蔡炳龍

（江西金德鉛業(yè)股份有限公司，德興 334200）

江西金德鉛業(yè)股份有限公司煉鉛工藝為富氧底吹爐-側(cè)吹還原爐-煙化爐三聯(lián)爐工藝，而煙化爐的給煤裝置在升級(jí)改造前的給煤系統(tǒng)，是通過中間倉給煤通過平衡風(fēng)加壓經(jīng)過螺旋給煤機(jī)由一次風(fēng)送入煙化爐爐內(nèi),沒有計(jì)量，手動(dòng)調(diào)速，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)塌煤、斷煤、給煤不均勻等隱患，導(dǎo)致煙化爐煤耗居高不下，且不能保證煙化爐系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

而國內(nèi)大部分企業(yè)基本上使用的是半自動(dòng)化給煤裝置，缺點(diǎn)是鎖氣閥磨損較快，故障高，維護(hù)成本高。但給煤有計(jì)量和不塌煤，對降低煤耗，有很大的幫助。通過對同行的考察和現(xiàn)有工藝的摸索，決定對給煤裝置升級(jí)改造，達(dá)到全自動(dòng)化程度、精確入爐給煤計(jì)量、解決塌煤、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、維護(hù)生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行的研究試驗(yàn)。

1 煙化熔煉生產(chǎn)氧化鋅工藝

煙化爐的煙化過程是一種還原揮發(fā)過程，即把空氣和煤粉吹入煙化爐內(nèi)的熔池中，使化合物和游離的ZnO及PbO還原成鋅和鉛的蒸氣，上升到爐子上部空間，遇到CO2或吸進(jìn)來的空氣再度氧化成氧化鋅和氧化鉛并以煙塵狀態(tài)被收集。爐膛中一部分鉛也以PbS及PbO+狀態(tài)揮發(fā)。若熔渣中含有錫，則在煙化過程中還原成錫（Sn）及氧化錫或硫化錫而揮發(fā)，錫及硫化錫在爐子上部再氧化成二氧化錫（SnO2)。所收集的煙塵大部分為氧化鋅和氧化鉛，此外，還有少量的氧化錫及錫的硫化物，還有易揮發(fā)的稀有金屬元素。煙化爐煙塵含鉛8%～10%，鋅60%～80%，此煙塵俗稱“次氧化鋅”。

鋅的揮發(fā)率與熔渣中的氧化鋅的活度、過程的溫度及平衡相成分有關(guān)。渣含鋅和過程溫度愈高，氣相中CO濃度愈大，則鋅的揮發(fā)率也愈大。爐氣中CO氣體對ZnO的還原揮發(fā)有利，但溫度過高（如超過1350℃）可能會(huì)引起FeO的還原。CO濃度升高又會(huì)引起爐氣溫度的下降和燃料利用效率降低。所以一般認(rèn)為煙化爐溫度控制在1250℃左右較好，因此煤量控制非常關(guān)鍵。

吹煉期吹煉爐渣宜保持為1150℃～1250℃，但不能高于1300～1350℃，這屬于危險(xiǎn)區(qū)，因?yàn)闀?huì)導(dǎo)致FeO+CO=Fe+CO2反應(yīng)。不過在初期Fe的出現(xiàn)關(guān)系不大，因?yàn)槌跗谠衂n含量高，會(huì)有Fe+ZnO=Zn↑+FeO的反應(yīng)，所以仍不至于產(chǎn)生積鐵，相應(yīng)來說是有利的。高溫主要是限制在中期和后期。而溫度過低對金屬揮發(fā)不利。一般來說，在溫度低于1060℃～1130℃時(shí)，即失去流動(dòng)性，爐內(nèi)壓力很高。進(jìn)料的預(yù)熱溫度最好為1150℃～1200℃。為了提高吹煉時(shí)的溫度而不降低粉煤與空氣混合物的還原能力，最好采用熱風(fēng)。若采用富氧鼓風(fēng)，也能大大提高溫度，增加產(chǎn)量。

圖1 變頻螺旋輸送給煤裝置流程圖及現(xiàn)場照片

變頻螺旋輸送給煤裝置。變頻螺旋輸送給煤裝置四臺(tái)中間倉（9.5m3/臺(tái)）給煤設(shè)備組成，兩臺(tái)一組同時(shí)給煙化爐兩側(cè)供煤。原中間倉底開口直徑φ219mm，用單管螺旋輸送粉煤（0～2T/h），通過一次風(fēng)（風(fēng)量：0～6000m3/h、風(fēng)壓：30～50KPa)風(fēng)管(φ219mm)送入爐內(nèi)。

圖2 全自動(dòng)給煤計(jì)量裝置現(xiàn)場圖片

變頻螺旋輸送給煤裝置的中間倉操作憑經(jīng)驗(yàn)控制給煤大小，無計(jì)量耗粉煤量，存在煤耗高、指標(biāo)波動(dòng)大的現(xiàn)象。尤其當(dāng)粉煤儲(chǔ)存?zhèn)}料位高度低時(shí)，倉壁易懸壁掛煤，發(fā)生塌煤時(shí)，大量粉煤沖入爐內(nèi)，發(fā)生劇烈燃燒，產(chǎn)生大量煙氣外溢，污染環(huán)境。塌煤前期不下煤時(shí)，造成爐溫下降，爐殼惡化，影響指標(biāo)。若塌煤得不到控制或措施采取的晚了，會(huì)造成大量未經(jīng)燃燒的粉煤夾雜火星進(jìn)入收塵布袋室，在布袋室發(fā)生粉塵濃度高燃爆，存在極大安全隱患。因塌煤造成收塵爆倉事故，每次爆倉，布袋全部燒完、蓋板變形、大量的煤灰、鋅粉進(jìn)入脫硫循環(huán)水系統(tǒng)。對環(huán)境造成一定的污染。

2 全自動(dòng)給煤計(jì)量裝置生產(chǎn)實(shí)踐

2.1 全自動(dòng)給煤計(jì)量裝置生產(chǎn)實(shí)踐研究

全自動(dòng)給煤計(jì)量裝置研究：通過串罐如何實(shí)現(xiàn)粉煤連續(xù)精確給煤，同時(shí)使用圓頂閥消除給煤串氣問題。實(shí)現(xiàn)精確給煤的條件下如何實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)給煤，達(dá)到節(jié)能降耗。操作程序編程問題，達(dá)到全自動(dòng)化。

圖3 串罐旋轉(zhuǎn)給料泵倒灌運(yùn)行步驟

2.1.1 串罐

（1）在正常噴吹時(shí)，鎖斗空置，煤粉倉出口閥、鎖斗進(jìn)料閥、排氣閥、中間閥（給料罐進(jìn)料閥）和平衡閥均處于關(guān)閉狀態(tài)，給料罐噴吹和流化氣源不間斷供應(yīng)，旋轉(zhuǎn)給料器按設(shè)定轉(zhuǎn)速運(yùn)行。

（2）當(dāng)給料罐物料低于低料位，料位計(jì)發(fā)出信號(hào)，鎖斗排氣閥打開，釋放鎖斗余留壓力，平衡閥及中間閥仍處于關(guān)閉狀態(tài)，等到鎖斗壓力顯示鎖斗壓力降到0.02MPa時(shí)，煤粉倉出口閥和鎖斗進(jìn)料閥打開，同時(shí)開啟煤粉倉出口流化氣源，開始裝料，裝料時(shí)，鎖斗底部流化氣源打開，防止鎖斗煤粉堆積結(jié)塊。

（3）當(dāng)鎖斗裝料到高料位時(shí)，料位計(jì)發(fā)出信號(hào)，經(jīng)過短暫延時(shí)后，煤粉倉出口閥、鎖斗進(jìn)料閥和排氣閥依次關(guān)閉，裝料停止。鎖斗底部流化氣源仍在不停進(jìn)入鎖斗，鎖斗壓力上升。

（4）當(dāng)鎖斗壓力達(dá)到與給料罐壓力一致時(shí)，中間閥（給料罐進(jìn)料閥打開），鎖斗煤粉靠自身重力落入給料罐，為幫助下料，鎖斗頂部的進(jìn)氣閥打開。經(jīng)過設(shè)定時(shí)間后，鎖斗進(jìn)氣閥關(guān)閉，平衡閥打開，一段時(shí)間后，鎖斗流化氣源、中間閥（給料罐進(jìn)料閥）和平衡閥關(guān)閉，完成倒罐。

（5）當(dāng)給料罐物料降到低料位以下時(shí)，鎖斗排氣閥打開，鎖斗開始新一輪裝料，這樣完成一個(gè)運(yùn)行周期。

噴吹泵安裝了稱重計(jì)量系統(tǒng)，計(jì)算出實(shí)際噴吹量，與控制系統(tǒng)設(shè)定的噴吹量比較后，通過調(diào)整旋轉(zhuǎn)給料機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速，使實(shí)際噴吹量接近設(shè)定噴吹量，保證噴吹精度。

2.1.2 變頻旋轉(zhuǎn)給料器

變頻旋轉(zhuǎn)給料器每個(gè)發(fā)送罐底部設(shè)置一臺(tái)旋轉(zhuǎn)給料器，發(fā)送罐中物料的給料過程由此旋轉(zhuǎn)給料器完成，給料器的給料量即發(fā)送的速度與給料器的轉(zhuǎn)速成正比。旋轉(zhuǎn)給料器由變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其速度由變頻驅(qū)動(dòng)器（VFD）控制，確保精確地控制全過程的發(fā)送量。

2.1.3 圓頂閥

圓頂閥作為氣力噴吹系統(tǒng)的核心部件之一，是專為氣力噴吹技術(shù)而特別設(shè)計(jì)的。圓頂閥采用獨(dú)特的充氣式密封圈，密封圈在閥門完全關(guān)閉時(shí)自動(dòng)充氣膨脹，閥門完全密封；閥門打開時(shí)密封圈自動(dòng)泄壓回縮，閥門開關(guān)過程中球頂和閥體無任何接觸，避免了磨損，大大延長了閥門的使用壽命，也確保了氣力噴吹系統(tǒng)的可靠性。

圖4 圓頂閥運(yùn)行示意圖

2.2 全自動(dòng)給煤計(jì)量裝置性能

此項(xiàng)升級(jí)改造試驗(yàn)，是由我司和河北兆澤環(huán)保技術(shù)有限公司共同引進(jìn)試驗(yàn)的。煙化爐給煤計(jì)量與自動(dòng)控制裝置系統(tǒng)項(xiàng)目目前已投入試運(yùn)行，并已正常使用，未出現(xiàn)過塌煤現(xiàn)象，棄渣含鋅指標(biāo)穩(wěn)定可控，節(jié)約煤耗較為明顯。

2.2.1 設(shè)備運(yùn)行性能數(shù)據(jù)

見表1，表2。

表1 煙化爐氧煤比計(jì)算表

表2 設(shè)備測試情況表

2.2.2 試驗(yàn)期存在的問題

試驗(yàn)期間出現(xiàn)給煤、噴煤自動(dòng)控制不工作等問題，以下為原因分析：

（1）該系統(tǒng)輸送粉煤以壓縮空氣噴吹入爐，進(jìn)煤充壓至鎖斗罐，對在吹煉過程、開爐時(shí)，要檢查各氣源壓力值是否達(dá)標(biāo)，保證吹煉正常運(yùn)行，否則造成給煤不暢存在死爐險(xiǎn)兆。該系統(tǒng)在氮?dú)獠蛔闱闆r，轉(zhuǎn)換為壓縮空氣充壓，因氣體含水原因出現(xiàn)管路粘壁、給煤不暢，造成棄渣指標(biāo)波動(dòng)。

（2）日常維護(hù)加強(qiáng)一樓罐體房間通風(fēng)，存在氮?dú)庑孤讹L(fēng)險(xiǎn)。

（3）該系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)先啟動(dòng)管路閥吹掃粉煤輸送管路，有延時(shí)40S時(shí)間，管路閥關(guān)閉后進(jìn)行給料，遇到輸送管路堵塞，風(fēng)眼不暢、爐內(nèi)壓力過高，未第一時(shí)間進(jìn)行處理風(fēng)眼、吹掃敲打輸送管路，存在給料機(jī)卡死風(fēng)險(xiǎn)。

（4）該系統(tǒng)給煤量設(shè)定值與反饋值出現(xiàn)偏差，需啟動(dòng)備用設(shè)施，將給煤設(shè)定至最小量600Kg/h，頻率7Hz，啟動(dòng)裝料循環(huán)后轉(zhuǎn)換自動(dòng)控制模式。

2.2.3 試驗(yàn)結(jié)論

從試驗(yàn)結(jié)果看：新型給煤計(jì)量系統(tǒng)按以上工藝參數(shù)、設(shè)備運(yùn)行，基本可穩(wěn)定棄渣含鋅指標(biāo)＜1.0%以下,爐況穩(wěn)定，整體風(fēng)眼暢通，送風(fēng)、送煤均勻，解決塌煤造成的環(huán)境污染、除塵布袋燒損問題，綜合考慮各種因素，基本達(dá)到升級(jí)改造研究目標(biāo)要求。

2.3 全自動(dòng)給煤計(jì)量裝置生產(chǎn)實(shí)踐結(jié)果

2.3.1 全自動(dòng)給煤計(jì)量裝置生產(chǎn)實(shí)踐后優(yōu)點(diǎn)

原始系統(tǒng)僅配置煤粉儲(chǔ)罐和給料螺旋，煤粉容易在儲(chǔ)罐內(nèi)板結(jié)、架橋，再加上儲(chǔ)罐底部流化設(shè)計(jì)不合理，很容易造成從儲(chǔ)罐往螺旋內(nèi)落料忽多忽少，這樣通過螺旋吹進(jìn)煙化爐會(huì)造成塌煤、爆燃等事故。

改造后給料系統(tǒng)的流程：煤粉儲(chǔ)罐→鎖斗→給料罐→二出口旋轉(zhuǎn)給料機(jī)→給料管→一次風(fēng)管→二次風(fēng)→煙化爐。改造后系統(tǒng)有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)，確保了給料穩(wěn)定、順暢，不會(huì)產(chǎn)生塌煤現(xiàn)象，同時(shí)給煤精度高度，節(jié)省成本。

（1）改造后的系統(tǒng)通過鎖斗緩沖，確保給料罐內(nèi)時(shí)刻保持中料位計(jì)以上的料位；

（2）給料罐內(nèi)壓力穩(wěn)定，

（3）給料機(jī)密封葉輪與殼體、頂板、底板的間隙在0.1mm以內(nèi)，密封效果良好；

（4）給料自帶攪拌器，防止物料在給料管內(nèi)板結(jié)、架橋。

（5）基于獨(dú)特的旋轉(zhuǎn)給料設(shè)計(jì)，以及精確稱重計(jì)量，給煤精度比較高。

圖5 運(yùn)行圖

以下數(shù)據(jù)是新系統(tǒng)給料量及運(yùn)行情況記錄表，數(shù)據(jù)摘自下頁的運(yùn)行曲線：

設(shè)定流量：1500Kg/h；

瞬時(shí)流量偏差：最大流量：1517.9Kg/h，最大流量偏差：+1.19%

最小流量：1481.2Kg/h，最大流量偏差：-1.25%累計(jì)流量偏差：-0.08%。

（6）設(shè)備可靠性高，故障率低

（7）系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，為全自動(dòng)化運(yùn)行模式，操作只需在操作畫面上設(shè)定需要的給煤量即可。具備完善的故障報(bào)警系統(tǒng)，如超壓報(bào)警、圓頂閥密封故障報(bào)警、給料機(jī)故障報(bào)警、減速機(jī)過熱報(bào)警等。

（8）、改造后使用新系統(tǒng)連續(xù)精確給煤實(shí)現(xiàn)了氧化鋅煤耗下降的目標(biāo)，預(yù)計(jì)：氧化鋅煤耗可從2019年1850kg/T下降至1650kg/T，降幅10.81%。

2.3.2 全自動(dòng)給煤計(jì)量裝置生產(chǎn)實(shí)踐數(shù)據(jù)結(jié)果

圖6 2016-2020年改造前噸氧化鋅煤耗情況

以上曲線為未升級(jí)改造裝置前，2016-2020年用改造前統(tǒng)計(jì)的噸氧化鋅煤耗，2020年11月份對給煤裝置進(jìn)行升級(jí)改造投入使用，從下表曲線數(shù)據(jù)可明顯對比出，升級(jí)改造后給煤裝置，煙化爐噸氧化鋅煤耗下降明顯。且經(jīng)過測試階段后，通過對新型給煤裝置的各項(xiàng)工藝參數(shù)以及日常操作的進(jìn)一步完善，降低煤耗效果更加顯著。

圖7 2021年煙化爐噸氧化鋅煤耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

3 研究成果

3.1 工業(yè)化投資情況

見表3。

表3 新型給煤裝置工業(yè)化投資情況表

3.2 社會(huì)效益

該實(shí)踐研究需要增加部分的新型給煤設(shè)備串罐以及配套附屬設(shè)施，其他全部利用現(xiàn)有的生產(chǎn)設(shè)備。通過大量的生產(chǎn)工藝實(shí)踐，調(diào)整控制給煤量等工藝參數(shù)，確保產(chǎn)量、指標(biāo)達(dá)標(biāo)的雙贏情況下，適當(dāng)降低給煤量，降低噸氧化鋅煤耗，達(dá)到節(jié)能降耗、降本增效的目標(biāo)。本次研究成果的應(yīng)用，為實(shí)現(xiàn)煙化爐提高氧化鋅產(chǎn)量指標(biāo)及品質(zhì)，降低噸氧化鋅煤耗提供了經(jīng)驗(yàn)。

3.3 經(jīng)濟(jì)效益

研究實(shí)踐的成功，帶來非常可觀的經(jīng)濟(jì)效益：

（1）實(shí)現(xiàn)給煤全自動(dòng)化，解決了塌煤問題，年節(jié)約塌煤造成的布袋燒損更換成本費(fèi)用30萬元，同時(shí)確保環(huán)保達(dá)標(biāo)，解決了粉煤外溢。

（2）實(shí)現(xiàn)給煤精準(zhǔn)計(jì)量，可有效控制給煤量，噸氧化鋅煤耗完成目標(biāo)值從原先2019年的1850kg/t降低到2020年的1650kg/t，按下降200kg，預(yù)計(jì)年產(chǎn)氧化鋅11400噸計(jì)算，預(yù)計(jì)節(jié)約成本：11400＊200=228萬元。

（3）合計(jì)預(yù)計(jì)綜合效益258萬元/年。

4 結(jié)論

我司通過生產(chǎn)實(shí)踐研究，煙化爐升級(jí)改造的全自動(dòng)給煤計(jì)量裝置，使用后取得預(yù)期效果。解決了塌煤、斷煤、給煤不均勻現(xiàn)象，徹底解決了生產(chǎn)出現(xiàn)的瓶頸問題，充分保障了煙化爐生產(chǎn)的穩(wěn)定順行，而且全自動(dòng)給煤計(jì)量裝置自動(dòng)化程度高、計(jì)量精度高、自動(dòng)進(jìn)行調(diào)速且維護(hù)成本較低。同時(shí)能實(shí)現(xiàn)了噸氧化鋅煤耗大幅度下降，噸氧化鋅從2019年的1850kg/t降低到今年的1352kg/t，節(jié)能降耗、降本增效效果非常明顯，可在同行進(jìn)行推廣。