閃速爐工藝風機定流量與恒壓力供氣調控試驗及應用*

安志鵬, 王興林, 高桃英, 張軍權, 于 曉

(1.廣西金川有色金屬有限公司，廣西 防城港 538002; 2.金川集團股份有限公司采購供應中心，甘肅 金昌 737100)

0 引 言

廣西金川有色金屬有限公司400 kt/a礦銅冶煉項目于2013年11月30日正式投產，其冶煉工藝采用“閃速爐熔煉+閃速爐吹煉+回轉式陽極爐精煉+殘極傾動爐精煉”的流程。閃速熔煉爐和閃速吹煉爐的核心為反應塔富氧懸浮冶煉技術，其單噴咀所需的富氧工藝風由低壓氧氣和工藝風按一定比例混合后供給。

熔煉工藝風供氣系統設置單臺流量為25 000 m3/h、全壓為25kPa的3臺離心鼓風機和流量為8 000 m3/h、全壓為25 kPa的1臺離心鼓風機，風機采用定流量控制模式，壓力隨流量的變化而增減。熔煉爐生產和短時間停料保溫過程中，由流量為8 000 m3/h、全壓為25 kPa的離心式鼓風機供氣；熔煉爐長時間保溫過程中，由流量為25 000 m3/h、全壓為25 kPa的離心鼓風機供氣。

吹煉工藝風供氣系統設置單臺流量為8 000 m3/h、全壓為25 kPa的2臺離心鼓風機，風機采用定流量控制模式，壓力隨流量的變化而增減。吹煉爐生產和短時間停料保溫過程中，由流量為8 000 m3/h、全壓為25 kPa的離心式鼓風機供氣；吹煉爐長時間保溫過程中，由流量為8 000 m3/h、全壓為25 kPa的離心鼓風機和助燃風機并聯供氣。

自投產以來，混氧閥站前端低壓氧氣管網的平均背壓為38～45 kPa，低壓氧調節閥末端的氧氣壓力為3.8 kPa左右，而工藝風進入混氧閥站的平均供氣壓力為4 kPa左右。一是定流量供氣模式無法實現穩壓供氣，閃速爐在連續高負荷生產狀態下，工藝風流量僅需2 500 m3/h左右，此時工藝風壓力偏低，低壓氧氣壓力或爐膛負壓的波動均會引起氧氣竄向工藝風管網，經常導致閃速爐緊急停料，影響系統的作業率的同時，存在低壓氧氣在工藝風管網內打火自燃的風險。二是工藝風計量采用熱式質量流量計，此類流量計不能檢測介質在管網中的反向流現象，當發生低壓氧氣竄向工藝風管網現象時，會造成操作人員的誤判和誤調控。因此，為了閃速爐工藝風系統的安全、穩定運行，筆者針對低壓氧氣向工藝風系統反竄的問題，通過優化工藝風系統的供氣閥組配置和聯鎖控制方案、研究并修正風機喘振預防手段，實現工藝風系統定流量與恒壓力運行的模式，達到規避低壓氧氣向工藝風系統反竄、提高工藝風系統應急操作可控性的目的，確保系統的安全穩定運行和作業率。

1 “定量恒壓”調節系統

1.1 工藝風管網優化

在混氧閥站前端的工藝風管網上設置旁路系統，主路與旁路末端分別設置切換開關閥組，主路切換開關閥組前端設置流量調節閥組，原設計的工藝風流量放空閥組作為工藝風壓力調節閥組使用。管網優化后，富氧工藝風供氣系統配置詳見圖1。

圖1 富氧工藝風系統配置簡圖1.自潔空氣過濾器 2.離心鼓風機 3.風機防喘振放空閥 4.風機出口止回閥 5.風機出口送風閥 6.壓力調節閥 7.流量調節閥 8.主路切斷開關閥 9.旁通開關閥 10.低壓氧入戶總閥 11.低壓氧放空閥 12.低壓氧管網緊急切斷閥 13.低壓氧調節閥 14.手動調節閥

1.2 風機喘振的預防措施

根據離心式鼓風機的喘振曲線和流量調節閥的最小開度(開度為0%，工藝風流量為0 m3/h)修正壓力調節閥的最小開度(熔煉工藝風壓力調節閥開度為8%、吹煉工藝風壓力調節閥開度為15%)，在修正壓力調節閥最小開度的過程中須確保風機出口壓力不超過23 kPa，此時在壓力調節閥處的放空流量即為喘振流量，避免離心風機出現低流量、高壓力運行的喘振工況。圖2為現有離心鼓風機喘振工況圖。

圖2 現有離心鼓風機喘振工況圖

1.3 聯鎖自控方案

將原設計的熱式質量流量計更換為差壓式，通過數值的正負判斷、流量波動的范圍和控制低壓氧氣壓力，完全實現低壓氧氣向工藝風管網反竄現象的可控性。

計算機上設定工藝風流量后，在流量調節過程中，聯鎖自控系統通過壓力調節閥處的反饋壓力與設定壓力差值計算并自動調整壓力調節閥開度，完全實現風機在定流量運行過程中的恒壓力控制模式。

流量調節閥開關度、主路切斷開關閥與工藝風流量連鎖，當工藝風跟蹤流量降至大幅下降時，監控計算機立即執行關閉鼓風空氣主路切斷閥和流量調節閥的動作。當同時具備低壓氧氣壓力小于工藝風壓力、工藝風設定流量大于0 m3/h和鼓風機運行信號正常的條件后，監控計算機聯鎖打開主路切斷開關閥和流量調節閥，定量恒壓調節系統投入正常聯鎖狀態。旁通開關閥作為主路故障時的介質通道，任何情況下采用手動操作。

2 生產實踐

2.1 工藝風系統作業參數

工藝風系統作業參數如表1所列。根據表1，工藝風設定流量波動小于400 N·m3/h，風機出口壓力上升至15～19 kPa，壓力控制閥末端工藝風壓力可穩定在10.8～12.3 kPa之間，混氧閥站前端工藝風壓力提高至6.5～8.5 kPa。工藝風壓力始終高于低壓氧氣壓力，從根本上杜絕了氧氣向工藝風管網反竄的風險。

工藝風壓力的控制應結合實際爐窯生產狀況，適當進行調整，但調整時須確保離心鼓風機出口壓力不超過23 kPa。

表1 工藝風系統作業參數

2.2 生產過程中自控聯鎖條件與參數設置

當熔煉、吹煉二次風流量設定值低于6 500 m3/h運行時，須由崗位操作人員在監控計算機上將流量調節閥和壓力調節閥投入自動連鎖運行狀態控制。若需要二次風流量高于6 500 m3/h運行時，須由崗位操作人員根據實際需求風量在監控計算機上將流量調節閥和壓力調節閥適時切入手動調節運行狀態進行控制。

當二次風實際跟蹤流量降至200 m3/h以下時，監控計算機立即執行關閉鼓風空氣主路切斷閥和流量調節閥的動作，并進行紅色彈窗報警，報警內容為“二次風異常，請依實情手動調整或停料”，由崗位操

作人員根據各項運行參數進行手動調整二次風量、低于氧量或爐窯停料的操作。

當同時具備以下條件后，由監控計算機聯鎖打開依次主路切斷閥和流量調節閥，流量調節閥和壓力調節閥進入正常聯鎖運行狀態：①低壓氧氣壓力小于8.5 kPa且小于工藝風壓力調節閥前壓力；②二次風設定流量大于200 m3/h；③鼓風機運行信號正常。

3 結 語

工藝風實現定流量與恒壓力的運行控制模式后，當閃速爐出現緊急停料作業、工藝風機跳車或低壓氧氣壓力大幅波動時，可實現快速、準確的應急連鎖處置，有效規避了短暫的低壓氧氣向工藝風管網反竄的現象，杜絕了工藝風機跳車后出現的長時間爐況波動和人員誤操作，大幅度縮短了爐況的波動時間。保證了工藝安全、可控，提高了應急操作的可控性，消除了氧氣進入工藝風管網后帶來的安全隱患。