NRTC爐的設(shè)計與安裝

孔祥輝，謝華有，蔡加武

（江西華贛瑞林稀貴金屬科技有限公司，江西豐城331100）

我國有色冶煉行業(yè)年產(chǎn)多金屬固體廢物超過千萬噸，歷年堆存量達(dá)數(shù)億噸，利用率卻不超過60%。固體廢物堆存不僅占用大量土地，而且其中含有砷、鎘、鉻、鉛等具有高遷移性的重金屬有毒元素，對環(huán)境造成了極大污染和潛在威脅。

為提高電子廢料、低品位雜銅、工業(yè)污泥、工業(yè)廢渣等多源有色固體廢物協(xié)同冶煉原料的適應(yīng)性，進(jìn)一步降低綜合能耗，江西華贛瑞林稀貴金屬科技有限公司（以下簡稱“稀貴公司”）與中國瑞林工程技術(shù)股份有限公司合作研究開發(fā)了NRTC爐富氧側(cè)吹工藝及裝備。通過控制多元氣氛下的梯級反應(yīng)，充分利用電子廢物中有機可燃物的熱值和玻璃纖維，以及多金屬固廢中的造渣元素，完成冶煉過程，實現(xiàn)多源有色冶煉固體廢物無害化處理與資源化利用。

1 NRTC爐工藝簡介

NRTC爐工藝主要是以電子廢料等多金屬固體廢物為原料，通過對稀貴金屬的火法富集，實現(xiàn)電子廢棄物的無害化處理與資源化利用。該工藝是通過控制氧氣、還原煤、送風(fēng)、天然氣等的加入量對NRTC爐內(nèi)的氧化或還原氣氛進(jìn)行調(diào)節(jié)，以滿足冶煉工藝要求的條件。

NRTC爐主工藝流程為原料預(yù)處理—配料—NRTC爐熔煉，產(chǎn)出的粗銅澆鑄后外售，爐渣水淬，煙塵送稀貴系統(tǒng)處理。

爐料從爐頂加料口加入爐內(nèi)，在一次風(fēng)的攪拌下，混合物料在渣層完成造銅造渣反應(yīng)，反應(yīng)生成的熔體在爐內(nèi)分離成粗銅和爐渣。爐體一端設(shè)粗銅虹吸排放口和爐渣溢流排放口。采用NRTC爐排銅口和排渣口環(huán)集煙氣作為二次風(fēng)和三次風(fēng)，二次風(fēng)吹入爐膛內(nèi)空間，三次風(fēng)吹入上部煙道，用于燃燒有機物和可能存在的一氧化碳。NRTC爐產(chǎn)出的煙氣經(jīng)余熱鍋爐回收余熱后，煙氣溫度降至800℃左右，煙氣中的煙塵大量沉降下來。隨后，煙氣進(jìn)入煙氣處理系統(tǒng)，收集的煙塵送入稀貴系統(tǒng)處理。

2 NRTC爐設(shè)計組成

NRTC爐是本工藝的關(guān)鍵設(shè)備。爐體采用固定式矩形爐型，由銅水套、耐火材料和鋼結(jié)構(gòu)組合而成[1-3]。爐體自下而上分為爐缸、爐身、爐頂和煙道4個部分，如圖1所示，采用自然通風(fēng)冷卻型條形基礎(chǔ)，支撐爐體的全部重量。

圖1 NRTC爐示意

2.1 爐缸

爐缸用于存儲分離反應(yīng)產(chǎn)生的粗銅和爐渣分離。爐缸由爐底梁支撐在結(jié)構(gòu)混凝土基礎(chǔ)上，并通過在封閉型爐殼內(nèi)砌筑耐火材料構(gòu)成。底部耐火磚砌筑為斜底結(jié)構(gòu)。在爐缸兩側(cè)爐寬方向設(shè)置若干固定在爐體立柱上的彈簧，在爐長方向設(shè)置上下拉桿形成穩(wěn)定的框架結(jié)構(gòu)；同時考慮渣線區(qū)、銅虹吸口、渣口區(qū)域可能為易損區(qū)，對其采用冷卻銅水套來強化保護(hù)，延長爐缸整體壽命。

爐缸端部設(shè)置渣室，渣室內(nèi)設(shè)有石墨電極保溫。渣室端部設(shè)置2個粗銅排放口、1個渣排放口，排放口可通過墊磚調(diào)整；渣室側(cè)面設(shè)有1個緊急排放口，保證緊急狀況下能及時將爐體熔體高度降到一次風(fēng)口以下，以排空爐內(nèi)熔體。

2.2 爐身

爐身分為反應(yīng)區(qū)和煙氣區(qū)。反應(yīng)區(qū)由銅水套和一次風(fēng)口組成，其中一次風(fēng)口設(shè)置在銅水套組成的反應(yīng)區(qū)兩側(cè)，用于向爐內(nèi)送入富氧。反應(yīng)區(qū)所有銅水套均采用不銹鋼堆焊，避免反應(yīng)區(qū)內(nèi)粗銅與銅水套直接接觸。爐身煙氣區(qū)由便于掛渣保護(hù)的開槽銅水套和二次風(fēng)口組成。通過二次風(fēng)口鼓入的二次燃燒風(fēng)對爐內(nèi)的有機揮發(fā)物和一氧化碳進(jìn)行二次燃燒。整個爐身銅水套通過支撐桿與爐體鋼結(jié)構(gòu)連接。

2.3 爐頂

爐頂采用鋼水套，設(shè)有加料口和排煙口。鋼水套與煙氣的接觸面設(shè)有澆注料。原料從加料口加入，反應(yīng)煙氣由爐頂排煙口排出，進(jìn)入煙道，排煙口兩側(cè)設(shè)置爐門，以便生產(chǎn)操作和開爐。

煙道采用方形結(jié)構(gòu)，耐火磚砌筑，耐火材料重量通過煙道鋼殼的內(nèi)側(cè)托板支撐在煙道鋼結(jié)構(gòu)上，煙道鋼結(jié)構(gòu)通過吊掛梁吊掛在廠房的結(jié)構(gòu)鋼梁上。煙道頂部入鍋爐前采用斜頂結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)能調(diào)整入鍋爐煙氣路線。煙道空間尺寸根據(jù)煙氣流速進(jìn)行核算，保證煙氣在煙道內(nèi)停留時間在2 s以上。煙道下部設(shè)有三次風(fēng)口。煙道出口部位設(shè)置了水冷閘板和事故煙道口，當(dāng)余熱鍋爐處于事故狀態(tài)時，可將煙氣轉(zhuǎn)入環(huán)集系統(tǒng)，不影響鍋爐檢修。

2.4 耐火材料

爐缸主要采用半再結(jié)合鎂鉻磚，渣室渣線位置采用電熔再結(jié)合鎂鉻磚，爐頂采用鎂鉻質(zhì)澆注料，煙道采用直接結(jié)合鎂鉻磚。

3 NRTC爐爐體結(jié)構(gòu)特點

NRTC爐爐體結(jié)構(gòu)特點為：1）水套的安裝與耐火磚的砌筑相互獨立，不受干擾。將煙氣區(qū)結(jié)構(gòu)和爐中段的受力分別轉(zhuǎn)移到爐體立柱上，保證了受力的獨立性，縮短了大修或冷修的時間。2）爐缸區(qū)增加水套，提高了爐缸區(qū)耐火磚的壽命。3）爐體區(qū)為多層單獨水套組合而成，檢修時可單獨更換，勞動強度低，檢修時間短。4）加料口處增加了二次風(fēng)，防止加料口漏煙。5）爐體水套供排水系統(tǒng)由供水主管、單元供水支管、單元回水支管、回水槽、回水主管組成。單元供水支管向該單元水冷元件供水，供水主管上設(shè)置流量計，單元回水支管設(shè)置回水水溫檢測裝置。各冷卻元件根據(jù)冷卻強度大小，采用單元件供水或幾個元件串聯(lián)供水的方式。冷卻元件的所有回水點均設(shè)置水溫檢測和報警系統(tǒng)，可及時掌握各冷卻元件的工作狀況。6）煙道整體吊掛，施工簡單，煙道與爐本體自由膨脹，施工后可不考慮烘爐影響。

4 NRTC爐爐體安裝關(guān)鍵技術(shù)

NRTC爐爐體鋼構(gòu)件、銅水套等規(guī)格數(shù)量多、安裝工程量大，因此確定安裝順序和控制安裝質(zhì)量是關(guān)鍵。

4.1 確定安裝順序

NRTC爐安裝順序為：NRTC爐框架立柱→底梁→爐底板→爐缸鋼結(jié)構(gòu)→側(cè)板→爐體框架三層橫梁安裝→托板→底平水套→1～4層水套安裝→爐頂鋼水套（同時進(jìn)行爐體砌筑）→爐頂煙道安裝（煙道鋼結(jié)構(gòu)、煙道水套）→煙道砌筑→煙道接口水套安裝（同時進(jìn)行風(fēng)口安裝→二次風(fēng)管→NRTC爐其他小件→溜槽安裝）。

4.2 控制安裝質(zhì)量關(guān)鍵技術(shù)

安裝質(zhì)量關(guān)鍵技術(shù)包括:1）找準(zhǔn)定位基礎(chǔ)，在爐體安裝施工前以選定標(biāo)準(zhǔn)立柱為永久柱，標(biāo)定水平、垂直方向，定位爐體中心線及煙道中心線，在此基礎(chǔ)上展開施工。2）為方便運輸和裝配，減少焊接變形，采用適當(dāng)分割部件法，將底梁分為兩片，運至現(xiàn)場后分別進(jìn)行裝配焊接。采用CO2氣體保護(hù)焊焊接工藝對底梁連接部位進(jìn)行焊接，較長焊縫應(yīng)采取分段、多次焊接以減小焊接應(yīng)力和變形量，有效保證底梁的整個水平度和焊接質(zhì)量。3）水平托板安裝前，用紅外線找標(biāo)高線，找到四角拐點，保證側(cè)板頂部與紅外線平齊。如有偏差，在允許誤差范圍內(nèi)可以用火泥進(jìn)行調(diào)整，以保證托板的水平度，并且提前在托板底部加臨時支撐保護(hù)。4）水套安裝前都進(jìn)行試壓試驗和通球試驗，確保水套的安全可靠。預(yù)先將銅水套和水套連接板拼接成整體后再吊裝，立式水套和水套框架組裝完畢后，進(jìn)行尺寸復(fù)測，檢查螺栓孔是否匹配。如有偏差，安裝前提前進(jìn)行修整。5）每層水套施工完成后進(jìn)行找平確認(rèn)，并對水套的支撐桿進(jìn)行滿焊焊接固定。6）砌筑前在爐缸底板上標(biāo)出爐體中心線和煙道中心線，側(cè)板和端板上標(biāo)出鎂鉻搗打料層高度厚度位置、每一層黏土磚高度位置、相應(yīng)的次工作層耐火磚工作層耐火磚高度位置。

5 結(jié)語

多源有色冶煉固體廢物綜合利用是節(jié)能環(huán)保戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，是為我國工業(yè)又快又好發(fā)展提供資源保障的重要途徑，也是解決大宗工業(yè)固體廢物不當(dāng)處置與堆存所帶來的環(huán)境污染和安全隱患的治本之策。本項目開發(fā)的NRTC爐具有原料適應(yīng)性強、投資成本低、環(huán)保效果好的優(yōu)勢。隨著工業(yè)實踐的不斷改進(jìn)，以及設(shè)計理念的創(chuàng)新，NRTC工藝及裝備將更加成熟完善，可大大提升我國電子廢料等多金屬綜合利用工業(yè)整體技術(shù)裝備水平和競爭力。