閆華龍，代紅坤，鄧 蕊

（1.中銅東南銅業(yè)有限公司，福建 寧德 352000；2.中國銅業(yè)有限公司，云南 昆明 650000）

閃速爐熔煉爐出口煙氣溫度均較高，煙氣需經(jīng)余熱鍋爐降溫除塵后方可進入硫酸系統(tǒng)，余熱鍋爐是利用水與高溫煙氣換熱產(chǎn)生蒸汽的一種設(shè)備，是生產(chǎn)安全性和連續(xù)性的重要保障。本文針對銅閃速熔煉綜述了余熱鍋爐常見的一些問題和改進措施，為余熱鍋爐的設(shè)計和管理提供一些思路和想法。

1 余熱鍋爐結(jié)構(gòu)

余熱鍋爐由鍋爐本體、汽包和管道構(gòu)成，鍋爐本體分為輻射部和對流部。銅冶煉廠常用余熱鍋爐的結(jié)構(gòu)基本為兩種形式，一種是多通道式，另一種是直通［1］。這兩種余熱鍋爐在結(jié)構(gòu)布置上特點各異，根據(jù)銅閃速熔煉生產(chǎn)過程的特點，閃速爐煙氣中SO2和煙塵含量高，煙氣溫度高，且煙塵中含有粘接性很強的金屬，為防止積灰，常采用直通式余熱鍋爐，國內(nèi)某廠閃速熔煉余熱鍋爐示意圖如圖1所示。

圖1 國內(nèi)某廠閃速熔煉爐余熱鍋爐示意圖

煙氣進入余熱鍋爐后，首先進入輻射部，通過輻射散熱的方式，使煙氣中部分煙塵冷凝并沉降下來，為了改善煙氣流場，在輻射室前部增加煙氣擋板，為了增強冷卻效果，經(jīng)常在輻射部架設(shè)數(shù)組管屏，之后進入對流部，對流部入口較輻射部出口小，使得煙氣流速增加，形成對流，于對流部的管束換熱，從而實現(xiàn)進一步降溫除塵。

2 閃速熔煉煙氣成分及特點

國內(nèi)某廠閃速爐煙氣情況見表1和表2。

表1 閃速爐煙氣參數(shù)

表2 閃速熔煉爐煙氣和煙塵成分

由表1可知，閃速爐出口煙氣具有溫度較高和含塵量較大的特點，鍋爐本體還具有一定的漏風量。由表2煙氣成分可知，閃速爐煙氣以SO2和N2為主，并含有少量水分，為了保持一定的氧勢煙氣中還含有少量的O2。SO2來自精礦的反應(yīng)，CO2來自于精礦中碳酸鹽的分解和燃料的燃燒，水分主要來自燃料的燃燒和精礦本身所帶水分，O2的含量主要由閃速爐出口煙氣的氧勢所決定。

由閃速爐出口煙氣條件分析可知，煙氣中SO2濃度較高，酸露點溫度及鍋爐內(nèi)循環(huán)水溫度也相應(yīng)較高，鍋爐在升溫過程及正常生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的膨脹不能忽略；含塵量大，會導(dǎo)致積灰，從而引起傳熱效率低以及堵塞等問題，且煙塵成分以金屬硫化物和氧化物為主，可能會導(dǎo)致鍋爐內(nèi)發(fā)生二次反應(yīng)；煙氣中所攜帶煙塵對管束和管屏的磨損較嚴重；SO2濃度高且含有一定的水蒸氣，會產(chǎn)生一定的低溫腐蝕；由于SO2具有一定的腐蝕性和毒性，因而對鍋爐密封性要求較高。

由煙塵成分可知，煙塵中硫含量較低，且由閃速熔煉爐內(nèi)反應(yīng)可知，硫應(yīng)以硫化亞銅形式存在，鐵以氧化物為主，且銅精礦中一般伴生有一定量的鉛鋅等金屬，隨著煙氣溫度的降低，煙氣中的鉛鋅等金屬或金屬化合物會由氣態(tài)或液態(tài)轉(zhuǎn)化為固態(tài)，會導(dǎo)致煙道黏結(jié)，且不易消除。

3 常見問題及改造

通過以上對閃速爐出口煙氣及煙塵的分析，并結(jié)合冶煉廠生產(chǎn)實踐，余熱鍋爐常出現(xiàn)低溫腐蝕、積灰、機械故障、煙道漏風、膨脹和磨損等問題，現(xiàn)針對這些問題的成因和現(xiàn)行解決方法進行闡述。

3.1 低溫腐蝕

余熱鍋爐的腐蝕一般分為高溫腐蝕和低溫腐蝕［2］，高溫腐蝕是因為溫度過高，使得受熱面的主要材質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而發(fā)生的腐蝕，這類腐蝕在銅冶煉余熱鍋爐中很少發(fā)生。

進入余熱鍋爐的煙氣中含有較高濃度的SO2和少量的SO3，SO3與煙氣中的水蒸氣接觸就會形成硫酸蒸汽，當與煙氣接觸面的溫度低于硫酸蒸汽的酸露點時，就會在接觸面形成液態(tài)硫酸從而造成低溫腐蝕［3］。

根據(jù)實踐，對鍋爐造成腐蝕最常見于鍋爐停運期間，受熱面溫度降低至環(huán)境溫度，空氣進入鍋爐內(nèi)部，所攜帶的水蒸氣與受熱面上的積灰接觸產(chǎn)生硫酸腐蝕受熱面。

從造成低溫腐蝕的原因上可知，生產(chǎn)過程中要保持循環(huán)水溫度高于煙氣的酸露點；合理優(yōu)化爐內(nèi)結(jié)構(gòu)設(shè)計和爐管形式，保證爐墻的密封性良好，鍋爐四周采用膜式水冷壁全部密封焊接，人孔門密封嚴實，并在人孔門中設(shè)置擋板與鍋爐面其平，控制好出口煙氣的煙溫在合理的范圍內(nèi)，對新?lián)Q的冷卻水管進行耐磨耐腐蝕的熱噴涂試驗，在鍋爐停運期間做好鍋爐的保溫保壓工作等。

3.2 積灰

閃速熔煉爐煙氣中含塵量較高［4］，煙塵中含有大量的金屬氧化物，降溫易黏結(jié)，熔融態(tài)顆粒易停滯黏結(jié)，形成大塊，堆積堵塞系統(tǒng)，且因積灰傳熱效果不佳會導(dǎo)致輻射部出口煙氣溫度高等。余熱鍋爐煙塵分為粘接型、粘附型和松散型，粘接型煙塵主要在余熱鍋爐喉口部，主要原因是未反應(yīng)完全的熔融物料，在進入鍋爐區(qū)域時溫度降低，形成粘接，物理性質(zhì)較硬，難易清除；粘附性主要是在鍋爐輻射部中部側(cè)壁，由鉛、鋅等低熔點雜質(zhì)形成，通過加強振打、鹽化風、日常探灰等手段控制，實踐表明原料中Pb＋Zn含量＞1.5%，鍋爐積灰會受到較大影響。

在生產(chǎn)過程中，尤其在投產(chǎn)提料階段，鍋爐內(nèi)部溫度變化，極易導(dǎo)致積塊掉落卡刮板，導(dǎo)致刮板長時間不能運行，導(dǎo)致積灰的進一步惡化，由于鍋爐積灰導(dǎo)致降負荷或停產(chǎn)時間占比超過30%以上。

為了改善積灰情況，采取過以下改造和措施。

1.采用較為先進的彈簧錘振打裝置［5］，取代吹灰器，由于吹灰器吹入氣體溫度低，導(dǎo)致鍋爐局部溫度過低［6］，造成局部積灰嚴重。

2.設(shè)置硫酸鹽化風［7-8］，其原理是將易粘接的金屬氧化物轉(zhuǎn)化為蓬松易清除的硫酸鹽化合物，防止煙氣在煙氣管道上的粘接，便于振打清理。

3.鍋爐入口采用Ω管且在其表面堆焊一層特殊材料，改變了煙塵與設(shè)備之間的粘接力，使得大部分的煙塵都沉降于鍋爐灰斗中。

4.在生產(chǎn)中根據(jù)煙灰性質(zhì)，在鍋爐輻射部入口間斷加入藥劑［9］，藥劑可改善煙灰性質(zhì)，使得煙灰粘接性小，可在積灰處產(chǎn)生分層現(xiàn)象，便于清理。

5.在輻射部刮板尾部上增加鍋爐快開門，在爐內(nèi)負壓足夠的情況下在線清理鍋爐大塊。

6.降低輻射部出口排煙溫度，在確保爐渣、冰銅流動性良好的前提下，宜控制較低的煙氣溫度，或者預(yù)留掛屏位置［10］。一般認為進入對流區(qū)的煙氣溫度控制在750℃以下，但在2005年貴溪冶煉廠的改造表明，假如對流管束結(jié)構(gòu)合理，同時采用有效的清灰裝置，進入對流區(qū)的煙氣溫度可以控制在800℃以上。

7.由于對流區(qū)的截面相對爐膛截面較小，原鍋爐輻射爐膛與對流區(qū)連接處為截面突變，不利于煙氣流均勻進入對流區(qū)，塵量存在波動，對收塵效果有影響，因此可將此處設(shè)計成錐面過度到對流區(qū)。

8.煙氣再循環(huán)降低鍋爐入口煙氣溫度，將電收塵后的煙氣再引入閃速爐余熱鍋爐的入口，使進入余熱鍋爐的煙氣迅速冷卻，從而減小煙塵粘接，通過此還可以組織輻射冷卻室的煙氣流動，起到改善煙氣流場和溫度場的作用。

9.采用先進的清理積灰方式，前期以人工清理為主，時間較長，后期引進了打渣機，設(shè)置了打渣機平臺，對于清理大塊頗有成效，時間顯著降低。

此外，若閃速熔煉爐內(nèi)反應(yīng)效果不佳，煙塵中含有過量的S，在煙氣進入余熱鍋爐時，會發(fā)生二次燃燒反應(yīng)［11］，可在閃速爐沉淀池頂部位增設(shè)二次燃燒風，降低煙塵中的S含量。

3.3 機械故障

余熱鍋爐的主要機械裝置為振打設(shè)備、水循環(huán)泵和煙塵運輸設(shè)備等。

彈簧錘振打是余熱鍋爐清灰的重要手段，要求振打裝置必須長周期連續(xù)作業(yè)，應(yīng)加強點檢，對已損壞的振打器要及時進行更換。

循環(huán)泵是余熱鍋爐安全性和連續(xù)性的重要保證，泵排水量、壓力不足、泵振動噪音較大、軸承過熱、機械密封泄露均是循環(huán)泵可能會出現(xiàn)的問題。

煙塵輸送設(shè)備是持續(xù)性使用設(shè)備，使用期間可能出現(xiàn)由于過載、鏈條松弛或伸長異常、主鏈輪齒損傷等原因引起的鏈條抖動或者由于干擾、咬合、旋轉(zhuǎn)不良、裝配和安裝不合理引起的異常響聲等，因此在煙塵輸送設(shè)備在設(shè)計階段就應(yīng)考慮其穩(wěn)定性和出現(xiàn)故障時的檢修問題。在實際運行過程中，鍋爐因不可避免的結(jié)塊掉落，極易損傷刮板，一般采用加強格柵排布，采用加強型刮板等措施。

3.4 密封

閃速爐出口煙氣中含有大量的有毒有害物質(zhì)，為了保障現(xiàn)場操作人員的人身安全以及達到環(huán)保的要求，余熱鍋爐不允許出現(xiàn)正壓。要做到這一點，在抽速正常的前提下，還需確保鍋爐本體的密封性。否則除安全環(huán)保外同時會導(dǎo)致以下幾方面的問題。

1.煙塵漏損大，煙塵從爐內(nèi)溢出，導(dǎo)致多種金屬回收率降低。

2.鍋爐出口煙溫和負壓波動較大，常溫空氣進入鍋爐，降低煙氣溫度并且影響鍋爐內(nèi)壓力。

3.強化低溫腐蝕，空氣溫度較低且含有少量水分，抽入爐內(nèi)會導(dǎo)致局部低溫腐蝕。

4.鍋爐漏風會導(dǎo)致硫酸鹽化失去控制。

導(dǎo)致余熱鍋爐密封出現(xiàn)問題的原因主要有兩方面，一方面是設(shè)計本身，另一方面是腐蝕。

為了保證密閉性，余熱鍋爐一般采用整體膜式水冷壁設(shè)計，運行前對焊縫進行密閉性檢測，在運行中，隨時發(fā)現(xiàn)隨時堵封，對腐蝕部位要進行處理。

3.5 膨脹

由閃速熔煉爐余熱鍋爐的體積較大，余熱鍋爐在啟動升溫及在正常生產(chǎn)時的溫度變化而引起的鍋爐本體及內(nèi)部構(gòu)件的膨脹不能被忽視，它對鍋爐的壽命和安全性具有較大影響［12］。

為了減小鍋爐膨脹產(chǎn)生的危害，應(yīng)合理設(shè)計膨脹縫，正確疏導(dǎo)膨脹應(yīng)力，鍋爐整體設(shè)計，合理選用鍋爐固定方式，灰斗與鍋爐本體采用可滑動法蘭連接，允許其自由膨脹，采用預(yù)壓、預(yù)拉和預(yù)留的方法，改善管道和受熱面部件之間的膨脹自由度。

3.6 磨損

煙塵在隨閃速熔煉爐煙氣的運動過程中，不斷與受熱面發(fā)生碰撞，造成受熱面撞擊磨損、刮痕磨損和擦動或者滾動磨損。

磨損程度主要受以下幾個方面影響［13］。

1.熔煉煙氣條件。如煙氣流速、含塵量和爐管外徑與磨損量均正相關(guān)，且煙氣流速是影響余熱鍋爐磨損的主要因素。

2.煙塵的性質(zhì)。如溫度越高及煙塵之間的粘附性越強越加重受熱面的磨損。

3.受熱面的性質(zhì)。如材質(zhì)的耐磨性。

4.煙氣流場不合理引起的磨損，煙氣進入余熱鍋爐后呈螺旋形流動，產(chǎn)生偏流現(xiàn)象，煙氣流經(jīng)管屏時，爐管背面存在渦流現(xiàn)象，增加了管屏的磨損量，且部分管子背面形成尖劈狀流線型積灰。

為減輕煙氣對鍋爐的磨損，延長受熱面的使用壽命，應(yīng)設(shè)法降低煙氣含塵量，設(shè)計科學(xué)合理的煙氣流場；合理加大爐膛的橫截面積，使煙氣中較大的粒子在此空間進行沉降；管屏和管束應(yīng)盡量選擇耐磨性材質(zhì)；在高溫輻射區(qū)選擇合理的氣速，防止粒子對管屏形成渦流造成磨損。

4 總 結(jié)

余熱鍋爐的運轉(zhuǎn)是在一個十分惡劣的生產(chǎn)環(huán)境中，因此需要在設(shè)計安裝階段就要考慮避免或減少鍋爐可能會出現(xiàn)的問題；在生產(chǎn)階段，需要加強對操作人員的培訓(xùn)，制定合理的鍋爐操作制度及點檢制度，穩(wěn)定閃速熔煉爐的爐況，不斷總結(jié)生產(chǎn)過程中遇到的一些問題以及探究解決的方法，在生產(chǎn)過程中不斷的改進和適應(yīng)，以期在故障來臨前有一個清晰的預(yù)判，并且設(shè)法阻止其發(fā)生。