富氧顶吹-鼓风炉还原炼铅工艺综合节能技术研究及应用.doc

富氧顶吹-鼓风炉还原炼铅工艺综合节能技术
研究及应用
贾著红，晏祥树，蒋荣生，杨伟，聂文斌，任占誉，
（云南驰宏锌锗股份有限公司，云南 曲靖 655011）
摘要：为降低富氧顶吹—鼓风炉还原炼铅工艺能耗，推进节约型生产，降本增效，适应于发展循环经济和低碳经济的需要，在分析总结的基础上，对该工艺综合节能技术进行研究和开发，开展节能降耗技术攻关，取得显著成效。
关键词：富氧顶吹，鼓风炉，粗铅，能耗，节能

1.前言
云南驰宏锌锗股份有限公司采用富氧顶吹—鼓风炉还原炼铅工艺，处理铅精矿、烟尘和含铅渣物料，主要燃料为煤和焦炭，辅之以柴油用于顶吹炉精确控温。
富氧顶吹—鼓风炉还原炼铅工艺采用国外引进与自主创新相结合的方式开发，生产实践表明能有效取代传统炼铅方法，在我国从国外已经引进的铅冶炼技术中，这是最成功的一种，是国家重点推荐应用的炼铅新技术。
本文以提升富氧顶吹—鼓风炉还原炼铅工艺能效水平为目的，在分析工艺能耗指标和结构的基础上，开展综合节能技术研究，对工艺、设备进行优化改进，推动节能降耗。
2.工艺能耗指标及结构分析
2.1能耗统计
项目实施前，以2007年四季度为例，能耗统计情况见表1，表2和表3。
表1 工艺综合能耗、工序能耗统计表
工艺综合能耗
富氧顶吹炉能耗
鼓风炉能耗
粗铅冶炼综合能耗（kgce/t）
粗铅冶炼综合焦耗（kgce/t）
富氧顶吹炉柴油单耗（kg/t）
富氧顶吹炉煤耗(kg/t)
鼓风炉焦耗(kg/t)
鼓风炉粗铅电耗（kwh/t）
406.117
278.873
56.769
135.746
592.070
643.496

表2 主要能耗占耗能总量比例统计表
富氧顶吹炉油耗
富氧顶吹炉煤耗
鼓风炉焦耗
鼓风炉粗铅电耗
13.27%
10.34%
61.18%
6.47%

表3 2007年主要能耗费用占能耗总费用比例统计表
富氧顶吹炉油耗
费用
富氧顶吹炉煤耗
费用
鼓风炉焦耗
费用
鼓风炉粗铅电耗
费用
47.83%
6.41%
37.74%
3.02%

作者简介：贾著红（1966.3—），男，山西万荣人，冶金教授级高工，云南驰宏锌锗股份有限公司总工程师。
2.2数据分析
（1）粗铅冶炼综合能耗离国内先进水平还有一定差距。
（2）油耗和焦耗占耗能总量的74.45%，消耗费用占能耗总费用85.57%。
（3）鼓风炉每年约有3500多吨碎焦结存低价外销，占鼓风炉焦耗比例20%～30%。
3.技术路线和解决措施
3.1降低富氧顶吹炉油耗
3.1.1推行精细配料、均衡给料的备料管理制度
（1）改进配料方式，进厂铅原料先采用装载机和吊车抓斗进行2次以上的堆式配料，再进入上料系统进行仓式配料。
（2）在称重皮带上安装限料装置，稳定料层厚度，从而稳定实际给料量。
（3）采用耐磨衬板、机械振打装置和前馈式混料湿度控制方法，对圆筒混料机进行改造。
通过采取这些改进措施，稳定了入炉混合料成份、料量的波动，熔炼过程热平衡的稳定性进一步提高；基本消除了由于备料系统问题而导致的炉况恶化和停炉现象，为熔炼过程中降低柴油消耗打下了基础。
实施效果见表4。
表4 氧顶吹炉上料系统改造效果
指 标
改造前
改造后
混合料成分波动值（%）
5.3
2.1
混合料料量偏差率（%）
1.7
1.1

3.1.2调整工艺参数及生产作业制度，确保工艺控制平稳
（1）在总结前期经验的基础上，对涉及工艺控制的冶金计算模块、熔炼控制的策略和方式等进行优化，修正氧料比和氧煤比的操作值，确定烟尘、硫酸铅渣、氧化铅精矿等非耗氧回收物料的影响系数，分别设置枪位、供风量、给料量、燃料量等上下限值，确保生产可控、安全。
（2）改进作业制度，准确掌握排放时机，保证放渣顺利，减少放渣时间，控制用油量和用油时间。
（3）加强对熔池温度的监控，将操作温度波动范围从150℃降低到100℃以内，保护炉砖以延长炉龄，减少烘炉用油。
实施效果见表5。
表5富氧顶吹炉工艺控制改进效果
指标名称
改进前
改进后
一次粗铅产量 （t/d）
89
135
粗铅含铅 （%）
97
98.31

3.1.3改进关键设备，降低其故障率
（1）确保余热锅炉安全稳定运行。在炉顶“三口”（即下料口、喷枪口、保温烧嘴口）安装防护套；调整了锅炉振打的启动频率和运行时间；采用多组换热管束、爆破清灰新技术和新型振打装置；合理控制烟气温度、炉口负压、蒸发量。
（2）对铸铅机进行改造，将基础总体提升，并增加圆盘与底座之间的间距，预防盘体及传动机构被卡死。
（3）对电收尘结构进行改进，主要包括气流分布板结构改造、自诊式电除尘器供电控制系统研发与应用等。并从操作上对电收尘器的入口温度、运行负荷和供电参数等进行监控，提高电收尘的运行周期。
改进效果见表6。
表6氧顶吹炉主要设备运行情况
指标名称
2007年
2008年
2009年
锅炉爆管和漏气次数
1次
1次
0次
主要设备故障率
5%
3%
2%

3.1.4富氧顶吹炼铅炉炉体改造
随着处理量和产量的提高，渣铅排放次数随之增加，原排放口的一系列不适应性问题逐步显现：
（1）铅排放口水套容易损坏，寿命非常短，导致放铅、堵铅口和更换水套存在极大的困难和安全隐患。
（2）由于原渣口的设置位置同生产作业制度不匹配，造成渣排放不顺利，熔池经常处于高位运行，熔池传热传质不均匀，炉体摇晃强烈，炉顶喷溅大。
经过研究，决定对渣、铅排放口进行集成改造。首先解决铅口水套寿命短的迫切问题；随后对渣口实施适应性改造。
经过对铅口水套安装方式、使用材质、烧口和堵口方式、堵口工具、水套结构等方面的6次改进，严格保证水套及内芯的加工质量，提高水套的安装精度，使用效果良好，具体见表7。
表7 铅口水套改进效果对比
指标名称
改造前
改造后
备注
铅口水套消耗 （块/年）
30
2

更换铅口水套停炉保温时间 （小时/年）
288
12

经过论证和准备，对渣口实施适应性改造，包括：下移放渣口位置；重新布置放渣操作平台；配套布置、安装渣溜槽。
经过改造，取得了以下效果：
（1）熔池高度有效地降低至2.5米以下，熔池泡沫渣、炉体摇晃、炉顶喷溅等现象明显减少,岗位操作环境、劳动强度有明显改善。
（2）实现对熔池高度和喷枪枪位、插入熔池深度的有效控制，熔池内部温差从约150℃降低至100℃以内，熔体传热传质效率得到提高。
（3）进一步提高了物料处理量，炉床能力较改造前提高20%。
（4）放渣效率明显得到提高，30钟内可将熔池高度放低至1.2m以下，基本杜绝了由于放渣困难或熔池高度过高而停炉的现象，生产作业进入连续高效运行的良性循环。
（5）受上述因素的综合影响，炉子寿命有一定延长。
3.1.5喷枪及供风系统优化
（1）提高喷枪管壁冷却效果
将喷枪前端部管径减小50mm，采用变径管与原枪体连接，强化喷枪前端部管壁冷却效果，使之能有效挂渣以保护枪管。
（2）选用国产管材，改进日常维护工作
总结、分析喷枪的实际工况条件和技术要求，选用合适的国产管材和零配件。 研究改进喷枪的焊接、安装方法，减少喷枪的制作缺陷。
（3）操作方法优化
通过调整燃煤、燃油的供给时机和供给量，以及合理控制熔炼气氛和富氧浓度（即总供风量），不断改进炉温、渣含铅等控制措施，缓解喷枪的高温侵蚀作用。合理判断和控制喷枪的插入深度和升降速度，避免因喷枪枪位失控而引起的堵塞、烧损和弯曲断裂等现象。
（4）改进喷枪的结构和材质
通过计算和对比试验等方法，改进喷枪旋流器的尺寸、结构和安装位置；调整内管支架的长度和安装方式；改进燃油管和喷嘴的结构和安装方式。
（5）改进喷枪波纹管结构和材质
原波纹管内部导流管取消上段，保留下段，外部波纹管采用新型材质，增加了波纹与导流管之间的距离，减小了波纹与导流管之间的摩擦，喷枪波纹管使用周期提高5倍。
（6）开发出工艺风机防喘振装置
该装置能够有效防止鼓风机发生喘振，避免鼓风机喘振而导致自动停机。采用该装置，还可将鼓风机放空阀放出的风返至顶吹炉作二次燃烧风使用，正常熔炼时保温烧嘴风机不再送风。仅此一项，每年少送风量为0.9Nm3/s×3600×24×365×91%=25827984 Nm3。
3.1.6实施以煤代油的技术攻关，降低油耗
（1）减少给油量，部分使用碎煤替代，这是较早采用的改进方案。
（2）适当增加给煤量，缩短供油量和供油时间。操作时观察熔池温度变化，若炉温平稳可以适量降低油量；炉温开始上升即可停油。
（3）正常熔炼过程中不再用油，完全依靠富氧浓度和给煤量来控温。
（4）重点对熔炼过程中加煤期间产生的泡沫渣进行研究和控制，消除泡沫渣造成的停炉、炉况失控等不良影响。
3.2降低鼓风炉焦耗
3.2.1对上料系统实施改造，提高进料准确性
（1）增加了两个给料备用仓，在“三通”喉管处增加了两套分料板。
（2）在称重系统增加了8套振动给料器，称重偏差率降低4.5%。
（3）对炉子进料口梭料板进行了3次校正，梭料板角度从45～50°校正为55°，减少进料偏析现象。
3.2.2鼓风炉炉体优化改进
拆除鼓风炉两块水套，炉床长度缩短1.87m，风口区宽度增加0.05m，炉腹角减少0.7°，炉床面积由8m2缩小为6m2。经过改造后，焦点区更稳定，焦炭消耗降低近10%。
3.2.3全富铅渣熔炼技术攻关
鼓风炉投产初期，搭配25%～33%的炉渣，焦耗居高，因此开展鼓风炉全富铅渣熔炼技术攻关。
（1）对富铅渣的物理化学性质进行全面的探究，进一步研究适合鼓风炉熔炼的合理渣型，即Pb 44～48%，SiO2/Fe 0.7～0.8，CaO/SiO2 0.4～0.6。经过近一年的摸索，鼓风炉流程得到了优化，过程控制更加合理。
（2）加强与富氧顶吹炉工序的沟通和交流，确保富铅渣成分、产出量稳定。当日产出的富铅渣经铸渣机、槽式运输机直接送鼓风炉处理，避免在露天料场多次倒运而碎裂，又可利用富铅渣的余热。
（3）在富氧顶吹氧化段适量补钙，确保富铅渣CaO/SiO2满足鼓风炉熔炼要求，稳定渣含铅。
进行全富铅渣熔炼后，鼓风炉不需配入外购炉渣进行熔炼，焦率进一步降低，攻关前后效果对比情况见表7。
表7 鼓风炉全富铅渣熔炼攻关前后效果对比表
指标名称
攻关前
攻关后
配入外购炉渣比例（%）
25～33
0
焦率（%）
15.3
14.5
3.2.4鼓风炉热风富氧熔炼技术攻关
分期对鼓风炉供风供氧装置进行改造，改进操作，鼓风炉实现连续的热风富氧熔炼。
（1）优化供风管道的配置，实现供风风量、风压的稳定。
（2）对热交换器的结构和保温方式进行改进，提高换热效率。
（3）实施鼓风机变频节能改造，提升供风系统的自动控制水平。
（4）将富氧顶吹炉的供氧管网接到鼓风炉，通过协调平衡两炉用氧，长周期确保鼓风炉富氧熔炼。
（5）总结优化鼓风炉的风量、氧量、风压、料面高度、配料比和风口管理等操作，保证炉况连续平稳。
实施效果见表8。
表8 鼓风炉热风富氧熔炼效果对比表
指标
2008年
2009年
2010年（1～6月）
鼓风炉粗铅日产量（t/d）
80.6
98.9
116.5
床能率（t/m2·d）
40.2
46.8
53.1
鼓风炉粗铅焦耗(kg/t)
496
417
419
炉顶温度（℃）
-
≤450
≤300
热熔渣温度 （℃）
-
1130
1175
作业率 （%）
-
85
95.3

3.3碎焦返作富氧顶吹炉燃料
3.3.1前期试验研究
碎焦返到富氧顶吹炉使用需要解决如下问题：
（1）上料系统适应性。因碎焦堆存在鼓风炉，所以要想快捷迅速的将其运至顶吹炉上料系统并准确称量后均匀运至炉内，则需对上料系统进行优化改造。
（2）熔池反应时间。碎焦块度较大，固定碳、灰分高于原煤，而挥发分、含硫低于原煤，引起反应时间和需氧量变化，要重点监控。
（3）烟气处理系统的适应性。加入碎焦炭或碎焦、煤的混合物后，引起烟气成分、温度变化，要进行跟踪。
3.3.2方案选择与实施
（1）对上料系统如料仓、卸料口尺寸、皮带等进行改进，确保焦炭加入时间、加入量、计量精度等满足熔炼要求。
（2）对氧煤（焦）比和煤（焦）的进料量进行动态调整，确保炉内物料反应充分。适时调整二次燃烧风量，使炉内CO气体完全燃烧。
（3）对电收尘入口温度和余热锅炉蒸发量进行严格监控，加强余热锅炉主控和熔炼炉操作岗位的沟通协作，发现问题，及时处理。
（4）逐步增加碎焦量，采用碎焦：煤=1：3、1：2、1：1，过渡到将碎焦炭全部返用，达到消耗平衡的目的。
3.3.3实施效果
在富氧顶吹炉使用碎焦后，部分替代煤，熔池温度、烟气温度更平稳，烟尘率降低，且铅直收率有所提高。具体实施效果见表14。
表9 碎焦返用实施效果
指标名称
改进前
改进后
富氧顶吹炉碎焦耗（kg/t）
----
92
一次粗铅产出率（%）
40.5
45.7
烟尘率（%）
18.3
15.2
4.项目实施效果
项目实施前后，富氧顶吹炉能耗对比情况见表10，鼓风炉能耗对比情况见表11。
、

表10项目实施前后富氧顶吹炉能耗对比表
能耗指标项目
2007年
2008年
2009年
2010年上半年
富氧顶吹炉柴油单耗（kg/t）
83.847
50.325
48
34.89
富氧顶吹炉煤耗(kg/t)
133.364
113.182
111
77.64
富氧顶吹炉碎焦耗(kg/t)
--
56.516
92
82.35

表11 项目实施前后鼓风炉能耗对比表
能耗指标项目
2007年
2008年
2009年
2010年上半年
鼓风炉焦耗(kg/t)
687.622
496.167
417
419.17

通过应用该综合节能技术，改善了富氧顶吹—鼓风炉还原炼铅工艺用能结构，降低了粗铅冶炼成本，实现节能降耗。并且使关键设备如炉体、锅炉、电收尘器、工艺鼓风机等安全性能得到提高，运行周期延长，提高了富氧顶吹—鼓风炉还原炼铅工艺整体技术和装备水平。
5.结论
通过对富氧顶吹—鼓风炉还原炼铅工艺能效进行分析研究，以国内炼铅能耗指标的先进水平为目标，持续开展技术改造和攻关，工艺耗能结构有明显改善，粗铅冶炼能耗大幅降低，节能降耗效果显著，取得较好的经济、社会效益，使该工艺的技术和装备水平得到整体提升，实现连续高效生产，熔炼作业率高于95%，粗铅产量增加35%，粗铅综合能耗下降36%以上。

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