姜 穎

（韶關(guān)冶煉廠(chǎng)，廣東 韶關(guān) 512024）

有色金屬冶煉廠(chǎng)主要利用密封鼓風(fēng)爐法進(jìn)行生產(chǎn)，經(jīng)過(guò)密封鼓風(fēng)爐、鼓風(fēng)返煙燒結(jié)、爐渣貧化吹煉等多個(gè)環(huán)節(jié)，完成生產(chǎn)。作為冶煉生產(chǎn)的核心環(huán)節(jié)，密封鼓風(fēng)爐在生產(chǎn)效率中發(fā)揮著重要作用，為降低冶煉廠(chǎng)的生產(chǎn)成本，提高冶煉廠(chǎng)生產(chǎn)效益，需要積極引進(jìn)新技術(shù)，為冶煉廠(chǎng)提供技術(shù)支持。富氧燒結(jié)燃燒技術(shù)作為改造成本低，生產(chǎn)效益和經(jīng)濟(jì)效益好的技術(shù)手段，受到了各個(gè)冶煉廠(chǎng)的關(guān)注，通過(guò)對(duì)燒結(jié)設(shè)備的改造，借助于制氧設(shè)備，創(chuàng)造富氧燃燒條件，可取得良好的生產(chǎn)效益。

1 燒結(jié)富氧燃燒的必要性

燒結(jié)機(jī)作為冶煉廠(chǎng)的重要生產(chǎn)設(shè)備，燃料燃燒時(shí)，需要利用空氣助燃，提高生產(chǎn)效率，在空氣中含有大量的氮?dú)?，氮?dú)獠粎⑴c燃燒，但是排出氮?dú)鈺?huì)造成熱量流失。若使用富氧空氣助燃，燃燒后煙氣量顯著減少。空氣中二氧化碳和水分含量越大，燃燒速率越低，降低火焰溫度。富氧燃燒是通過(guò)增加空氣中的氧氣含量，從而降低氮?dú)獾谋戎?，減少由氮?dú)鈳ё叩臏囟龋岣邿嵝?，保證燃燒效率。同時(shí)富氧燃燒能夠顯著降低燃點(diǎn)，讓燃燒程度得到擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)完全燃燒，達(dá)到理想的節(jié)能作用。另外富氧空氣助燃有助于提高燒結(jié)效率。在我國(guó)燒結(jié)火爐主要利用高熱值燃料，如煤粉、焦?fàn)t煤氣等，高熱值燃料成本較高，且資源短缺，不利于取得生產(chǎn)效益。而利用低熱值高爐煤氣，有助于降低生產(chǎn)成本。目前高爐煤氣具有豐富的資源，可通過(guò)提高燃燒效率，提高煤氣利用率，降低生產(chǎn)成本。如今我國(guó)越來(lái)越重視環(huán)保管理，增加環(huán)境稅額，為了響應(yīng)國(guó)家號(hào)召，保護(hù)我國(guó)生態(tài)環(huán)境，降低生產(chǎn)成本，冶煉廠(chǎng)需要積極利用富氧燃燒技術(shù)，提高物料利用率，提高生產(chǎn)效率，保護(hù)資源，降低生產(chǎn)成本，為企業(yè)創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)收益。

2 燒結(jié)富氧生產(chǎn)優(yōu)化的目的

在冶煉廠(chǎng)應(yīng)用密閉鼓風(fēng)爐法進(jìn)行有色金屬的生產(chǎn)，主要經(jīng)過(guò)密封鼓風(fēng)熔煉、粗鋅精餾精煉等工序。其中密閉鼓風(fēng)爐熔煉作為主要程序，負(fù)責(zé)對(duì)粗鋅、粗鉛的生產(chǎn)，上步工序?yàn)闊Y(jié)生產(chǎn)，給風(fēng)爐提供燒結(jié)塊。燒結(jié)工藝主要由燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)，有效面積達(dá)到110m2。燒結(jié)機(jī)所使用的原料是硫化鉛鋅混合礦和浮渣等材料。冶煉廠(chǎng)目前存在氧化物處理能力低，造成氧化物料積存大量鉛、鋅等物料。為了改善這一問(wèn)題，需要將中間物料進(jìn)一步處理，將這些物料再次放入鉛鋅混合礦燒結(jié)機(jī)中，每年處理鉛鋅物料過(guò)多，造成設(shè)備處理能力無(wú)法滿(mǎn)足生產(chǎn)實(shí)踐，燒結(jié)工序所使用的原料硫化礦含量顯著降低，而氧化物料和硫酸鹽的成分出現(xiàn)明顯增加，造成燒結(jié)機(jī)氧化焙燒條件發(fā)生變化，對(duì)燒結(jié)機(jī)煙罩氣體溫度進(jìn)行監(jiān)控，若低于780℃，可能產(chǎn)生大型波動(dòng)，降低燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)能力降低，日產(chǎn)量只能達(dá)到650t左右，殘硫率也顯著升高[1]。設(shè)備需要處理氧化物料，造成燒結(jié)塊質(zhì)量降低。為了完成生產(chǎn)任務(wù)，密閉鼓風(fēng)爐投入燒結(jié)塊增加了40t，使得處理量和生產(chǎn)量不相匹配，不利于冶煉廠(chǎng)的生產(chǎn)實(shí)踐和發(fā)展。為了提升燒結(jié)塊生產(chǎn)力，借助于制氧站剩余的氧氣，使用富氧方法，提高燒結(jié)焙燒的效果，讓燒結(jié)生產(chǎn)力和燒結(jié)質(zhì)量得到提高，保證生產(chǎn)工序正常進(jìn)行，解決燒結(jié)機(jī)以及密閉鼓風(fēng)爐產(chǎn)能不適配的矛盾，保證冶煉廠(chǎng)的正常生產(chǎn)，為冶煉廠(chǎng)發(fā)展創(chuàng)造良好的條件。

3 燒結(jié)富氧點(diǎn)火自動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用

3.1 工藝條件

由于高爐煤氣受到了加壓處理，傳送至設(shè)備后，壓力最大值達(dá)到15kPa～20kPa，氧氣壓力正常值為10kPa～20kPa，制氧車(chē)間的氧氣輸出量達(dá)到1.6MPa。在容量滯后環(huán)節(jié)調(diào)節(jié)管道壓力，完成無(wú)靜差調(diào)節(jié)，可使用模擬PID進(jìn)行調(diào)節(jié)。在調(diào)節(jié)器設(shè)定比例度、微分時(shí)間以及積分時(shí)間。根據(jù)點(diǎn)火溫度對(duì)氧氣壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。為了便于觀察火工操作，能夠?qū)毫M(jìn)行調(diào)節(jié)，使用負(fù)反饋閉環(huán)進(jìn)行控制，壓力調(diào)節(jié)范圍為0MPa～0.1MPa。為了快速響應(yīng)，要使用帶電氣定位器薄膜進(jìn)行調(diào)節(jié)，根據(jù)控制過(guò)程，可以選擇正作用、氣開(kāi)式。PID調(diào)節(jié)器使用內(nèi)給定和反作用式。當(dāng)積分時(shí)間無(wú)限大時(shí)，微分時(shí)間為0，適當(dāng)調(diào)整比例度，系統(tǒng)將按照純比例進(jìn)行應(yīng)用。在系統(tǒng)穩(wěn)定后，減小比例度數(shù)值，在外界作用下，對(duì)過(guò)程變化進(jìn)行觀察，確定臨界參數(shù)。將比例度提高，加入積分時(shí)間和微分時(shí)間，以達(dá)到生產(chǎn)指標(biāo)的要求。在富氧點(diǎn)火后，有效減少了臺(tái)車(chē)表面松散料，提高垂直燒結(jié)效率，加快燒結(jié)機(jī)臺(tái)車(chē)的速度，大幅提高產(chǎn)量，降低返礦率，讓生產(chǎn)率得到提高[2]。提高點(diǎn)火助燃空氣氧濃度，讓點(diǎn)火器爐膛溫度升高，充分發(fā)揮燒結(jié)作用，充分燃燒固體燃料，讓燃料利用率顯著提高，降低燃耗能量。操作工人勞動(dòng)強(qiáng)度能到顯著降低，無(wú)需使用鼓風(fēng)助燃，可依據(jù)煤氣量以及燒成情況，調(diào)整氧氣含量，讓勞動(dòng)效率得到先祖提高。

3.2 設(shè)備改造

富氧送風(fēng)改造在燒結(jié)設(shè)備中前部，對(duì)2#、3#風(fēng)機(jī)進(jìn)行供氧改造。使用制氧站的氧氣供氧。原本主體結(jié)構(gòu)不變，增加主供氧管線(xiàn)以及風(fēng)機(jī)分支管線(xiàn)，在風(fēng)機(jī)入口設(shè)置調(diào)節(jié)閥，出口位置上設(shè)置氧濃度分析儀，實(shí)施集中化控制以及監(jiān)測(cè)。完成改造后，則要進(jìn)行操作試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)前，需要在正常生產(chǎn)條件下，各工藝風(fēng)機(jī)在正常生產(chǎn)條件下，測(cè)試供風(fēng)含氧值。

3.3 操作實(shí)踐

提高風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)氧氣濃度，能夠讓燒結(jié)料層燃燒速度得到提高，燒結(jié)床層溫度和無(wú)富氧時(shí)的濃度對(duì)比，存在一定程度的提高。富氧前，燒穿監(jiān)測(cè)溫度達(dá)到680℃～780℃，存在較大的波動(dòng)幅度。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，燒穿點(diǎn)進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)，可以將溫度提高至780℃之上。富氧鼓風(fēng)在燒結(jié)床層中快速形成高溫條件，能夠促進(jìn)燒結(jié)物脫硫，提高結(jié)塊率，進(jìn)而將燒結(jié)塊產(chǎn)量提高10%以上。燒結(jié)工序精礦從32t/h～33t/h提高至36t/h～40t/h，改變了操作期間精礦投入量局限。當(dāng)供風(fēng)含氧量超過(guò)21%～23%后，風(fēng)機(jī)總風(fēng)量顯著減少，煙氣總管氣量以及制酸系統(tǒng)，能夠保證氣量達(dá)到平衡，煙氣外溢情況得到顯著改善。富氧燒結(jié)提高了焙燒效果，解決了結(jié)塊率的問(wèn)題。在富氧生產(chǎn)環(huán)境中，減少鉛精礦配比，含鉛降低至18%左右，從而減少對(duì)鉛精礦的消耗。

圖1 富氧燒結(jié)設(shè)備示意圖

對(duì)比不同耗氧區(qū)間的燒結(jié)塊指數(shù)，燒結(jié)風(fēng)機(jī)耗氧量為1400m3/h時(shí)，結(jié)塊率稍好過(guò)正常生產(chǎn)，產(chǎn)塊量只能達(dá)到687t，滿(mǎn)足生產(chǎn)需要。增加用氧量后，脫硫率出現(xiàn)升高趨勢(shì)，用氧量達(dá)到2600m3/h后，投入硫量增加，殘硫率也隨之提高，產(chǎn)塊量達(dá)到740t，但遠(yuǎn)超過(guò)鼓風(fēng)爐能力。富氧濃度并不是越高越適合燒結(jié)，若富氧含量過(guò)高，出現(xiàn)氧化反應(yīng)增加，物料硅酸鉛成分過(guò)早熔融，更容易粘結(jié)成塊，無(wú)法脫硫。因此要將燒結(jié)工藝風(fēng)機(jī)的富氧濃度穩(wěn)定在21%～23%之間，耗氧區(qū)間穩(wěn)定在2000Nm3/h～2300Nm3/h之間，可以達(dá)到良好的燒結(jié)質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益。

3.4 經(jīng)濟(jì)效益

富氧燃燒采用的是21%以上氧含量的空氣助燃，可顯著減少助燃氮?dú)獾膽?yīng)用，降低煙氣體積，減少排煙的熱損失，有效提高點(diǎn)火爐應(yīng)用效率，降低生產(chǎn)成本。隨著氧含量提高，讓火爐燃燒溫度得到降低，燃料燃點(diǎn)降低，有效改善火焰質(zhì)量，讓燒結(jié)點(diǎn)高爐煤氣高效利用。目前主要使用變壓吸附法以及膜分離法進(jìn)行制氧，變壓吸附制氧通過(guò)吸附劑的使用，分離氧氣和氮?dú)?，得到的產(chǎn)物只有氧氣。相比于深冷技術(shù)，成本低廉，建設(shè)周期短，調(diào)節(jié)負(fù)荷更加方便，可滿(mǎn)足現(xiàn)代企業(yè)增產(chǎn)的需要。氧濃度達(dá)到30%左右后，膜分離法只需要花費(fèi)變壓吸附法成本的90%左右，具有較高的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)[3]。使用膜分離法制氧，只需要花費(fèi)0.15元/m3的成本生產(chǎn)。使用空氣和純氧混合方法，可得到富氧空氣。提高氧濃度，可降低煙氣流量，降低排煙熱損失，讓火爐熱效率顯著提高，減少煤氣量，降低高爐煤氣成本。目前限制制氧技術(shù)讓制氧成本有所提高，當(dāng)達(dá)到30%氧濃度時(shí)，總成本要增加12.5%。此外還需要考慮其他潛在成本，包括二氧化碳的處理成本。

3.5 應(yīng)用效果

采用富氧燒結(jié)點(diǎn)火自動(dòng)控制，可實(shí)現(xiàn)全返煙燒結(jié)。以往降低返煙含氧量后，新風(fēng)供氧不足，很難實(shí)現(xiàn)較高燒結(jié)效率，對(duì)產(chǎn)能產(chǎn)生影響，讓燒結(jié)效果較差，通過(guò)對(duì)燒結(jié)產(chǎn)能的挖掘，有助于降低環(huán)保壓力。通過(guò)技術(shù)改進(jìn)應(yīng)用富氧燒結(jié)功能，根據(jù)工藝要求，調(diào)整適合富氧燒結(jié)的最佳摻氧濃度。根據(jù)富氧燒結(jié)工藝建立配套制氧站，將所制氧氣經(jīng)過(guò)通道傳遞給用氣點(diǎn)，利用總承包模式，制氧設(shè)備由供應(yīng)商設(shè)計(jì)、施工和供貨，制氧站建設(shè)外部管道、通風(fēng)系統(tǒng)以及軟化水系統(tǒng)等組織機(jī)構(gòu)。自投入生產(chǎn)后，經(jīng)過(guò)調(diào)試充分發(fā)揮出工藝改造效果，顯著提高燒結(jié)機(jī)處理氧化物料的能力，將燒結(jié)配料比例提高了8%，顯著提高精礦投入量以及結(jié)塊率，取得了理想的經(jīng)濟(jì)效益，為未來(lái)的發(fā)展創(chuàng)造了良好的條件。

4 結(jié)論

綜上所述，燒結(jié)富氧燃燒對(duì)于冶煉廠(chǎng)提高生產(chǎn)效益具有重要價(jià)值，經(jīng)過(guò)燒結(jié)富氧生產(chǎn)優(yōu)化，應(yīng)用燒結(jié)富氧點(diǎn)火自動(dòng)控制，可有效提高資源利用率，為金屬冶煉創(chuàng)造良好的條件，彌補(bǔ)當(dāng)前生產(chǎn)條件的短板，提高冶煉廠(chǎng)生產(chǎn)效益和經(jīng)濟(jì)收益。富氧燃燒提高了燒結(jié)焙燒的效果，彌補(bǔ)了燒結(jié)塊含鉛質(zhì)量的短板，經(jīng)過(guò)富氧燃燒的改造，有效改善鉛精礦含量，降低燒結(jié)塊含鉛量，提高鉛精礦使用效率。另外，控制富氧濃度保持在21%～23%，耗氧區(qū)間保持2000Nm3/h～2300Nm3/h，可達(dá)到良好的生產(chǎn)質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益。