銅冶煉閃速吹煉余熱鍋爐的改造實踐

陳謝軍， 邵鵬年， 王興林

(廣西金川有色金屬有限公司， 廣西 防城港 538002)

廣西金川有色金屬有限公司40萬t/a礦產(chǎn)銅項目于2013年11月30日正式投產(chǎn)，主工藝采用的是閃速爐熔煉- 閃速爐吹煉- 回轉(zhuǎn)臥式陽極爐精煉- 陽極板電解的流程。閃速熔煉爐和閃速吹煉爐各有1臺余熱鍋爐，用來吸收煙氣中的余熱，降低煙氣溫度并收集煙氣中的煙塵，回收金屬，降低煙氣中的含塵量，進而為后續(xù)工藝創(chuàng)造有利條件。

吹煉余熱鍋爐的型號為QCF40/1290- 49- 6.0，最大蒸發(fā)量49 t/h，蒸汽壓力6.0 MPa，蒸汽溫度276.7 ℃，循環(huán)方式為強制循環(huán)。入口煙氣量為40 000 m3/h，煙氣溫度～1 290 ℃，排煙溫度350±20 ℃。鍋爐全長49.1 m，寬5.43 m，高18.8 m,分為輻射區(qū)與對流區(qū)兩部分，其中輻射區(qū)從喉口部依次安裝有煙氣擋板、輻射管屏Ⅰ、輻射管屏Ⅱ，對流區(qū)從入口依次安裝有煙氣擋板、凝渣管屏Ⅰ、凝渣管屏Ⅱ、第一組對流管束、第二組對流管束、第三組對流管束、第四組對流管束，輻射區(qū)和對流區(qū)底部各有一條寬度為800 mm的刮板機作為煙灰的輸送設(shè)備，刮板機箱體懸掛于鍋爐底部，通過法蘭螺栓連接固定。

自投產(chǎn)以來，由于原料性質(zhì)不穩(wěn)定，含鉛、含砷等高雜原料的處理導(dǎo)致爐況控制難度加大，煙氣條件惡劣，在煙氣通過余熱鍋爐內(nèi)部時鍋爐煙灰黏結(jié)嚴重，并且焦塊硬度很高，清理困難，極大地影響了系統(tǒng)的作業(yè)率。對此，必須要研究如何預(yù)防和減少鍋爐結(jié)焦，提高清焦效率，提高鍋爐對復(fù)雜煙氣的適應(yīng)性，保證鍋爐的安全穩(wěn)定運行。

1 輻射區(qū)煙氣擋板及內(nèi)部管屏的改造

1.1 煙氣擋板

通過對每次結(jié)焦的觀察，發(fā)現(xiàn)輻射區(qū)煙氣擋板黏結(jié)最為嚴重，尤其是兩側(cè)與膜式水冷壁的夾縫處，對煙氣擋板的結(jié)構(gòu)分析論證后，發(fā)現(xiàn)煙氣擋板與兩側(cè)膜式壁的間距過小(寬164 mm)，煙灰由于兩側(cè)都有著力點，容易形成堆積。于是將煙氣擋板兩側(cè)管排向上各切除4 m，缺口處用U型彎頭重新連接，使煙氣擋板與水冷壁間距擴大為612 mm這樣既能保留煙氣擋板的作用，又有效的防止了煙灰的堆積黏結(jié)，具體改造見圖1。

1.2 凝渣管屏

輻射區(qū)煙氣擋板前部加裝一組凝渣管屏，可以降低煙氣溫度，提前使熔融狀態(tài)的煙灰凝固沉降，減少后期煙氣擋板的煙灰黏結(jié)。凝渣管屏結(jié)構(gòu)及安裝示意圖見圖2。

1.3 對流管束拆除

輻射區(qū)加裝凝渣管屏后，鍋爐蒸發(fā)量增大，對流區(qū)出口煙氣溫度從380 ℃下降到360 ℃，溫度下降約20 ℃，對流區(qū)底部及電收塵器內(nèi)部溫度降低，煙灰發(fā)潮，形成酸泥，對鍋爐護板及收塵器內(nèi)部腐蝕加劇，為此將對流區(qū)第二組對流管束拆除，以保證煙氣溫度滿足工藝要求。

圖1 輻射區(qū)煙氣擋板結(jié)構(gòu)

圖2 凝渣管屏結(jié)構(gòu)

1.4 運行效果

通過上述改造，吹煉余熱鍋爐輻射區(qū)煙氣擋板周圍的煙灰結(jié)焦情況得到了明顯改善，煙灰在鍋爐膜式壁折角處黏結(jié)形成柱狀的情況消失，輸灰口堵焦塊的情況明顯減少。但在凝渣管屏處煙灰大量黏結(jié)掉落，使煙灰掉落比較集中，增大了下部格柵的堵塞幾率，使清灰打焦頻次加大，同時也增加了刮板的運轉(zhuǎn)負荷。

2 改造后數(shù)據(jù)分析及效果

根據(jù)爐況反應(yīng)及爐體設(shè)計，煙氣中煙灰由熔融狀態(tài)凝固的溫度在650 ℃，為了準確掌握鍋爐內(nèi)部煙氣的溫度變化情況，為鍋爐內(nèi)部改造提供數(shù)據(jù)支持，在鍋爐兩側(cè)各層關(guān)鍵部位膜式壁鰭片處開孔，加裝熱電偶，通過測量獲得了改造前后整個鍋爐內(nèi)部溫度場的分布，結(jié)合鍋爐結(jié)構(gòu)，分析其中溫度變化趨勢后得到圖3。從圖3看出，改造前：

1)輻射區(qū)入口溫度從800 ℃下降到756 ℃，通過的距離為9.5 m，因為此處沒有管屏等結(jié)構(gòu)，僅靠膜式壁吸收煙氣熱量，則每米溫度下降4.6 ℃，考慮到溫差越大，傳熱越快，輻射區(qū)整體取平均值，如果僅有膜式壁，煙氣每通過1 m，溫度下降約4 ℃。

2)輻射管屏Ⅰ前煙氣溫度為679 ℃，輻射管屏Ⅱ后煙氣溫度為609 ℃，溫度下降70 ℃，兩測點之間的距離為9.4 m，膜式壁的溫降為9.4×4=37 ℃，則每組輻射管屏可以使煙氣溫度下降約16.5 ℃。

根據(jù)以上分析，對余熱鍋爐進行了如下改造。

2.1 拆除凝渣管屏及煙氣擋板

1)溫度變化。凝渣管屏前煙氣溫度為756 ℃，拆除凝渣管屏和煙氣擋板，距離增加了約6.5 m，溫度下降6.5×4=26 ℃，到第一組輻射管屏前煙氣的溫度為730 ℃(比拆除前同一位置溫度升高約57 ℃)，第二組輻射管屏前煙氣溫度為730-16.5-2.8×4≈702 ℃，輻射區(qū)出口煙氣溫度為730-70=660 ℃。

2)改造后的效果。輻射區(qū)無凝渣管屏和煙氣擋板，不存在煙灰黏結(jié)情況，輻射區(qū)前部第三個到第五個小爐門少量掉焦，清焦時間大幅縮短，清焦頻次從每天一次改為每2～3天一次。對流區(qū)入口溫度為660 ℃，與設(shè)計的650 ℃接近，所以對流區(qū)煙灰不存在黏結(jié)情況。

3)改造后不利的影響。在第一組輻射管屏處，煙氣溫度達730 ℃，第二組輻射管屏處煙氣溫度為702 ℃，均高于設(shè)計溫度，煙灰一定會在這兩組管屏位置結(jié)焦，且第一組輻射管屏處結(jié)焦更為嚴重。

煙氣擋板的作用就是改變煙氣流向，使煙氣下移。煙氣擋板拆除后，煙氣流向改變，鍋爐底部的溫度會進一步降低，從目前的330 ℃下降到290 ℃，鍋爐底部小爐門及刮板機的低溫腐蝕會加劇，刮板機使用壽命降低。

2.2 拆除輻射管屏Ⅰ兩側(cè)各兩組管屏

凝渣管屏前煙氣溫度為756 ℃，拆除凝渣管屏、煙氣擋板和輻射管屏Ⅰ，距離增加了約10 m，溫度下降10×4=40 ℃，則到輻射管屏Ⅱ前煙氣的溫度為716 ℃，經(jīng)過輻射管屏Ⅱ，輻射區(qū)出口煙氣溫度為716-16.5-5.9×4≈676 ℃，高于熔融狀態(tài)煙灰凝固點16 ℃，因此輻射管屏Ⅰ不能全部拆除，否則會引起對流區(qū)入口煙灰黏結(jié)，同時為了防止輻射管屏Ⅰ兩側(cè)因與膜式水冷壁的間距過小而積灰，形成焦塊堆積，所以將輻射管屏Ⅰ兩側(cè)各拆除兩組，這樣既能保證對流區(qū)入口煙氣溫度處于650 ℃以下，也能最大可能的使輻射區(qū)內(nèi)部空曠，煙塵除側(cè)壁外再沒有其他附著點，有足夠的空間使煙塵溫度降低，由熔融狀態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)，受重力作用自然下落，不使它有結(jié)焦為塊的可能。

2.3 對流區(qū)加裝兩組對流管束

為保證電收塵器的正常運行，確保其煙氣入口溫度在380 ℃以下，需在對流區(qū)加裝兩組組對流管束。

2.4 改造后效果

改造前、后吹煉余熱鍋爐輻射區(qū)入口及對流區(qū)出口煙氣溫度沒有變化，輻射區(qū)出口煙氣 溫度升高約43 ℃，煙氣擋板拆除后，輻射區(qū)內(nèi)部煙氣流向改變，煙氣直接從頂部通過，導(dǎo)致輻射區(qū)底部刮板機內(nèi)溫度下降約90 ℃，容易形成低溫腐蝕。

本次改造完成后，吹煉余熱鍋爐輻射區(qū)焦塊明顯減少，煙灰均經(jīng)過沉降后通過刮板機運輸，減少停料清焦時間，提升系統(tǒng)作業(yè)率，同時降低人員勞動強度，節(jié)約檢修費用，減少爆破清焦次數(shù)，提高鍋爐使用壽命。

圖3 閃速吹煉余熱鍋爐改造前后溫度場分布折線圖

3 在線清焦

在吹煉爐正常生產(chǎn)過程中，通過提高煙道末端風(fēng)機的負荷，使系統(tǒng)負壓增大，正常保持在-150 Pa,最大提高到-500 Pa，可以正常開啟鍋爐人孔門進行清焦作業(yè)，此時煙氣不會溢出，這樣既能保證鍋爐的正常運行，也能保證系統(tǒng)的高負荷生產(chǎn)。

4 機械清焦

利用機器代替人工進行清焦作業(yè)，雖然破碎的設(shè)備很多，但每種設(shè)備都有特定的應(yīng)用范圍。在某一種場合下性能很好的破碎設(shè)備，如果換到另一種場合可能不好用。因此，針對具體情況正確地選擇破碎設(shè)備很重要。破碎設(shè)備選型時需要考慮的因素是多方面的，主要有:① 破碎物料的種類；② 破碎的方法；③ 操作的難易程度；④ 破碎的效率；⑤ 設(shè)備結(jié)構(gòu)、材料、尺寸、重量；⑥ 價格、使用安全性和壽命等，通過對上述問題的研究，通過網(wǎng)上查資料、咨詢廠家等，了解了風(fēng)動鑿巖機、液壓破碎鎬、風(fēng)鎬、多功能拆除機器人等設(shè)備的性能后，最終選用了GTC15D型多功能拆除機器人做為機器清焦的首選工具，拆除機器人是一種電動驅(qū)動，用于高危環(huán)境下具有精細化作業(yè)能力的新型高科技裝備。該設(shè)備采用小型履帶運動底盤為載體，具有體積小、遙控指揮的優(yōu)勢，前端可以快速配置多種液壓錘，可以在高溫、高粉塵、易坍塌的危險區(qū)域中靈活地進行全方位遙控的破碎作業(yè)，具有環(huán)境適應(yīng)性強、作業(yè)范圍廣、操作靈活方便、工作安全可靠等優(yōu)點。履帶式工程機器人結(jié)構(gòu)示意圖見圖4。

將破拆機器人使用到鍋爐清焦工作后，智能破拆機器人協(xié)助人工打焦，提高清焦效率3～5倍。

1.蛙式支腿; 2.電動控制閥; 3.護罩配重; 4.大臂; 5.二臂; 6.三臂; 7. 作業(yè)屬具(SB202液壓錘); 8.回轉(zhuǎn)裝置; 9.伸縮式行走裝置; 10.液壓油箱; 11.六聯(lián)閥; 12.回轉(zhuǎn)馬達; 13.四聯(lián)閥; 14.散熱器; 15.電器; 16.電機; 17.齒輪箱; 18.主泵圖4 履帶式工程機器人結(jié)構(gòu)示意圖

5 結(jié)語

余熱鍋爐在銅冶煉系統(tǒng)中起到降低煙氣溫度，回收煙氣熱量，降低煙氣含塵量的作用。余熱鍋爐的運行是否平穩(wěn)直接影響銅冶煉主流程的作業(yè)率。因為有色金屬冶煉工藝的特殊性，煙氣的復(fù)雜性和多樣性，余熱鍋爐面臨積灰、腐蝕、磨損、漏風(fēng)等相關(guān)困擾。鑒于上述情況，如何能夠優(yōu)化鍋爐設(shè)計結(jié)構(gòu)，增強對復(fù)雜煙氣的適應(yīng)性，減少鍋爐結(jié)焦，提高銅冶煉主流程的作業(yè)率，從而降低生產(chǎn)成本，還需在生產(chǎn)實踐中不斷探索研究，不斷改進。