煙氣導向式雙室熔煉爐的產業化設計

陳艷梅，白 樺（長沙有色冶金設計研究院有限公司，湖南長沙 410011）

煙氣導向式雙室熔煉爐的產業化設計

陳艷梅，白 樺
（長沙有色冶金設計研究院有限公司，湖南長沙 410011）

以某廠年處理10萬t廢鉛酸蓄電池為例，對用來處理廢鉛酸蓄電池的煙氣導向式雙室熔煉爐進行了冶金計算與設計，發現雙室熔煉爐能最大限度地將燃料燃燒產生的煙氣熱量用于物料的熔煉過程，理論計算雙室熔煉爐較傳統反射爐熱利用率提高了28%。

雙室熔煉爐；鉛酸蓄電池；熱利用率

隨著經濟的發展，鉛的生產與消費數量日益增長，特別是電力、汽車、計算機等行業的高速發展，制造鉛酸蓄電池的用鉛量約占鉛總消耗量的75%以上，而國內鉛酸蓄電池總質量的60%～64%為鉛［1］，根據《十二五再生有色金屬產業發展計劃》，大量廢舊蓄電池需要返回再生冶煉，二次回收利用鉛。雖然再生鉛工業在我國已初步形成，但其技術水平不高、裝備水平落后。許多廠家采用傳統的燒結鼓風爐、水套爐、小型反射爐和土爐窯進行冶煉，造成資源得不到合理的利用，金屬回收率低，能耗高，環境污染嚴重。

1 煙氣導向式雙室熔煉爐的設計

筆者所在單位受國內某廠的委托，對該廠每年處理10萬t廢鉛酸蓄電池項目進行設計。根據該廠提供的資料，進行物料平衡和熱平衡計算。通過物料平衡計算，確定本項目采用40 m2煙氣導向式雙室熔煉爐（以下簡稱雙室爐）進行再生鉛的回收，每個室的床面積為20 m2。

1.1 煙氣導向式雙室熔煉爐的物料平衡與熱平衡計算

雙室爐的工藝過程為間斷作業，工作制度為300 d／a，每天熔煉2爐；燃燒制度：天然氣全氧燃燒。以此作為計算依據，計算出雙室爐生產時的煙氣量為4 850 m3／h，每年處理10萬t廢鉛酸蓄電池的熱平衡見表1。

通過熱平衡計算，確定雙室爐的每個室配2個全氧燒嘴。

1.2 煙氣導向式雙室熔煉爐的整體結構設計

雙室爐的整體結構設計是以冶金計算結果［2］及操作制度、燃燒制度為依據，整體結構設計（如圖1所示）和工藝口的設置如下：

1.雙室爐隔墻中間設有管式水套，水套上布置銷釘固定搗打澆注料，搗打料外側砌筑耐火材料。要求水套的出水溫度≤45℃，增加中間隔墻的壽命和生產的安全性。

2.雙室爐每個室在爐頂設有兩個0.7 m×0.7 m的加料口，而且每個室的加料口的位置，應便于從工作門及時撥平爐料，以防爐料堆積。爐蓋采用自動液壓結構，減小作業強度，提高裝備水平。

3.雙室爐每個室長7.5 m，寬2.8 m，配2個全氧燒嘴。天然氣與純氧通過噴嘴高速射入爐膛，彌散分布于爐膛各個部位，這種漫射燃燒過程能在爐膛形成一種非常均勻的加熱體系，形成足夠高而又均勻的爐溫，加速爐料的熔化和冶煉，又可避免出現局部高溫燒壞爐襯，從而提高爐子的使用壽命。

4.雙室爐每個室設計一個渣和液態金屬共同放出口，放出口截面上大下小（見圖1），渣從放出口上部放出，液態鉛從下部放出口流出，下部放出口的大小可根據鉛液面的高低不同而進行調整，避免前期放鉛時壓力過大破壞放出口砌體和“溢鉛”事件的發生。

5.采用“窄口式”煙道，加長煙氣在爐內停留時間。天然氣燃燒產生的高溫煙氣在爐膛內停留時間越長，煙氣余熱利用得越充分，煙氣帶走熱越少，熱利用率越高。通過計算，確定雙室爐煙氣出口流速大約為6 m／s，煙道出口面積0.84 m2。

圖1 煙氣導向式雙室熔煉爐示意圖

1.3 煙氣導向式雙室熔煉爐的節能設計

由圖1可知，燃料在A室發生純氧燃燒產生的高溫煙氣，通過隔墻到達B室。一方面，約1 000℃高溫煙氣在爐內的停留時間增加，高溫煙氣輻射B室的物料，可將待熔物料加熱到800～900℃［2］，二次利用了煙氣余熱。雙室爐預熱單位質量物料，比普通不進行爐料預熱的爐子相比總熱耗減少了約28%，對比結果見表2；另一方面，煙氣中的塵會隨著煙溫的降低和與B室待熔物料的接觸而得到部分沉降，從而降低煙氣含塵量，只需稍加冷風稀釋降溫，就可進入布袋收塵。

表2 雙室爐純氧燃燒煙氣輻射節能對比

1.4 煙氣導向式雙室熔煉爐的砌體設計

雙室爐的下部為鉛層和渣層，其中渣層溫度為1 300℃，鉛液溫度為1 000℃，要求爐缸砌體除耐高溫、耐堿性渣等特性外，還要求防渣、鉛沖刷和滲漏等特性，因而下部熔體區耐火材料的選擇是雙室爐砌體設計的要點。為此下部熔體區選用具有優良防磨損和抗金屬侵蝕的半再結合鎂鉻磚和高鋁磚作為主要耐火材料，而且為防止反拱浮底和保證砌體的整體性，要求熔體區錯縫和半壓拱砌筑。

雙室爐的上部為煙氣區，該區域的為純氧燃燒煙氣，溫度較高，最高可到2 000℃，因此煙氣區選用具有良好抗熱振性和煙氣波動性的改性高鋁磚，而純氧燒嘴采用異形組合燒嘴磚。

無論是煙氣區還是熔體區，都設計了分散式和集中式膨脹縫。而且在雙室爐的工作層耐火材料和殼體之間，設置了相對較厚的燒結鎂砂作為中間層，以緩沖耐火材料和爐殼之間的熱膨脹的不同，同時燒結后的鎂砂澆筑料可以與滲出的鉛液形成凝固層，以保護殼體。

2 結 語

由于煙氣導向式雙室熔煉爐特殊的爐體結構，使得其可以反復利用高溫煙氣，加速了熔化和冶煉速度，與傳統反射爐相比，熱利用率提高了28%。加之采用全氧燃燒技術，煙氣量少，溫度低、含塵低，可不進行余熱利用（理論計算每小時產蒸汽≤1 t），為業主節省前期投資，成為熔煉廢鉛酸蓄電池-再生鉛適宜而經濟的爐型。

［1］ 李敏，劉毅，朱東方，等.廢舊蓄電池中再生鉛資源的回收利用［J］.河南化工，2012，29（4）：25-27.

［2］ 《有色冶金爐設計手冊》編委會.有色冶金爐設計手冊（第1版）［M］.北京：冶金工業出版社，2000.

［3］ 李陽，白樺.煙氣導向式雙室熔煉爐［J］.有色金屬設計，2014，41（4），32-34.

Industrial Design of Flue-Gas Oriented Smelting Furnace with Double Rooms

CHEN Yan-mei，BAIHua
（Changsha Engineering＆Research Institute Ltd.of NonferrousMetallurgy，Changsha 410011，China）

Taking the flue-gas oriented smelting furnace with double rooms which smelt 100 kt／a used lead-acid battery in a company as an example，it can make maximum use of heat from the fuel for the smelting process by designing and calculating.It provides that flue-gas oriented smelting furnace with double rooms has a distinct improvement in utilization of heat energy that can raise about28%.

smelting furnace with double rooms；lead-acid battery；utilization of heat energy

TF806.2

A

1003-5540（2016）01-0047-03

2015-09-17

陳艷梅（1985-），女，工程師，主要從事有色冶金爐窯的設計與研究工作。