陳艷梅，白 樺（長沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南長沙 410011）

煙氣導(dǎo)向式雙室熔煉爐的產(chǎn)業(yè)化設(shè)計(jì)

陳艷梅，白 樺
（長沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南長沙 410011）

以某廠年處理10萬t廢鉛酸蓄電池為例，對用來處理廢鉛酸蓄電池的煙氣導(dǎo)向式雙室熔煉爐進(jìn)行了冶金計(jì)算與設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)雙室熔煉爐能最大限度地將燃料燃燒產(chǎn)生的煙氣熱量用于物料的熔煉過程，理論計(jì)算雙室熔煉爐較傳統(tǒng)反射爐熱利用率提高了28%。

雙室熔煉爐；鉛酸蓄電池；熱利用率

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，鉛的生產(chǎn)與消費(fèi)數(shù)量日益增長，特別是電力、汽車、計(jì)算機(jī)等行業(yè)的高速發(fā)展，制造鉛酸蓄電池的用鉛量約占鉛總消耗量的75%以上，而國內(nèi)鉛酸蓄電池總質(zhì)量的60%～64%為鉛［1］，根據(jù)《十二五再生有色金屬產(chǎn)業(yè)發(fā)展計(jì)劃》，大量廢舊蓄電池需要返回再生冶煉，二次回收利用鉛。雖然再生鉛工業(yè)在我國已初步形成，但其技術(shù)水平不高、裝備水平落后。許多廠家采用傳統(tǒng)的燒結(jié)鼓風(fēng)爐、水套爐、小型反射爐和土爐窯進(jìn)行冶煉，造成資源得不到合理的利用，金屬回收率低，能耗高，環(huán)境污染嚴(yán)重。

1 煙氣導(dǎo)向式雙室熔煉爐的設(shè)計(jì)

筆者所在單位受國內(nèi)某廠的委托，對該廠每年處理10萬t廢鉛酸蓄電池項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)該廠提供的資料，進(jìn)行物料平衡和熱平衡計(jì)算。通過物料平衡計(jì)算，確定本項(xiàng)目采用40 m2煙氣導(dǎo)向式雙室熔煉爐（以下簡稱雙室爐）進(jìn)行再生鉛的回收，每個室的床面積為20 m2。

1.1 煙氣導(dǎo)向式雙室熔煉爐的物料平衡與熱平衡計(jì)算

雙室爐的工藝過程為間斷作業(yè)，工作制度為300 d／a，每天熔煉2爐；燃燒制度：天然氣全氧燃燒。以此作為計(jì)算依據(jù)，計(jì)算出雙室爐生產(chǎn)時(shí)的煙氣量為4 850 m3／h，每年處理10萬t廢鉛酸蓄電池的熱平衡見表1。

通過熱平衡計(jì)算，確定雙室爐的每個室配2個全氧燒嘴。

1.2 煙氣導(dǎo)向式雙室熔煉爐的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

雙室爐的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是以冶金計(jì)算結(jié)果［2］及操作制度、燃燒制度為依據(jù)，整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（如圖1所示）和工藝口的設(shè)置如下：

1.雙室爐隔墻中間設(shè)有管式水套，水套上布置銷釘固定搗打澆注料，搗打料外側(cè)砌筑耐火材料。要求水套的出水溫度≤45℃，增加中間隔墻的壽命和生產(chǎn)的安全性。

2.雙室爐每個室在爐頂設(shè)有兩個0.7 m×0.7 m的加料口，而且每個室的加料口的位置，應(yīng)便于從工作門及時(shí)撥平爐料，以防爐料堆積。爐蓋采用自動液壓結(jié)構(gòu)，減小作業(yè)強(qiáng)度，提高裝備水平。

3.雙室爐每個室長7.5 m，寬2.8 m，配2個全氧燒嘴。天然氣與純氧通過噴嘴高速射入爐膛，彌散分布于爐膛各個部位，這種漫射燃燒過程能在爐膛形成一種非常均勻的加熱體系，形成足夠高而又均勻的爐溫，加速爐料的熔化和冶煉，又可避免出現(xiàn)局部高溫?zé)龎臓t襯，從而提高爐子的使用壽命。

4.雙室爐每個室設(shè)計(jì)一個渣和液態(tài)金屬共同放出口，放出口截面上大下小（見圖1），渣從放出口上部放出，液態(tài)鉛從下部放出口流出，下部放出口的大小可根據(jù)鉛液面的高低不同而進(jìn)行調(diào)整，避免前期放鉛時(shí)壓力過大破壞放出口砌體和“溢鉛”事件的發(fā)生。

5.采用“窄口式”煙道，加長煙氣在爐內(nèi)停留時(shí)間。天然氣燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔庠跔t膛內(nèi)停留時(shí)間越長，煙氣余熱利用得越充分，煙氣帶走熱越少，熱利用率越高。通過計(jì)算，確定雙室爐煙氣出口流速大約為6 m／s，煙道出口面積0.84 m2。

圖1 煙氣導(dǎo)向式雙室熔煉爐示意圖

1.3 煙氣導(dǎo)向式雙室熔煉爐的節(jié)能設(shè)計(jì)

由圖1可知，燃料在A室發(fā)生純氧燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔?，通過隔墻到達(dá)B室。一方面，約1 000℃高溫?zé)煔庠跔t內(nèi)的停留時(shí)間增加，高溫?zé)煔廨椛銪室的物料，可將待熔物料加熱到800～900℃［2］，二次利用了煙氣余熱。雙室爐預(yù)熱單位質(zhì)量物料，比普通不進(jìn)行爐料預(yù)熱的爐子相比總熱耗減少了約28%，對比結(jié)果見表2；另一方面，煙氣中的塵會隨著煙溫的降低和與B室待熔物料的接觸而得到部分沉降，從而降低煙氣含塵量，只需稍加冷風(fēng)稀釋降溫，就可進(jìn)入布袋收塵。

表2 雙室爐純氧燃燒煙氣輻射節(jié)能對比

1.4 煙氣導(dǎo)向式雙室熔煉爐的砌體設(shè)計(jì)

雙室爐的下部為鉛層和渣層，其中渣層溫度為1 300℃，鉛液溫度為1 000℃，要求爐缸砌體除耐高溫、耐堿性渣等特性外，還要求防渣、鉛沖刷和滲漏等特性，因而下部熔體區(qū)耐火材料的選擇是雙室爐砌體設(shè)計(jì)的要點(diǎn)。為此下部熔體區(qū)選用具有優(yōu)良防磨損和抗金屬侵蝕的半再結(jié)合鎂鉻磚和高鋁磚作為主要耐火材料，而且為防止反拱浮底和保證砌體的整體性，要求熔體區(qū)錯縫和半壓拱砌筑。

雙室爐的上部為煙氣區(qū)，該區(qū)域的為純氧燃燒煙氣，溫度較高，最高可到2 000℃，因此煙氣區(qū)選用具有良好抗熱振性和煙氣波動性的改性高鋁磚，而純氧燒嘴采用異形組合燒嘴磚。

無論是煙氣區(qū)還是熔體區(qū)，都設(shè)計(jì)了分散式和集中式膨脹縫。而且在雙室爐的工作層耐火材料和殼體之間，設(shè)置了相對較厚的燒結(jié)鎂砂作為中間層，以緩沖耐火材料和爐殼之間的熱膨脹的不同，同時(shí)燒結(jié)后的鎂砂澆筑料可以與滲出的鉛液形成凝固層，以保護(hù)殼體。

2 結(jié) 語

由于煙氣導(dǎo)向式雙室熔煉爐特殊的爐體結(jié)構(gòu)，使得其可以反復(fù)利用高溫?zé)煔猓铀倭巳刍鸵睙捤俣?，與傳統(tǒng)反射爐相比，熱利用率提高了28%。加之采用全氧燃燒技術(shù)，煙氣量少，溫度低、含塵低，可不進(jìn)行余熱利用（理論計(jì)算每小時(shí)產(chǎn)蒸汽≤1 t），為業(yè)主節(jié)省前期投資，成為熔煉廢鉛酸蓄電池-再生鉛適宜而經(jīng)濟(jì)的爐型。

［1］ 李敏，劉毅，朱東方，等.廢舊蓄電池中再生鉛資源的回收利用［J］.河南化工，2012，29（4）：25-27.

［2］ 《有色冶金爐設(shè)計(jì)手冊》編委會.有色冶金爐設(shè)計(jì)手冊（第1版）［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2000.

［3］ 李陽，白樺.煙氣導(dǎo)向式雙室熔煉爐［J］.有色金屬設(shè)計(jì)，2014，41（4），32-34.

Industrial Design of Flue-Gas Oriented Smelting Furnace with Double Rooms

CHEN Yan-mei，BAIHua
（Changsha Engineering＆Research Institute Ltd.of NonferrousMetallurgy，Changsha 410011，China）

Taking the flue-gas oriented smelting furnace with double rooms which smelt 100 kt／a used lead-acid battery in a company as an example，it can make maximum use of heat from the fuel for the smelting process by designing and calculating.It provides that flue-gas oriented smelting furnace with double rooms has a distinct improvement in utilization of heat energy that can raise about28%.

smelting furnace with double rooms；lead-acid battery；utilization of heat energy

TF806.2

A

1003-5540（2016）01-0047-03

2015-09-17

陳艷梅（1985-），女，工程師，主要從事有色冶金爐窯的設(shè)計(jì)與研究工作。