辛鵬飛

(中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司,北京 100038)

0 前言

隨著有色冶金行業(yè)環(huán)保要求不斷提高,亟需企業(yè)對(duì)鉛煉渣[1]、鋅浸出渣、銻冶煉渣[2]等冶金固廢、危廢進(jìn)行無(wú)害化處理,煙化爐作為一種高效的熔池熔煉技術(shù),因具有傳熱傳質(zhì)快、反應(yīng)劇烈、物料適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于冶煉渣的處理。

煙化爐使用粉煤和粉煤反應(yīng)產(chǎn)出的CO 作為還原劑[3],準(zhǔn)確地控制粉煤給煤量對(duì)煙化爐生產(chǎn)至關(guān)重要。目前國(guó)內(nèi)煙化爐中應(yīng)用較多的粉煤給煤設(shè)備有:鎖風(fēng)定量給煤機(jī)、旋轉(zhuǎn)給煤器、噴吹給煤系統(tǒng)等,噴吹給煤系統(tǒng)因具有給煤精度高、配置靈活等特點(diǎn),已經(jīng)在熔池熔煉中得到成功應(yīng)用[4],近些年被廣泛應(yīng)用于新建煙化爐項(xiàng)目。

1 噴吹給煤系統(tǒng)組成及工作原理

1.1 噴吹給煤系統(tǒng)組成

噴吹給煤系統(tǒng)是采用氣力輸送技術(shù),將儲(chǔ)罐內(nèi)的粉煤輸送至煙化爐內(nèi),該系統(tǒng)主要組成如圖1 所示。

噴吹給煤系統(tǒng)配置有粉煤接收倉(cāng)、鎖氣罐、計(jì)量噴吹罐、旋轉(zhuǎn)給料機(jī)、噴吹送氣系統(tǒng)、輸送管道。

圖1 噴吹給煤系統(tǒng)構(gòu)成

粉煤倉(cāng)用于接收噴吹系統(tǒng)所需要的粉煤,在煙化爐生產(chǎn)系統(tǒng)中,粉煤接收倉(cāng)多采用鋼倉(cāng),對(duì)于放置于開(kāi)放空間內(nèi)的粉煤倉(cāng),需根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀髼l件確定倉(cāng)內(nèi)是否會(huì)發(fā)生結(jié)露,若溫度較低,倉(cāng)內(nèi)會(huì)產(chǎn)生結(jié)露,需要對(duì)鋼倉(cāng)進(jìn)行保溫,以避免粉煤倉(cāng)結(jié)露堵塞。

鎖氣罐采用鋼倉(cāng),其作用是周期性的通過(guò)加壓環(huán)境向計(jì)量噴吹罐補(bǔ)充粉煤。同時(shí)銜接計(jì)量噴吹罐和粉煤接收倉(cāng),保證噴吹系統(tǒng)在接收物料期間可以連續(xù)噴吹。

計(jì)量噴吹罐和安裝在其下的旋轉(zhuǎn)給料機(jī)同時(shí)工作,實(shí)現(xiàn)噴吹系統(tǒng)連續(xù)、定量給煤系統(tǒng)以壓縮空氣/氮?dú)庾鳛檩d氣,將粉煤噴吹至輸送管道內(nèi)。再通過(guò)輸送氣(壓縮空氣/氮?dú)?煙化爐一次風(fēng))將粉煤送至用點(diǎn)。

1.2 噴吹給煤系統(tǒng)工作原理

噴吹給煤系統(tǒng)粉煤接收倉(cāng),鎖氣罐,計(jì)量噴吹罐垂直布置。噴吹開(kāi)始時(shí),鎖氣罐內(nèi)全部粉煤加入到計(jì)量噴吹罐內(nèi),粉煤接收倉(cāng)與鎖氣罐間密封圓頂閥,和鎖氣罐與計(jì)量噴吹罐間的密封圓頂閥均關(guān)閉如圖2a 所示,計(jì)量噴吹罐內(nèi)裝有粉煤,鎖氣罐為空罐,旋轉(zhuǎn)給料機(jī)根據(jù)設(shè)定的給料量進(jìn)行變頻調(diào)整,以實(shí)現(xiàn)定容給料,計(jì)量噴吹罐裝有稱(chēng)重裝置,通過(guò)稱(chēng)重系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)給料量進(jìn)行校核,調(diào)整旋轉(zhuǎn)給料機(jī)給料速度,以實(shí)現(xiàn)精確給料。

圖2 粉煤噴吹系統(tǒng)原理示意圖

當(dāng)鎖氣罐內(nèi)的粉煤完全加入到計(jì)量噴吹罐后,鎖氣罐與計(jì)量噴吹罐間的密封圓頂閥關(guān)閉,鎖氣罐與粉煤接收倉(cāng)間的圓頂閥打開(kāi),粉煤接收倉(cāng)中的粉煤加入到鎖氣罐內(nèi),如圖2b 所示,鎖氣罐設(shè)有稱(chēng)重裝置,鎖氣倉(cāng)中粉煤量達(dá)到設(shè)定值時(shí),圓頂閥關(guān)閉,如圖2c 所示。

隨著噴吹過(guò)程進(jìn)行,當(dāng)計(jì)量噴吹罐內(nèi)料量減少到設(shè)定值時(shí),鎖氣罐與計(jì)量噴吹罐間的圓頂閥打開(kāi),粉煤進(jìn)入計(jì)量噴吹罐內(nèi),如圖2d 所示,此時(shí)計(jì)量噴吹罐繼續(xù)噴吹給料。鎖氣罐內(nèi)全部粉煤加入計(jì)量噴吹罐后,鎖氣罐與計(jì)量噴吹罐間的圓頂閥關(guān)閉,粉煤接收倉(cāng)與鎖氣罐間的圓頂閥打開(kāi),系統(tǒng)開(kāi)始新的進(jìn)料周期[5]。

2 噴吹給煤系統(tǒng)在煙化爐生產(chǎn)中的應(yīng)用

根據(jù)粉煤噴吹系統(tǒng)在煙化爐給煤過(guò)程中配置方式不同,可以將粉煤噴吹系統(tǒng)分為兩大類(lèi):(1)通過(guò)一次風(fēng)作為噴吹系統(tǒng)輸送風(fēng)。(2)通過(guò)壓縮空氣/氮?dú)庾鳛閲姶迪到y(tǒng)輸送風(fēng)。

2.1 一次風(fēng)作為噴吹系統(tǒng)輸送風(fēng)

第一類(lèi)應(yīng)用中,煙化爐工藝風(fēng)主管道分成一次風(fēng)支管和二次風(fēng)支管后,一次風(fēng)支管進(jìn)入噴吹設(shè)備間,接入噴吹系統(tǒng)輸送風(fēng)接口,混合有粉煤的一次風(fēng)通過(guò)一次風(fēng)風(fēng)管輸送到煙化爐爐前,噴入到煙化爐內(nèi),工藝流程圖如圖3 所示。

圖3 煙化爐一次風(fēng)管直接連接給料機(jī)工藝流程圖

由于煙化爐一次風(fēng)風(fēng)管接口標(biāo)高一般距離地面3.5～4 m,可將噴吹系統(tǒng)安裝在±0.000 地面,一次風(fēng)與粉煤混合后,風(fēng)煤混合管道在車(chē)間內(nèi)抬高到煙化爐一次風(fēng)風(fēng)管接口高度,與煙化爐一次風(fēng)接口連接。這種安裝方式的優(yōu)點(diǎn)是粉煤噴吹區(qū)域廠(chǎng)房高度較低,可降低土建投資,但對(duì)噴吹系統(tǒng)和煙化爐之間的位置有一定要求,以避免一次風(fēng)管道系統(tǒng)有過(guò)多的彎頭。

另一種配置形式是將噴吹系統(tǒng)安裝在平臺(tái)上,使一次風(fēng)與粉煤混合后水平送至煙化爐,與煙化爐粉煤一次風(fēng)接口相連。這種配置方式的優(yōu)點(diǎn)是粉煤與一次風(fēng)混合物管道容易布置,減少?gòu)濐^,避免風(fēng)煤混合物對(duì)彎頭的磨損。但需要將噴吹系統(tǒng)區(qū)域廠(chǎng)房高度做高,土建投資增加。

以一次風(fēng)作為輸送風(fēng)的優(yōu)點(diǎn)是不需要壓縮空氣輸送風(fēng),節(jié)約了壓縮空氣,對(duì)于小型煙化爐而言,一般單側(cè)僅設(shè)計(jì)有一個(gè)一次風(fēng)接口,全系統(tǒng)共兩根一次風(fēng)主管,因此相對(duì)配置較為簡(jiǎn)單,可以采用一次風(fēng)作為輸送風(fēng)直接將粉煤送至煙化爐一次風(fēng)接口。

2.2 壓縮空氣作為噴吹系統(tǒng)輸送風(fēng)

以壓縮空氣/氮?dú)庾鳛閲姶迪到y(tǒng)輸送風(fēng)時(shí),煙化爐一次風(fēng)管與二次風(fēng)管均直接接入爐前,通過(guò)壓縮空氣/氮?dú)鈱⒎勖核椭翣t前一次風(fēng)管道,粉煤與一次風(fēng)混合后噴入煙化爐內(nèi)。

圖4 壓縮空氣作為噴吹系統(tǒng)輸送風(fēng)工藝流程圖

這一應(yīng)用方式的優(yōu)點(diǎn)是煙化爐一次風(fēng)風(fēng)管布置簡(jiǎn)單,對(duì)于改造工程無(wú)需更改一次風(fēng)風(fēng)管布置形式,僅需將噴吹系統(tǒng)粉煤輸送管道接入一次風(fēng)風(fēng)管即可。同時(shí)由于使用壓縮空氣輸送粉煤,管徑更小,輸送距離長(zhǎng),輸送距離可超過(guò)百米,布置方案更為靈活。這一應(yīng)用方式的缺點(diǎn)在于需要消耗一定量的壓縮空氣,生產(chǎn)成本有所增加。

2.3 噴吹給煤系統(tǒng)在大型煙化爐中應(yīng)用

當(dāng)煙化爐規(guī)格變大后,煙化爐長(zhǎng)度增加,單側(cè)噴槍數(shù)量增加,如何保證各支噴槍粉煤的均勻分配成為大型煙化爐應(yīng)用中必須解決的問(wèn)題。

根據(jù)目前煙化爐的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),一個(gè)爐身上風(fēng)煤分配器接10～14 支噴槍時(shí),可保證一次風(fēng)和粉煤在各支噴槍均勻分配。在進(jìn)行國(guó)內(nèi)某大型煙化爐(＞30 m2)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中,作者與所在中國(guó)恩菲設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)將煙化爐單側(cè)設(shè)計(jì)三個(gè)風(fēng)煤分配器,每一個(gè)分配器連接10～14 支噴槍,每一個(gè)分配器設(shè)計(jì)有一個(gè)一次風(fēng)的主管接口。這保證了每一個(gè)分配器內(nèi)各支噴槍風(fēng)煤分配均勻。

供風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中將單側(cè)一根一次風(fēng)主管的方式改為單側(cè)三根一次風(fēng)主管,分別與三個(gè)風(fēng)/煤分配器相連,通過(guò)一次風(fēng)主管上的閥門(mén)調(diào)節(jié)一次風(fēng)壓力和流量,保證每一組噴槍一次風(fēng)總風(fēng)量分配均勻。

生產(chǎn)系統(tǒng)采用兩套噴吹給煤系統(tǒng),每臺(tái)負(fù)責(zé)煙化爐一側(cè)的給煤。每臺(tái)給煤系統(tǒng)下部旋轉(zhuǎn)給料機(jī)均設(shè)計(jì)了三個(gè)出料口,三個(gè)出料口分別與輸送壓縮空氣管相連,以壓縮空氣作為輸送氣將粉煤送至單側(cè)三個(gè)一次風(fēng)風(fēng)管,噴吹給煤系統(tǒng)每個(gè)出料口給煤均勻,保證了三個(gè)風(fēng)/煤分配器中的煤量分配均勻。

圖5 大型煙化爐給煤系統(tǒng)工藝流程

3 結(jié)語(yǔ)

噴吹給煤系統(tǒng)在煙化爐生產(chǎn)中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。對(duì)于新建小型煙化爐,采用一次風(fēng)作為粉煤輸送氣更合理。對(duì)于改造項(xiàng)目采用壓縮空氣作為粉煤輸送氣體,將粉煤送至一次風(fēng)管進(jìn)行混合的方式更有優(yōu)勢(shì)。

噴吹給煤系統(tǒng)在大型煙化爐生產(chǎn)系統(tǒng)中應(yīng)用優(yōu)勢(shì)明顯,采用壓縮空氣作為粉煤輸送氣體,可以實(shí)現(xiàn)通過(guò)噴吹設(shè)備對(duì)粉煤進(jìn)行初次分配,保證大型煙化爐粉煤均勻分配。