影响，导致除尘器入口附近的滤袋会被高速烟气过度冲刷、磨损，易在滤袋底部出现裂缝和孔洞；由于滤袋尺寸与袋笼不相匹配，滤袋在清灰过程中往往会产生胀缩，且频繁碰压骨架变形，导致滤袋破损加剧。

(2)空气动力损伤：随着高速含尘气流反复冲刷除尘器的入口和滤袋的破损，净气室内易堆积粉尘，且反吹时粉尘会随着气流的运动不断地冲刷滤袋，导致滤袋破损严重；烟气入口处导流板设计、安装不当，入口处的烟气易在中间分布集中、两侧分布稀少，未能起到疏导、分散及减缓高速含尘气流对滤袋的冲刷作用，且冲刷后形成的导流板孔洞也会产生局部高速含尘气流，冲刷加速导致滤袋破损；一旦脉冲清灰装置故障时，则无法观测到旋转臂，在同一位置长时间持续进行定位喷吹，对其它滤袋却未作清灰处理，致使阻力未降反升，导致该位置个别滤袋的破损；(3)热力损伤；(4)聚合物纤维裂解等。

必须进行合理设计、精心安装、定时维护，如：为增强除尘器入口导流板的分流和导流作用，必须对其进行结构改进，且采用适宜的安装角度；为防止袋式除尘器花板产生变形，宜通过优化设计，进一步提高其结构强度；为防止烟尘短路，必须确保旁路烟道、挡板门、烟道封堵和放灰孔等严密性的要求；为有效地降低滤袋磨损，大幅减少烟尘短路泄漏，必须保证滤袋与花板、骨架的配合始终良好，同时加强设备点检和精心维护等。

3.3.8 结露糊袋故障

外壳漏风常使袋室气温低于露点，滤袋受潮，灰尘非松散地粘附在滤袋上，堵死织物孔眼，清灰失效，导致糊袋，无法除尘。应减少收尘器本体部分缝隙的漏风；常检查灰斗蒸汽保温伴管是否损坏，避免烟尘温度降至露点以下，防止烟气结块、设备腐蚀，以保护系统的安全运行。

3.3.9 清灰不良故障

除尘器滤袋过于拉紧或松弛时，可调整松弛张力或调整张紧力；粉尘潮湿时，应检查原因并处理；清灰中滤袋膨胀时，应检查、排除密封故障；清灰机构、清灰阀门发生故障时，必须检查、调整并排除故障；反吹风量不足时，应检查原因，加大反吹风量。

3.4 螺旋输送机故障

现场先后将双叶翻板阀选择开关、螺旋输送机选择开关打至“手动”位，解除联锁运行；检查、确认螺旋输送机下灰口是否被灰堵死，若是需清理干净；打开螺旋输送机盖板检查，是否异物卡死，若是需取出；若无法取出，则通知检修部门处理。

3.5 除尘效率低故障

布袋收尘器排灰口漏风，当粉尘大量缓慢地下落时，逆流而上的气流，又会造成下落粉尘的二次飞扬，使脉冲布袋收尘器内含尘浓度成倍于进气，恶化了其工作条件，影响其除尘效率。应及时封堵排灰口漏风，防止除尘器内部气流短路，定期检查压缩风系统及风源压力是否符合要求、稳定等。

3.6 排烟系统重故障车间大联锁

确认各联锁是否正常到位(熄灭烧嘴)；确认重故障原因及恢复时间；立即汇报当班班长、总调和精炼厂；迅速用蒸气吹扫烧嘴。对现场进行详细点检，确认停运设备状况；30分钟不能恢复生产，必须将两支烧嘴拨出；4小时以上不能恢复生产，要用加料机加入木材或木碳进行保温。

4 结语

影响反射炉烟气除尘系统的外因复杂且多，由于受间断下料的影响，反射炉烟气除尘系统的作业条件会随着反射炉排放的烟气量、含尘浓度及烟温等技术参数的不断变化而变化，为保证该系统始终能长期稳定、可靠地正常运行，以防万一，针对该系统常见故障进行探究及处理，且对旋风式除尘器、主排烟风机、布袋收尘器、螺旋输送机等关键设备实施重点维护保养、定期检修、及时监控、适时更新等，可大幅提升炉床能力、金属回收率及热有效利用率，大幅降低反射炉熔炼的生产成本及吨铜重油耗，从根本上消除超标废气对环境的污染及其危害，从而达到安全高效、延长炉龄、节能环保、优质高产之目的。

[1] 邱定蕃,王成彦,王春.中国废杂铜回收与利用[J].有色金属，2003，55(4)：94-97.

[2] 周俊.废杂铜冶炼工艺及发展趋势[J].中国有色冶金，2010,(8)：20-26.

[3] 华宏全，王冲，杨坤彬.废杂铜回收利用浅析[J].中国资源综合利用，2011，29(11)：20-23.

[4] 李刚，周萍，闫红杰，等.再生铜反射炉的用能分析与节能措施[J].冶金能源，2008，27(5):37-39.

The Key Technology Research of Common Faults Diagnosis and Control of Smoke Dust Collected System of Reverberatory Furnace

ZHANG Wei-qi

Through the exploration of production practice, the bottleneck problems of common faults of smoke dust collected system of reverberatory furnace have been successfully resolved which limits production. By strengthening its common malfunction analysis and control, raw materials comprehensive utilization rate and metal recovery rate is high, it can ensure production run smoothly, achieves safety and high efficiency, prolongs furnace life, the purpose of energy conservation, environmental protection and decreases energy consumption.

smoke dust collected system； fault diagnosis； energy saving and environmental protection

2014-10-05

张伟旗(1965-)，男，江西余江人，高级工程师，大学本科，主要从事矿山机械、铜加工、有色冶金、机电设备工程等技术研究工作，现为中国机械工程学会高级会员。

TQ336.1

B

1003-8884(2015)01-0015-05