張振國(guó)，彭俊超，皮忠斌

(云南馳宏鋅鍺股份有限公司，云南會(huì)澤 654200)

云南馳宏鋅鍺股份有限公司會(huì)澤冶煉分公司硫酸廠(chǎng)鋅精礦流態(tài)化焙燒系統(tǒng)投運(yùn)了1臺(tái)爐床面積為109 m2的沸騰爐。該爐為魯奇式沸騰爐，焙燒爐床能率為5.8 t/(m2·d)。近年來(lái)，鉛鋅外部市場(chǎng)條件持續(xù)利好，鉛鋅價(jià)格持續(xù)走高，生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)能隨之加大。為保證濕法原料持續(xù)供給，鋅精礦流態(tài)化焙燒系統(tǒng)產(chǎn)能需不斷提升，現(xiàn)爐床實(shí)際能率已經(jīng)達(dá)到8.03 t/(m2·d)，關(guān)鍵設(shè)備的穩(wěn)定性受到極大地考驗(yàn)。該廠(chǎng)鋅精礦流態(tài)化焙燒系統(tǒng)設(shè)備具有自動(dòng)化程度高、整體關(guān)聯(lián)性強(qiáng)的生產(chǎn)特點(diǎn)，系統(tǒng)設(shè)備能否穩(wěn)定運(yùn)行直接關(guān)系到系統(tǒng)的產(chǎn)能。該廠(chǎng)為提升設(shè)備穩(wěn)定性、減少設(shè)備非計(jì)劃性停機(jī)、實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)，對(duì)流態(tài)化焙燒系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行了優(yōu)化改造。

1 鋅精礦流態(tài)化焙燒系統(tǒng)

鋅精礦流態(tài)化焙燒系統(tǒng)設(shè)備由備料系統(tǒng)和焙燒系統(tǒng)兩部分組成：1）備料系統(tǒng)包括配料行吊、給料機(jī)、1號(hào)皮帶輸送機(jī)、2號(hào)皮帶輸送機(jī)、振動(dòng)篩。2）焙燒系統(tǒng)包括鼓風(fēng)系統(tǒng)圖、沸騰爐、焙砂輸送系統(tǒng)、余熱鍋爐、收塵系統(tǒng)、引風(fēng)系統(tǒng)。其設(shè)備連接示意如圖1所示。

圖1 沸騰焙燒主要設(shè)備連接示意

從圖1中可以看出，整個(gè)焙燒系統(tǒng)中鼓風(fēng)機(jī)為焙燒爐提供助燃劑并且輸送焙砂的介質(zhì)，高溫風(fēng)機(jī)SO2煙氣提供接力動(dòng)力，將煙氣送至制酸系統(tǒng)。這兩臺(tái)設(shè)備是焙燒系統(tǒng)穩(wěn)定生產(chǎn)的關(guān)鍵裝置，裝置本身的穩(wěn)定性至關(guān)重要。因此，下面專(zhuān)門(mén)針對(duì)高溫風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定性提升進(jìn)行研究。

2 關(guān)鍵設(shè)備穩(wěn)定性提升研究

2.1 高溫風(fēng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性的提升

2.1.1 高溫風(fēng)機(jī)存在問(wèn)題

長(zhǎng)期以來(lái)，沸騰焙燒引風(fēng)系統(tǒng)高溫風(fēng)機(jī)故障率居高不下，其主要表現(xiàn)在：風(fēng)機(jī)兩端軸承振動(dòng)較大，風(fēng)機(jī)變頻器頻率達(dá)到42 Hz以上，風(fēng)機(jī)軸承振動(dòng)急劇上升，無(wú)法正常運(yùn)行。開(kāi)蓋對(duì)軸及軸瓦進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)兩者都有不同程度的損傷。于是，對(duì)軸瓦及軸進(jìn)行了修復(fù)或更換，然而軸承振動(dòng)在1～2個(gè)月內(nèi)又會(huì)逐步加劇，軸瓦溫度逐步升高，超出設(shè)備運(yùn)行振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)。開(kāi)蓋進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)軸瓦及軸再次受損。1年內(nèi)，該故障多次反復(fù)出現(xiàn)，導(dǎo)致焙燒系統(tǒng)非計(jì)劃性停機(jī)，嚴(yán)重影響了焙燒系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行并增加了大量的檢修費(fèi)用。高溫風(fēng)機(jī)半年內(nèi)檢修情況見(jiàn)表1。

表1 高溫風(fēng)機(jī)半年內(nèi)檢修情況

2.1.2 高溫風(fēng)機(jī)運(yùn)行異常的原因分析

通過(guò)對(duì)風(fēng)機(jī)本體全面系統(tǒng)檢查發(fā)現(xiàn)，風(fēng)機(jī)潤(rùn)滑油油溫、油壓、油量正常，風(fēng)機(jī)安裝及檢修符合規(guī)范。對(duì)風(fēng)機(jī)電機(jī)進(jìn)行檢查，電機(jī)潤(rùn)滑及振動(dòng)正常、溫度正常,但電機(jī)運(yùn)行頻率和電流波動(dòng)一直較大。在相同工況條件下，將頻率設(shè)定為45 Hz時(shí)，風(fēng)機(jī)運(yùn)行電流在23～59 A之間反復(fù)無(wú)規(guī)則波動(dòng)，波動(dòng)幅度可達(dá)36 A以上，見(jiàn)圖2。偶爾出現(xiàn)過(guò)負(fù)荷現(xiàn)象、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)矩限幅報(bào)警。頻率反饋在41～43 Hz之間波動(dòng)，見(jiàn)圖3。

圖2 風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)運(yùn)行電流曲線(xiàn)

圖3 風(fēng)機(jī)運(yùn)行頻率反饋曲線(xiàn)

針對(duì)以上的異常情況及表象，認(rèn)為可能的異常原因包括：1）電流信號(hào)及頻率信號(hào)在傳輸過(guò)程中存在干擾，導(dǎo)致上述現(xiàn)象發(fā)生。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)信號(hào)傳輸正常，排除信號(hào)干擾原因。2）變頻器給定信號(hào)不穩(wěn)定。當(dāng)給頻率設(shè)定為42 Hz時(shí)，輸出頻率卻在41～43.5 Hz之間波動(dòng)，變頻器控制屏幕上的“轉(zhuǎn)速給定”一直在82%～87%之間波動(dòng)，電機(jī)處于反復(fù)地加減速過(guò)程，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速忽快忽慢，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)運(yùn)行電流和頻率反饋值波動(dòng)大幅度波動(dòng)見(jiàn)圖3。另外，由于風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中轉(zhuǎn)速不停波動(dòng)，潤(rùn)滑油膜難以形成，軸瓦長(zhǎng)期潤(rùn)滑不良導(dǎo)致磨損受傷，振動(dòng)逐步上升。

2.1.3 處理措施及效果評(píng)價(jià)

當(dāng)信號(hào)波動(dòng)幅度較大時(shí)，可考慮增加信號(hào)隔離器，完善信號(hào)電纜接地[1]，并優(yōu)化PLC信號(hào)濾波程序，使PLC的頻率給定接收信號(hào)及變頻器頻率輸出信號(hào)不再波動(dòng)，輸出頻率波動(dòng)值在1 Hz以?xún)?nèi)，從而消除電機(jī)反復(fù)加減速現(xiàn)象。處理后頻率反饋曲線(xiàn)和電流反饋曲線(xiàn)分別如圖4、圖5所示。

圖4 處理后變頻器頻率反饋曲線(xiàn)

圖5 處理后電機(jī)電流反饋曲線(xiàn)

2017年該廠(chǎng)采取優(yōu)化措施后，高溫風(fēng)機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行至今，未發(fā)生軸瓦及軸損傷故障。高溫風(fēng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定后，消除了之前設(shè)備故障帶來(lái)的隱患，保障了設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2 鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性的提升

2.2.1 鼓風(fēng)機(jī)存在問(wèn)題

焙燒系統(tǒng)鼓風(fēng)機(jī)一直存在振動(dòng)檢測(cè)信號(hào)突變的現(xiàn)象，導(dǎo)致技術(shù)人員無(wú)法正確判斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，無(wú)法投入設(shè)備連鎖保護(hù)，導(dǎo)致關(guān)鍵設(shè)備存在運(yùn)行隱患，多次處理后的效果均不理想。鼓風(fēng)機(jī)高壓端、低壓端振動(dòng)值、軸位移問(wèn)題：1）所有振動(dòng)值頻繁出現(xiàn)超量程波動(dòng)；2）波動(dòng)周期沒(méi)有規(guī)律。

2.2.2 原因分析與處置措施

通過(guò)以下幾個(gè)方面對(duì)鼓風(fēng)機(jī)現(xiàn)象進(jìn)行檢查分析：1）傳感器安裝校正。在測(cè)量軸振動(dòng)時(shí)，最優(yōu)的方式是在每個(gè)軸承平面的直徑方向安裝2個(gè)互成90°夾角的非接觸電渦流傳感器（圖6），以便能測(cè)量到轉(zhuǎn)動(dòng)軸的動(dòng)態(tài)軸心軌跡。這些信息不但可以對(duì)機(jī)器的損壞起到停車(chē)保護(hù)作用，還可以用來(lái)對(duì)機(jī)器故障進(jìn)行診斷分析，以便提前對(duì)機(jī)器進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)，避免可能發(fā)生的經(jīng)濟(jì)損失。根據(jù)傳感器的安裝規(guī)范對(duì)其進(jìn)行校正。

圖6 振動(dòng)傳感器安裝位置要求

2）傳感器—延長(zhǎng)線(xiàn)—前置放大器的匹配性。針對(duì)電渦流振動(dòng)傳感器的特性，所使用的傳感器與延長(zhǎng)線(xiàn)以及前置放大器必須嚴(yán)格匹配，通過(guò)特定的放大倍系數(shù)配置特定長(zhǎng)度的電纜保證測(cè)量精度[2]。經(jīng)過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)，部分傳感器的延長(zhǎng)線(xiàn)不匹配，故進(jìn)行了延長(zhǎng)線(xiàn)的更換。

3）傳感器—前置器—變送器的接線(xiàn)。電渦流振動(dòng)傳感器輸出的信號(hào)為電壓信號(hào)，基準(zhǔn)值為10 V，信號(hào)容易受到干擾，需保證良好的信號(hào)接地，系統(tǒng)接線(xiàn)見(jiàn)圖7。檢查信號(hào)線(xiàn)的連接情況，發(fā)現(xiàn)前置器到變送器的屏蔽線(xiàn)接地系統(tǒng)達(dá)不到要求。因此，對(duì)振動(dòng)傳奇?zhèn)鬏斝盘?hào)的接地進(jìn)行處理，增加了信號(hào)隔離裝置，對(duì)5個(gè)傳感器的信號(hào)電磁屏蔽進(jìn)行了優(yōu)化。

圖7 系統(tǒng)接線(xiàn)示意

4）變送器參數(shù)設(shè)置。檢查變送器參數(shù)設(shè)置，量程等是否合理。處置措施：檢查變送器的所有參數(shù)設(shè)置，無(wú)誤。

5）信號(hào)處理PLC的接線(xiàn)問(wèn)題。風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)采用S7300 PLC，接入模擬量信號(hào)需要將M端短接，以避免共模干擾。經(jīng)過(guò)檢查，發(fā)現(xiàn)從變送器輸出的振動(dòng)模擬信號(hào)接入PLC通道后，部分端子的M端未短接，故將卡件的M端進(jìn)行重新短接，并對(duì)PLC信號(hào)增加了濾波程序[2]。

2.2.3 效果評(píng)價(jià)

1）振動(dòng)曲線(xiàn)結(jié)果比對(duì)。處理前，鼓風(fēng)機(jī)振動(dòng)值會(huì)在滿(mǎn)量程（0～220μm）之間進(jìn)行跳變，一天之內(nèi)會(huì)出現(xiàn)若干次。處理后，運(yùn)行曲線(xiàn)平穩(wěn)，無(wú)跳變現(xiàn)象發(fā)生。

2）處理后，將振動(dòng)探頭信號(hào)接入美國(guó)國(guó)家儀器有限公司(National Instruments,簡(jiǎn)稱(chēng)“NI”)分析儀，型號(hào)USB4431，并通過(guò)Labview軟件編寫(xiě)程序?qū)︼L(fēng)機(jī)的在線(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，處理效果可由時(shí)域波形圖、頻譜圖、軸心軌跡圖顯示。處理后，時(shí)域波形穩(wěn)定，幅值與現(xiàn)場(chǎng)儀表監(jiān)測(cè)一致，風(fēng)機(jī)頻譜為50 Hz，與實(shí)際一致，軸心軌跡圖穩(wěn)定、無(wú)毛刺，處理效果良好。

3 總結(jié)

鼓風(fēng)機(jī)和高溫風(fēng)機(jī)作為鋅精礦焙燒流態(tài)化系統(tǒng)的關(guān)鍵旋轉(zhuǎn)設(shè)備，是保證工藝穩(wěn)定運(yùn)行的核心。任何1臺(tái)設(shè)備的非計(jì)劃性停機(jī)都可能導(dǎo)致焙燒爐死爐停產(chǎn)或造成SO2煙氣外溢。只有在關(guān)鍵旋轉(zhuǎn)設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定的前提下，才能提高焙燒爐的作業(yè)率，實(shí)現(xiàn)焙燒工藝的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)于關(guān)鍵旋轉(zhuǎn)設(shè)備要實(shí)時(shí)關(guān)注每一個(gè)運(yùn)行參數(shù)，確保設(shè)備時(shí)刻處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。通過(guò)對(duì)高溫風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)優(yōu)化改進(jìn)，保證關(guān)鍵設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，既提高了產(chǎn)能，又降低了運(yùn)行成本。