一種降低轉(zhuǎn)爐低空污染的改造方法

彭志聰，陳 波

（江西瑞林電氣自動(dòng)化有限公司，江西南昌 330038）

轉(zhuǎn)爐是對(duì)冰銅進(jìn)行吹煉操作的冶金設(shè)備。轉(zhuǎn)爐的吹煉過(guò)程就是通過(guò)送風(fēng)系統(tǒng)向爐內(nèi)鼓入空氣，使熔劑加料系統(tǒng)向爐內(nèi)加入的石英石熔劑和冰銅發(fā)生劇烈的氧化反應(yīng)，將冰銅中的硫、鐵和其他雜質(zhì)氧化除去，得到粗銅[1]。轉(zhuǎn)爐工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 轉(zhuǎn)爐工藝流程

由于轉(zhuǎn)爐的間歇性工作性質(zhì)，在轉(zhuǎn)爐爐體轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)出的送停風(fēng)過(guò)程中，由于轉(zhuǎn)爐爐內(nèi)壓力大于爐外壓力，當(dāng)活動(dòng)煙罩打開(kāi)后，會(huì)有大量的煙氣外溢，同時(shí)伴隨熔體噴射，會(huì)造成嚴(yán)重的低空污染[2]。隨著環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，以及在大力倡導(dǎo)節(jié)能降耗的社會(huì)浪潮下，這種轉(zhuǎn)爐低空污染亟待解決。

某大型銅冶煉廠共有3臺(tái)轉(zhuǎn)爐、2臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)。為響應(yīng)國(guó)家清潔生產(chǎn)的號(hào)召，該廠依托江西瑞林電氣自動(dòng)化有限公司在銅冶金行業(yè)的豐富經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，與其反復(fù)研討降低現(xiàn)有轉(zhuǎn)爐低空污染的改造實(shí)施方案，并于2015年8月共同完成實(shí)施。

1 改造方案

改造方案主要從硬件的改造和控制策略的完善兩個(gè)方面進(jìn)行。

1.1 硬件的改造

硬件的改造主要包括：1）將原有活動(dòng)煙罩700 mm半開(kāi)限位開(kāi)關(guān)改成光電開(kāi)關(guān)，提高轉(zhuǎn)爐活動(dòng)煙罩限位開(kāi)關(guān)的可靠性和精確性。2）增加激光測(cè)距儀用于實(shí)時(shí)測(cè)量活動(dòng)煙罩的移動(dòng)位置，通過(guò)控制系統(tǒng)對(duì)活動(dòng)煙罩的提升和下降操作，能夠精確和靈活地控制活動(dòng)煙罩的開(kāi)度。3）在3臺(tái)轉(zhuǎn)爐集中操作臺(tái)上各自增加1個(gè)自動(dòng)停風(fēng)/手動(dòng)停風(fēng)模式轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，用于選擇每臺(tái)轉(zhuǎn)爐送風(fēng)系統(tǒng)的工作模式。

1.2 控制策略的完善

控制策略的完善主要是對(duì)轉(zhuǎn)爐送風(fēng)系統(tǒng)控制策略在自動(dòng)送風(fēng)模式下所做的完善，包含了以下控制策略的完善:

1）轉(zhuǎn)爐回爐操作過(guò)程中，在轉(zhuǎn)爐控制系統(tǒng)上位機(jī)操作界面上，操作一鍵送風(fēng)按鈕后，放空閥自動(dòng)關(guān)閉，等待轉(zhuǎn)爐送風(fēng)壓力升至50 kPa以上，再自動(dòng)打開(kāi)送風(fēng)閥并自動(dòng)檢測(cè)送風(fēng)閥打開(kāi)時(shí)間。若開(kāi)閥超時(shí)或風(fēng)壓＞100 kPa則自動(dòng)打開(kāi)放空閥，確保送風(fēng)過(guò)程安全。

2）轉(zhuǎn)爐回爐操作過(guò)程中，增加轉(zhuǎn)爐活動(dòng)煙罩的移動(dòng)范圍在700～400 mm位置內(nèi)才允許打開(kāi)送風(fēng)閥的聯(lián)鎖；在回爐操作時(shí)，人工操作活動(dòng)煙罩下降至400 mm處自動(dòng)停止1次。

3）轉(zhuǎn)爐傾爐操作過(guò)程中，爐位角度增加至20°時(shí)，活動(dòng)煙罩自動(dòng)提升至400 mm處自動(dòng)停止1次，放空閥自動(dòng)打開(kāi)，送風(fēng)閥在放空閥全開(kāi)到位后延時(shí)2 s，待轉(zhuǎn)爐爐位角度＞60°后自動(dòng)關(guān)閉。

4）轉(zhuǎn)爐在傾爐操作至45°處，需確認(rèn)活動(dòng)煙罩位置是否＞400 mm。若活動(dòng)煙罩位置＞400 mm，轉(zhuǎn)爐繼續(xù)傾爐至60°處再自動(dòng)停止；若活動(dòng)煙罩位置＜400 mm，轉(zhuǎn)爐會(huì)自動(dòng)停止傾爐，待活動(dòng)煙罩位置提升＞400 mm后，轉(zhuǎn)爐才能繼續(xù)傾爐。

2 改造功能的實(shí)現(xiàn)

2.1 轉(zhuǎn)爐回爐實(shí)際運(yùn)行情況

轉(zhuǎn)爐回爐交際運(yùn)行情況如下：1）確認(rèn)滿(mǎn)足送風(fēng)條件后，將轉(zhuǎn)爐回爐操作在60°送風(fēng)位置處停止；2）手動(dòng)關(guān)閉活動(dòng)煙罩，活動(dòng)煙罩在下降至400 mm處后自動(dòng)停止；3）在轉(zhuǎn)爐控制系統(tǒng)上位機(jī)操作界面上將送風(fēng)機(jī)導(dǎo)葉設(shè)置在30%開(kāi)度輸出，進(jìn)行一鍵送風(fēng)操作后，放空閥自動(dòng)關(guān)閉，開(kāi)始迫壓至50 kPa后打開(kāi)送風(fēng)閥（若送風(fēng)迫壓至100 kPa后，送風(fēng)閥仍然未打開(kāi)至全開(kāi)限位，將自動(dòng)打開(kāi)放空閥，送風(fēng)失敗，等待下次送風(fēng)條件），再繼續(xù)回爐操作。4）轉(zhuǎn)爐回爐操作至45°時(shí)，確認(rèn)風(fēng)壓和風(fēng)量達(dá)到設(shè)定值以上，轉(zhuǎn)爐才能繼續(xù)回爐至0°自動(dòng)停止。改造后的轉(zhuǎn)爐送風(fēng)操作流程，如圖2所示。

圖2 改造后送風(fēng)操作流程

2.2 轉(zhuǎn)爐傾爐實(shí)際運(yùn)行情況

轉(zhuǎn)爐傾爐實(shí)際運(yùn)行情況如下：1）在確認(rèn)滿(mǎn)足停風(fēng)條件后，在中控室操作臺(tái)上進(jìn)行傾爐操作，同時(shí)在轉(zhuǎn)爐控制系統(tǒng)上位機(jī)操作界面上操作，將鼓風(fēng)機(jī)入口導(dǎo)葉開(kāi)度降低至5%（為防止送風(fēng)壓力驟降，引起風(fēng)機(jī)喘振，轉(zhuǎn)爐PLC控制系統(tǒng)通過(guò)速率限制器調(diào)節(jié)導(dǎo)葉開(kāi)度）。2）轉(zhuǎn)爐在傾爐操作至20°時(shí)，活動(dòng)煙罩自動(dòng)提升至400 mm中間限位處停止。轉(zhuǎn)爐在傾爐至45°時(shí)判斷活動(dòng)煙罩是否已上升至400 mm位置：若活動(dòng)煙罩已上升至400 mm位置，轉(zhuǎn)爐繼續(xù)傾爐至60°確認(rèn)位停止；若活動(dòng)煙罩未提升至400 mm位置，轉(zhuǎn)爐在45°停止。3）轉(zhuǎn)爐在傾爐操作至20°時(shí)，放空閥自動(dòng)打開(kāi)至全開(kāi)位置。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)發(fā)現(xiàn)放空閥打開(kāi)時(shí)：若送風(fēng)閥閥后風(fēng)壓＜100 kPa，轉(zhuǎn)爐傾爐至60°時(shí)，風(fēng)壓已下降至50 kPa內(nèi)，此時(shí)轉(zhuǎn)爐爐口基本沒(méi)有煙氣溢出；若送風(fēng)閥閥后風(fēng)壓＞100 kPa，轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)至60°時(shí)風(fēng)壓仍＞70 kPa以上，轉(zhuǎn)爐爐口有少量煙氣冒出，此時(shí)轉(zhuǎn)爐爐口冒出的煙氣可通過(guò)環(huán)保煙罩收集。4）放空閥全開(kāi)到位延時(shí)2 s后，且轉(zhuǎn)爐爐位角度傾爐＞60°后，送風(fēng)閥自動(dòng)關(guān)閉。5）如果傾爐過(guò)程中，在事故傾爐角度范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)爐送風(fēng)壓力或送風(fēng)流量下降過(guò)快并且低于安全設(shè)定值后，轉(zhuǎn)爐將事故傾爐至安全位置。改造后的轉(zhuǎn)爐停風(fēng)操作流程，如圖3所示。

圖3 改造后停風(fēng)操作流程

3 效果分析

1）在回爐送風(fēng)過(guò)程中，由于風(fēng)機(jī)房到轉(zhuǎn)爐爐前的送風(fēng)管道的長(zhǎng)度有500多米，存在送風(fēng)滯后問(wèn)題。一鍵送風(fēng)操作后，自動(dòng)關(guān)閉放空閥，等待迫壓至50 kPa，且活動(dòng)煙罩下降至40%左右時(shí)，才自動(dòng)打開(kāi)送風(fēng)閥，在送風(fēng)安全的前提下，縮短送風(fēng)迫壓的等待時(shí)間，同時(shí)使轉(zhuǎn)爐開(kāi)風(fēng)過(guò)程中吹向轉(zhuǎn)爐內(nèi)的冷風(fēng)量最小化，延長(zhǎng)轉(zhuǎn)爐爐磚使用壽命，并降低風(fēng)機(jī)能耗。

2）轉(zhuǎn)爐傾爐過(guò)程中，因放空閥提前打開(kāi)，轉(zhuǎn)爐在轉(zhuǎn)出過(guò)程中風(fēng)壓明顯下降，進(jìn)轉(zhuǎn)爐的風(fēng)量同步明顯下降。這樣使轉(zhuǎn)爐在轉(zhuǎn)出過(guò)程中，向環(huán)集煙道送入的煙氣和向廠房噴射的煙氣明顯減少，源頭上解決轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程中低空污染問(wèn)題。

3）轉(zhuǎn)爐在傾爐過(guò)程中，由于活動(dòng)煙罩是在轉(zhuǎn)爐爐位角度為20°后才開(kāi)始自動(dòng)提升，在傾爐過(guò)程中，大部分煙氣回收至主煙氣管道，進(jìn)入制酸系統(tǒng)。很少部分煙氣在轉(zhuǎn)爐傾爐過(guò)程中進(jìn)入環(huán)境集煙脫硫系統(tǒng)，極少部分煙氣向廠房外溢。實(shí)測(cè)進(jìn)環(huán)集脫硫系統(tǒng)的SO2濃度由改造前的 1 500×10-6～1 600×10-6降低至300×10-6以?xún)?nèi)，環(huán)保效益顯著；同時(shí)增加硫酸產(chǎn)量，大大降低環(huán)集脫硫系統(tǒng)生產(chǎn)運(yùn)行負(fù)荷，增加經(jīng)濟(jì)效益。

4）轉(zhuǎn)爐在傾爐過(guò)程中，放空閥提前打開(kāi)且導(dǎo)葉拉至5%時(shí)，送風(fēng)管道上的風(fēng)壓快速下降，送風(fēng)風(fēng)量也同時(shí)在下降，確保轉(zhuǎn)爐鼓風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)在安全區(qū)，從根本上解決轉(zhuǎn)爐鼓風(fēng)機(jī)在轉(zhuǎn)爐傾爐過(guò)程中的喘振問(wèn)題。同時(shí)在轉(zhuǎn)爐傾爐停風(fēng)過(guò)程中，鼓風(fēng)機(jī)的運(yùn)行電流也提前快速下降，風(fēng)機(jī)的節(jié)能效果十分明顯。

5）改變轉(zhuǎn)爐送風(fēng)、停風(fēng)過(guò)程的手動(dòng)操作模式，開(kāi)啟了轉(zhuǎn)爐送、停風(fēng)一鍵操作的智能模式，降低轉(zhuǎn)爐操作難度，提高了轉(zhuǎn)爐操作的安全性。

4 結(jié)束語(yǔ)

此次改造工程主要是對(duì)轉(zhuǎn)爐送風(fēng)系統(tǒng)控制策略的完善，在硬件上的改造工作量不大，投資小回報(bào)大，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試周期短，便于推廣。通過(guò)此次改造，大大減少轉(zhuǎn)爐送、停風(fēng)過(guò)程中的煙氣外溢，從源頭上降低低空污染，環(huán)保效益和經(jīng)濟(jì)效益顯著，達(dá)到了改造預(yù)期的效果。