郝玉剛，徐 偉

(中國恩菲工程技術(shù)有限公司，北京 100038)

1 引言

底吹電熱熔融還原爐為中國恩菲工程技術(shù)有限公司自主研發(fā)的有色冶金爐，該專利技術(shù)首次工業(yè)化在安陽市岷山有色金屬有限責任公司應用，于2011年11月順利投產(chǎn)，目前整體運行良好。

為了冷卻底吹電熱熔融還原爐排出的高溫煙氣，在其煙氣出口設(shè)置了余熱鍋爐，用于回收煙氣中的熱量，降低煙氣溫度。余熱鍋爐生產(chǎn)壓力為4.0MPa的飽和蒸汽，供生產(chǎn)、生活蒸汽用戶使用，也可驅(qū)動飽和蒸汽汽輪機組發(fā)電，實現(xiàn)有效的節(jié)能減排。

底吹電熱熔融還原爐煙氣具有溫度高、微還原氣氛，煙塵粘結(jié)性強等特點，底吹電熱熔融還原爐余熱鍋爐作為一種新型的工業(yè)化設(shè)備，自投產(chǎn)以來整體運行狀況良好，但也存在一些值得探討的問題。本文根據(jù)安陽岷山項目的運行情況，對余熱鍋爐系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)和設(shè)計特點進行了介紹，對運行中存在的主要問題及解決方案進行了分析和討論。

2 余熱鍋爐系統(tǒng)介紹

底吹電熱熔融還原爐余熱鍋爐布置在底吹電熱熔融還原爐后部，余熱鍋爐煙氣入口與底吹電熱熔融還原爐煙氣出口緊密相連，煙氣流通經(jīng)過余熱鍋爐內(nèi)部，可以有效降低底吹電熱熔融還原爐排出的高溫煙氣，部分回收含金屬煙塵，為后部收塵創(chuàng)造條件。

余熱鍋爐的主要輔助設(shè)備包括電動給水泵、電動循環(huán)泵、除氧器、鍋筒、定期排污擴容器、清灰裝置等。原水經(jīng)除鹽處理后，送至余熱鍋爐房內(nèi)的除氧器，脫除水中的氧氣后貯存在除氧水箱。除氧水由給水泵送入余熱鍋爐鍋筒，在鍋筒中與爐水混合后通過下降管進入熱水循環(huán)泵。經(jīng)熱水循環(huán)泵加壓后的循環(huán)水送到余熱鍋爐各受熱面，在受熱面中加熱后返回鍋筒。返回鍋筒的汽水混合物在鍋筒中進行汽水分離，分離出來的水繼續(xù)循環(huán)，飽和蒸汽引出鍋筒，進入廠區(qū)管網(wǎng)，供生產(chǎn)、生活蒸汽用戶使用，也可驅(qū)動飽和蒸汽汽輪機組發(fā)電。

3 余熱鍋爐結(jié)構(gòu)特點

3.1 余熱鍋爐主要技術(shù)參數(shù)

通常情況下，有色冶金爐余熱鍋爐的工作壓力是根據(jù)煙氣的露點溫度確定的，底吹電熱熔融還原爐煙氣露點溫度約150℃，但由于底吹熔煉爐余熱鍋爐煙氣露點溫度較高，考慮到蒸汽并網(wǎng)綜合利用，故將還原爐余熱鍋爐工作壓力提高至4.0MPa［1］。

設(shè)計工況下進入余熱鍋爐的煙氣量約20400Nm3/h，煙氣溫度約1200℃，余熱鍋爐的主要參數(shù)如下:

表1 余熱鍋爐主要技術(shù)參數(shù)

圖1 底吹電熱熔融還原爐余熱鍋爐結(jié)構(gòu)圖

3.2 余熱鍋爐結(jié)構(gòu)特點

底吹電熱熔融還原爐余熱鍋爐包括底吹爐余熱鍋爐由上升煙道、下降煙道、輻射冷卻室和對流區(qū)四部分組成，受熱面為膜式壁結(jié)構(gòu)。余熱鍋爐采用強制循環(huán)，露天布置。鍋爐受熱面和管束均為ф38×5的無縫鋼管。具體結(jié)構(gòu)見圖1。

高溫煙氣從還原爐煙氣出口進入余熱鍋爐，依次經(jīng)過上升煙道、下降煙道、輻射冷卻室和對流區(qū)，最終從余熱鍋爐出口煙道排出。煙氣中的部分煙塵在余熱鍋爐中沉降下來，上升煙道沉降灰塵落入底吹電熱熔融還原爐內(nèi)，下降煙道、輻射室、對流區(qū)沉降煙塵落入余熱鍋爐灰斗下部的埋刮板輸送機，通過埋刮板輸送機將煙塵輸送至爐外，返回到底吹熔煉爐［2］。

由于底吹電熱熔融還原爐煙氣中含有大量煙塵，余熱鍋爐采用了機械振打、彈簧振打、高能脈沖清灰三種清灰方式。在爐罩和上升煙道頂部布置了4個彈簧振打清灰點，在上升煙道、過渡段、下降煙道和輻射室布置了24個機械振打清灰點，在對流管束頂部布置了22個高能脈沖清灰點［3］。

考慮到底吹電熱熔融還原爐排出的高溫煙氣具有還原性，可能在余熱鍋爐內(nèi)部進行二次燃燒或爆炸，因此在余熱鍋爐上升煙道頂部設(shè)置了防爆門。

4 余熱鍋爐運行中存在的問題分析及解決措施

4.1 超負荷運行帶來的問題及解決措施

底吹電熱熔融還原爐余熱鍋爐于2011年11月投產(chǎn)運行。為了滿足生產(chǎn)發(fā)展的需要，底吹電熱熔融還原爐在運行中逐步加大了投料量，并提高了后部高溫風機的抽力，進入余熱鍋爐的煙氣量大大增加，同時煙氣在余熱鍋爐內(nèi)二次燃燒釋放出大量反應熱，使余熱鍋爐的產(chǎn)汽量遠遠超過設(shè)計值，達到20t/h左右。超負荷運行造成如下一些問題:

(1)余熱鍋爐受熱面運行工況惡劣

由于余熱鍋爐內(nèi)部煙氣量增大、煙氣釋放熱量增加，余熱鍋爐吸收的熱量隨之增加，使得余熱鍋爐受熱面工況惡劣。

(2)余熱鍋爐出口煙溫過高

不同工況時余熱鍋爐入口、出口煙氣溫度見表2。

表2 不同工況下鍋爐煙氣溫度及蒸發(fā)量

從表2中數(shù)據(jù)可以看出，加大后部高溫風機抽力或投料量，余熱鍋爐入口煙氣溫度和出口煙氣溫度都相應地提高了，出口溫度已經(jīng)遠遠高于設(shè)計值，增加了余熱鍋爐后部表面冷卻器的運行負擔。

(3)余熱鍋爐電動給水泵能力顯得不足

余熱鍋爐的設(shè)計蒸發(fā)量為12t/h左右，設(shè)計時選用的鍋爐電動給水泵流量Q=15t/h，揚程H=550m。實際運行時，余熱鍋爐蒸發(fā)量達到20t/h左右，出現(xiàn)了給水泵能力不足、不能及時有效地給余熱鍋爐鍋筒補水的情況。

針對以上問題，在運行實踐和局部改造中采用了如下措施:

(1)改進系統(tǒng)操作工藝，適當控制底吹電熱熔融還原爐投料量

首先是改進底吹電熱熔融還原爐工藝、減少余熱鍋爐尾部高溫風機的抽力、控制底吹電熱熔融還原爐的投料量;其次是改進余熱鍋爐的操作工藝，加強余熱鍋爐上升煙道、輻射室、對流管束等各個部位的清灰，減少余熱鍋爐模式壁上積灰，可以適當降低余熱鍋爐的出口煙氣溫度［4］。

(2)更換電動給水泵

將原有兩臺流量Q=15m3/h，揚程H=550m電動給水泵更換為兩臺流量Q=25m3/h，揚程H=550m的電動給水泵。

通過以上系統(tǒng)操作工藝的改進、電動給水泵的更換，使得整個流程能夠順利進行，基本解決了超負荷運行帶來的問題。

4.2 余熱鍋爐煙道積灰問題

余熱鍋爐積灰分為松散性積灰、粘附性積灰和粘結(jié)性積灰。松散性積灰一般認為是由于分子引力和靜電引力的作用而形成;粘附性積灰主要是在煙塵中含有較多的低熔點金屬元素的情況下形成的;粘結(jié)性積灰的原因是煙塵顆粒呈熔融狀態(tài)或呈粘性狀態(tài)所引起的，也可能是活性固體顆粒與煙氣中某些成分起化學反應，在積灰的沉積層上發(fā)生了二次物理化學過程而形成［5］。

余熱鍋爐煙道的結(jié)渣和積灰是余熱鍋爐普遍存在的問題。安陽岷山項目底吹電熱熔融還原爐余熱鍋爐運行初期，余熱鍋爐爐罩亦發(fā)生過結(jié)渣和積灰問題，主要積灰類型為粘結(jié)性積灰。對還原爐余熱鍋爐爐罩清除下來積灰顆粒化驗分析，主要成分見表3。

表3 爐罩不同位置結(jié)焦成分含量表

造成爐罩結(jié)渣和積灰的原因主要有三個:一是余熱鍋爐爐罩設(shè)置了縮放口，由于煙氣通流截面的改變在縮放口部形成渦流，容易造成煙塵粘結(jié);二是底吹熔煉爐高鉛渣通過溜槽穿過底吹電熱熔融還原爐余熱鍋爐爐罩送入底吹電熱熔融還原爐，高溫爐渣會飛濺到還原爐余熱鍋爐爐罩上，造成爐罩結(jié)渣;三是入爐原料中鉛、鋅含量較高，高溫冶煉環(huán)境下容易形成低熔點共熔體，造成煙塵粘結(jié)。

針對以上原因，采取的相應控制措施如下:

(1)余熱鍋爐爐罩增設(shè)多處檢修孔并加強振打

在余熱鍋爐爐罩上增設(shè)多處檢修孔，通過定時點檢，及時清除結(jié)焦，避免煙道堵塞，使煙氣流動順暢，同時在余熱鍋爐爐罩上增加2處彈簧振打，并加大振打頻率和力度。

(2)控制底吹熔煉爐高鉛渣進入底吹電熱熔融還原爐的狀況

底吹熔煉爐高鉛渣進入底吹電熱熔融還原爐的溜槽入口位于余熱鍋爐爐罩開口上，高鉛渣流速控制不好，會使高鉛渣濺落在膜式壁上，形成結(jié)焦:流速大時沖力較大，會局部濺落到溜槽對面的膜式壁上;流速小時沖力較小，會滴落到溜槽所在面的膜式壁上。

合理控制底吹爐高鉛渣流出的速度和進入底吹電熱熔融還原爐的位置，可以有效減少底吹電熱熔融還原爐余熱鍋爐爐罩上的結(jié)焦。

(3)控制底吹電熱熔融還原爐爐溫及進爐物料

在實際生產(chǎn)過程中為了追求好的渣含鉛指標和經(jīng)濟效益，曾將電熱熔融還原爐爐溫提高至1300℃以上，且投入了大量含鋅較高的雜料。實踐表明合理控制底吹電熱熔融還原爐爐溫和入爐物料的含鋅量，可以明顯改善底吹電熱熔融還原爐爐罩膜式壁上的煙塵粘結(jié)狀況。

4.3 余熱鍋爐上升煙道膨脹節(jié)處爆管

余熱鍋爐運行約3個月后，發(fā)現(xiàn)在余熱鍋爐上升煙道上部膨脹節(jié)處出現(xiàn)2處爆管，到爆管處查看，發(fā)現(xiàn)該處膨脹節(jié)出現(xiàn)漏洞破損，膜式壁爆管處管子出現(xiàn)沖刷痕跡。

根據(jù)現(xiàn)場情況，造成爆管的主要原因是膨脹節(jié)破損，大量冷風的漏入，造成低溫腐蝕［6］。因此在冶煉系統(tǒng)檢修期間，徹底修繕余熱鍋爐上升煙道下部與上部之間的膨脹節(jié)，減少外部冷風漏入余熱鍋爐上升煙道，從而避免鍋爐管再次出現(xiàn)爆管事故。

5 總結(jié)

安陽市岷山有色金屬有限責任公司建設(shè)的為10萬t/a鉛冶煉項目，底吹電熱熔融還原爐余熱鍋爐于2011年11月開始投產(chǎn)使用，試生產(chǎn)期間投料量分別為正常設(shè)計值得80%、100%、120%，余熱鍋爐入口負壓分別為-5Pa、-25Pa、-50Pa，余熱鍋爐蒸發(fā)量在12t/h～20t/h之間，出口煙氣溫度在360～450℃之間;在試生產(chǎn)的過程中偶爾出現(xiàn)了積灰、鍋爐管爆管、給水泵能力不足、出口煙溫偏高等問題，通過更換設(shè)備、改進工藝，保證了整個余熱鍋爐系統(tǒng)的連續(xù)穩(wěn)定運行，可以為其他項目還原爐余熱鍋爐的設(shè)計及運行提供借鑒。

［1］任世杰.余熱鍋爐露點腐蝕及防治［J］.石油化工腐蝕與防腐，2001(1):54.

［2］羅顯雨，何屏，成華.冶煉焙燒爐系統(tǒng)余熱鍋爐除灰技術(shù)改造［J］.動力技術(shù)，2011(11).

［3］王新建，魏永杰，彭巖.水泥窯余熱鍋爐清灰方式選擇［J］.水泥工程，2010(5):65-67，(6):1136-1138.

［4］陳杰奎.鍋爐受熱面磨損原有與防治對策［J］.電力安全技術(shù)，2009(12):6-8.

［5］北京有色冶金設(shè)計研究總院.余熱鍋爐設(shè)計與運行.冶金工業(yè)出版社，1982，17-22.

［6］李忠生，萬學武，趙長國.銅冶煉廠余熱鍋爐的故障與改造.中國首屆熔池熔煉技術(shù)及裝備專題研討會，2010，164-167.