探索烧结富氧点火自动控制的实现与应用

姜 颖

（韶关冶炼厂，广东 韶关 512024）

有色金属冶炼厂主要利用密封鼓风炉法进行生产，经过密封鼓风炉、鼓风返烟烧结、炉渣贫化吹炼等多个环节，完成生产。作为冶炼生产的核心环节，密封鼓风炉在生产效率中发挥着重要作用，为降低冶炼厂的生产成本，提高冶炼厂生产效益，需要积极引进新技术，为冶炼厂提供技术支持。富氧烧结燃烧技术作为改造成本低，生产效益和经济效益好的技术手段，受到了各个冶炼厂的关注，通过对烧结设备的改造，借助于制氧设备，创造富氧燃烧条件，可取得良好的生产效益。

1 烧结富氧燃烧的必要性

烧结机作为冶炼厂的重要生产设备，燃料燃烧时，需要利用空气助燃，提高生产效率，在空气中含有大量的氮气，氮气不参与燃烧，但是排出氮气会造成热量流失。若使用富氧空气助燃，燃烧后烟气量显著减少。空气中二氧化碳和水分含量越大，燃烧速率越低，降低火焰温度。富氧燃烧是通过增加空气中的氧气含量，从而降低氮气的比重，减少由氮气带走的温度，提高热效率，保证燃烧效率。同时富氧燃烧能够显著降低燃点，让燃烧程度得到扩展，实现完全燃烧，达到理想的节能作用。另外富氧空气助燃有助于提高烧结效率。在我国烧结火炉主要利用高热值燃料，如煤粉、焦炉煤气等，高热值燃料成本较高，且资源短缺，不利于取得生产效益。而利用低热值高炉煤气，有助于降低生产成本。目前高炉煤气具有丰富的资源，可通过提高燃烧效率，提高煤气利用率，降低生产成本。如今我国越来越重视环保管理，增加环境税额，为了响应国家号召，保护我国生态环境，降低生产成本，冶炼厂需要积极利用富氧燃烧技术，提高物料利用率，提高生产效率，保护资源，降低生产成本，为企业创造更高的经济收益。

2 烧结富氧生产优化的目的

在冶炼厂应用密闭鼓风炉法进行有色金属的生产，主要经过密封鼓风熔炼、粗锌精馏精炼等工序。其中密闭鼓风炉熔炼作为主要程序，负责对粗锌、粗铅的生产，上步工序为烧结生产，给风炉提供烧结块。烧结工艺主要由烧结机生产，有效面积达到110m2。烧结机所使用的原料是硫化铅锌混合矿和浮渣等材料。冶炼厂目前存在氧化物处理能力低，造成氧化物料积存大量铅、锌等物料。为了改善这一问题，需要将中间物料进一步处理，将这些物料再次放入铅锌混合矿烧结机中，每年处理铅锌物料过多，造成设备处理能力无法满足生产实践，烧结工序所使用的原料硫化矿含量显著降低，而氧化物料和硫酸盐的成分出现明显增加，造成烧结机氧化焙烧条件发生变化，对烧结机烟罩气体温度进行监控，若低于780℃，可能产生大型波动，降低烧结机生产能力降低，日产量只能达到650t左右，残硫率也显著升高[1]。设备需要处理氧化物料，造成烧结块质量降低。为了完成生产任务，密闭鼓风炉投入烧结块增加了40t，使得处理量和生产量不相匹配，不利于冶炼厂的生产实践和发展。为了提升烧结块生产力，借助于制氧站剩余的氧气，使用富氧方法，提高烧结焙烧的效果，让烧结生产力和烧结质量得到提高，保证生产工序正常进行，解决烧结机以及密闭鼓风炉产能不适配的矛盾，保证冶炼厂的正常生产，为冶炼厂发展创造良好的条件。

3 烧结富氧点火自动控制的实现与应用

3.1 工艺条件

由于高炉煤气受到了加压处理，传送至设备后，压力最大值达到15kPa～20kPa，氧气压力正常值为10kPa～20kPa，制氧车间的氧气输出量达到1.6MPa。在容量滞后环节调节管道压力，完成无静差调节，可使用模拟PID进行调节。在调节器设定比例度、微分时间以及积分时间。根据点火温度对氧气压力进行调节。为了便于观察火工操作，能够对压力进行调节，使用负反馈闭环进行控制，压力调节范围为0MPa～0.1MPa。为了快速响应，要使用带电气定位器薄膜进行调节，根据控制过程，可以选择正作用、气开式。PID调节器使用内给定和反作用式。当积分时间无限大时，微分时间为0，适当调整比例度，系统将按照纯比例进行应用。在系统稳定后，减小比例度数值，在外界作用下，对过程变化进行观察，确定临界参数。将比例度提高，加入积分时间和微分时间，以达到生产指标的要求。在富氧点火后，有效减少了台车表面松散料，提高垂直烧结效率，加快烧结机台车的速度，大幅提高产量，降低返矿率，让生产率得到提高[2]。提高点火助燃空气氧浓度，让点火器炉膛温度升高，充分发挥烧结作用，充分燃烧固体燃料，让燃料利用率显著提高，降低燃耗能量。操作工人劳动强度能到显著降低，无需使用鼓风助燃，可依据煤气量以及烧成情况，调整氧气含量，让劳动效率得到先祖提高。

3.2 设备改造

富氧送风改造在烧结设备中前部，对2#、3#风机进行供氧改造。使用制氧站的氧气供氧。原本主体结构不变，增加主供氧管线以及风机分支管线，在风机入口设置调节阀，出口位置上设置氧浓度分析仪，实施集中化控制以及监测。完成改造后，则要进行操作试验。实验前，需要在正常生产条件下，各工艺风机在正常生产条件下，测试供风含氧值。

3.3 操作实践

提高风机鼓风氧气浓度，能够让烧结料层燃烧速度得到提高，烧结床层温度和无富氧时的浓度对比，存在一定程度的提高。富氧前，烧穿监测温度达到680℃～780℃，存在较大的波动幅度。实验过程中，烧穿点进行温度监测，可以将温度提高至780℃之上。富氧鼓风在烧结床层中快速形成高温条件，能够促进烧结物脱硫，提高结块率，进而将烧结块产量提高10%以上。烧结工序精矿从32t/h～33t/h提高至36t/h～40t/h，改变了操作期间精矿投入量局限。当供风含氧量超过21%～23%后，风机总风量显著减少，烟气总管气量以及制酸系统，能够保证气量达到平衡，烟气外溢情况得到显著改善。富氧烧结提高了焙烧效果，解决了结块率的问题。在富氧生产环境中，减少铅精矿配比，含铅降低至18%左右，从而减少对铅精矿的消耗。

图1 富氧烧结设备示意图

对比不同耗氧区间的烧结块指数，烧结风机耗氧量为1400m3/h时，结块率稍好过正常生产，产块量只能达到687t，满足生产需要。增加用氧量后，脱硫率出现升高趋势，用氧量达到2600m3/h后，投入硫量增加，残硫率也随之提高，产块量达到740t，但远超过鼓风炉能力。富氧浓度并不是越高越适合烧结，若富氧含量过高，出现氧化反应增加，物料硅酸铅成分过早熔融，更容易粘结成块，无法脱硫。因此要将烧结工艺风机的富氧浓度稳定在21%～23%之间，耗氧区间稳定在2000Nm3/h～2300Nm3/h之间，可以达到良好的烧结质量和经济效益。

3.4 经济效益

富氧燃烧采用的是21%以上氧含量的空气助燃，可显著减少助燃氮气的应用，降低烟气体积，减少排烟的热损失，有效提高点火炉应用效率，降低生产成本。随着氧含量提高，让火炉燃烧温度得到降低，燃料燃点降低，有效改善火焰质量，让烧结点高炉煤气高效利用。目前主要使用变压吸附法以及膜分离法进行制氧，变压吸附制氧通过吸附剂的使用，分离氧气和氮气，得到的产物只有氧气。相比于深冷技术，成本低廉，建设周期短，调节负荷更加方便，可满足现代企业增产的需要。氧浓度达到30%左右后，膜分离法只需要花费变压吸附法成本的90%左右，具有较高的经济优势[3]。使用膜分离法制氧，只需要花费0.15元/m3的成本生产。使用空气和纯氧混合方法，可得到富氧空气。提高氧浓度，可降低烟气流量，降低排烟热损失，让火炉热效率显著提高，减少煤气量，降低高炉煤气成本。目前限制制氧技术让制氧成本有所提高，当达到30%氧浓度时，总成本要增加12.5%。此外还需要考虑其他潜在成本，包括二氧化碳的处理成本。

3.5 应用效果

采用富氧烧结点火自动控制，可实现全返烟烧结。以往降低返烟含氧量后，新风供氧不足，很难实现较高烧结效率，对产能产生影响，让烧结效果较差，通过对烧结产能的挖掘，有助于降低环保压力。通过技术改进应用富氧烧结功能，根据工艺要求，调整适合富氧烧结的最佳掺氧浓度。根据富氧烧结工艺建立配套制氧站，将所制氧气经过通道传递给用气点，利用总承包模式，制氧设备由供应商设计、施工和供货，制氧站建设外部管道、通风系统以及软化水系统等组织机构。自投入生产后，经过调试充分发挥出工艺改造效果，显著提高烧结机处理氧化物料的能力，将烧结配料比例提高了8%，显著提高精矿投入量以及结块率，取得了理想的经济效益，为未来的发展创造了良好的条件。

4 结论

综上所述，烧结富氧燃烧对于冶炼厂提高生产效益具有重要价值，经过烧结富氧生产优化，应用烧结富氧点火自动控制，可有效提高资源利用率，为金属冶炼创造良好的条件，弥补当前生产条件的短板，提高冶炼厂生产效益和经济收益。富氧燃烧提高了烧结焙烧的效果，弥补了烧结块含铅质量的短板，经过富氧燃烧的改造，有效改善铅精矿含量，降低烧结块含铅量，提高铅精矿使用效率。另外，控制富氧浓度保持在21%～23%，耗氧区间保持2000Nm3/h～2300Nm3/h，可达到良好的生产质量和经济效益。