預(yù)熱式天然氣熱風(fēng)爐在預(yù)干燥生產(chǎn)中的應(yīng)用

郭泰山

（江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

貴溪冶煉廠（以下簡稱“貴冶”）精礦預(yù)干燥系統(tǒng)原有熱風(fēng)爐以塊煤為燃料，但是隨著環(huán)保要求的越來越嚴(yán)格，燃燒塊煤提供熱源技術(shù)，越來越難以滿足現(xiàn)代企業(yè)環(huán)保要求。2015 年10 月和2016年1 月，貴冶分別對(duì)原有熱風(fēng)爐進(jìn)行了天然氣替代改造。在滿足環(huán)保要求，改善現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境方面，取得了良好的效果。

2 燃煤熱風(fēng)爐工作原理

貴冶精礦預(yù)干燥系統(tǒng)原有熱風(fēng)爐分別于1985年12 月、2000 年6 月正式投入使用，為干燥回轉(zhuǎn)窯提供熱源的設(shè)施，磚砌體結(jié)構(gòu)，外形尺寸10780×4524×9210mm，其內(nèi)部配置了上海鍋爐廠設(shè)計(jì)制造的20T/Hr 標(biāo)準(zhǔn)鍋爐排，此爐排是一種機(jī)械化的鍋爐層式燃燒設(shè)備，通過加煤斗進(jìn)行自動(dòng)落煤，然后勻速進(jìn)入燃燒室。爐排內(nèi)部燃燒采用分段送風(fēng)，助燃風(fēng)由風(fēng)機(jī)送入分室，通過調(diào)節(jié)閥分別進(jìn)入爐排下的風(fēng)倉，然后通過爐排穿過煤層。煙煤里的揮發(fā)份首先逸出，固定碳在鏈條爐排［2］上與空氣充分接觸并產(chǎn)生高溫?zé)煔?，?jīng)過稀釋風(fēng)的摻混中和至所需溫度的熱煙氣后再經(jīng)上升煙道至回轉(zhuǎn)窯中干燥精礦。燃盡煤渣從爐排的另一端排出到出渣機(jī)［3］，經(jīng)自動(dòng)刮板機(jī)送出。

3 天然氣替代改造

替代改造選用的是湖南岳陽遠(yuǎn)大熱能設(shè)備有限公司生產(chǎn)的，YDRFL-1000 型預(yù)熱式高效熱風(fēng)爐，由爐體、助燃風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)風(fēng)機(jī) （稀釋風(fēng)）、內(nèi)環(huán)流補(bǔ)風(fēng)閥、補(bǔ)風(fēng)閥、出煙管、防爆閥、燃燒器、燃?xì)忾y組儀表和燃燒電氣控制系統(tǒng)等部件組成。

3.1 工作原理

通過鼓風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的具有一定風(fēng)壓和風(fēng)量的空氣經(jīng)螺旋預(yù)熱風(fēng)道預(yù)熱后，分別進(jìn)入燃燒器和內(nèi)環(huán)流補(bǔ)風(fēng)閥，形成助燃空氣和霧化空氣。助燃空氣經(jīng)燃?xì)鉅t端面裝的內(nèi)環(huán)流補(bǔ)風(fēng)閥進(jìn)入爐膛輔助燃燒，通過調(diào)節(jié)內(nèi)環(huán)流補(bǔ)風(fēng)閥可以起到調(diào)節(jié)助燃空氣量，使天然氣與助燃空氣量配比準(zhǔn)確的作用。在采用多頭內(nèi)混與風(fēng)散相結(jié)合方法的高效燃燒器內(nèi)，霧化空氣［4］與天然氣分兩次混合，霧化空氣與天然氣充分混合后在燃燒器內(nèi)著火燃燒，形成錐形火焰后噴射至爐膛進(jìn)行充分燃燒，并產(chǎn)生700-1200℃高溫?zé)釤煔?，?jīng)過稀釋風(fēng)的摻混中和至所需溫度的熱煙氣后再經(jīng)上升煙道進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯中干燥銅精礦。

圖1 預(yù)熱式天然氣熱風(fēng)爐結(jié)構(gòu)圖

3.2 燃料系統(tǒng)

（1）燃?xì)庀到y(tǒng)：在供氣管路上安裝流量控制閥、壓力開關(guān)、氣動(dòng)安全閥、安全排空閥、壓力表等。流量控制閥均配備信號(hào)閥門開度發(fā)信器，根據(jù)負(fù)荷信號(hào)自動(dòng)調(diào)節(jié)燃?xì)饬髁?，并在顯示屏上顯示；壓力開關(guān)用來控制供氣管路內(nèi)燃?xì)獾膲毫?，使之不至于過高或過低；雙安全關(guān)斷閥通過壓縮空氣切換通斷，起安全保護(hù)作用，氣動(dòng)排空閥根據(jù)燃燒器啟/停信號(hào)，在壓縮空氣作用下自動(dòng)關(guān)閉或打開，實(shí)現(xiàn)安全保護(hù)功能。

（2）空氣系統(tǒng)：助燃風(fēng)機(jī)輸出空氣沿風(fēng)道到燃燒器參與燃燒，通過4～20mA 模擬量信號(hào)調(diào)節(jié)燃燒器風(fēng)門機(jī)構(gòu)來控制助燃空氣流量，從而調(diào)節(jié)燃燒器負(fù)荷；空氣壓力開關(guān)在此處檢測空氣壓力，使之不至于過低。二次風(fēng)風(fēng)機(jī)輸出空氣到熱風(fēng)爐與高溫?zé)煔饣旌?，最終使熱風(fēng)爐出口煙氣溫度滿足精礦預(yù)干燥要求。

（3）煙氣系統(tǒng)：熱風(fēng)爐高溫?zé)煔獬隹谔幣涮琢艘粋€(gè)K 型熱電偶［5］，參與溫度控制。同時(shí)爐膛控制微負(fù)壓，確保高溫?zé)煔鈴臓t膛順利排出，避免發(fā)生煙氣倒流。

3.3 燃燒控制系統(tǒng)

（1）熱風(fēng)爐點(diǎn)火/燃燒控制：根據(jù)點(diǎn)火時(shí)序邏輯和燃燒負(fù)荷調(diào)節(jié)信號(hào)進(jìn)行點(diǎn)火/燃燒控制，其控制方式有自動(dòng)和手動(dòng)兩種模式, 在現(xiàn)場切換成遠(yuǎn)端控制時(shí)中央控制室能獨(dú)立控制、監(jiān)視運(yùn)行。調(diào)節(jié)方式為電子比例調(diào)節(jié)，通過熱電偶給出的溫度信號(hào)，PLC 經(jīng)過內(nèi)部計(jì)算給出4～20mA 信號(hào)控制燃?xì)饬髁靠刂崎y和風(fēng)門執(zhí)行機(jī)構(gòu)，進(jìn)而達(dá)到連續(xù)比例調(diào)節(jié)負(fù)荷的目的。

圖2 天然氣管路結(jié)構(gòu)布局及控制流程圖

（2）熱風(fēng)爐熱風(fēng)的溫度控制：以熱風(fēng)溫度為主控對(duì)象，燃料流量、助燃空氣量、冷卻風(fēng)量為被控對(duì)象，以上四者組成熱風(fēng)爐的負(fù)荷控制系統(tǒng)。熱風(fēng)爐爐膛出口設(shè)有1 個(gè)K 型熱電偶，用于測量混合后的煙氣溫度，當(dāng)熱風(fēng)爐的熱負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，熱風(fēng)溫度也跟著變化，通過溫度控制器給出信號(hào)到PLC，PLC 發(fā)出指令調(diào)節(jié)燃料流量控制閥，從而使燃料流量跟蹤熱負(fù)荷作相應(yīng)改變，并通過事先設(shè)定好的燃料、助燃空氣函數(shù)配比關(guān)系控制助燃空氣量。同時(shí)通過冷卻風(fēng)風(fēng)道上的調(diào)節(jié)風(fēng)門對(duì)冷卻風(fēng)流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)K 型熱電偶檢測出熱風(fēng)爐出口熱風(fēng)溫度高于生產(chǎn)要求溫度時(shí)，操作工通過調(diào)節(jié)風(fēng)門增大二次風(fēng)流量，反之，則減小二次風(fēng)風(fēng)流量。

4 開爐點(diǎn)火與停爐熄火

4.1 開爐點(diǎn)火

點(diǎn)火前檢查主燃?xì)夂忘c(diǎn)火燃料壓力、成分，使其符合操作要求，檢查電、氣、液動(dòng)設(shè)備，確認(rèn)其處于正常開機(jī)狀況，確保設(shè)備一切完好，處于正常待機(jī)狀態(tài)。然后根據(jù)工藝要求，設(shè)置好相應(yīng)參數(shù)，啟動(dòng)稀釋風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)及相關(guān)設(shè)備。打開燃?xì)夤苈飞系目傞y，煙道蝶閥開啟至最大位置。按燃燒器啟動(dòng)，設(shè)備自動(dòng)進(jìn)入程序運(yùn)行狀態(tài)，其設(shè)備正常運(yùn)行程序如下：

（1）吹掃程序開始，鼓風(fēng)機(jī)、稀釋風(fēng)機(jī)頻率開大（引風(fēng)機(jī)也需要相應(yīng)開到最大）對(duì)爐膛進(jìn)行吹掃，主要作用是排除爐膛及后續(xù)設(shè)備里面的可燃?xì)怏w，以免點(diǎn)火時(shí)有爆爐意外。

（2）安全切斷閥組自動(dòng)進(jìn)行內(nèi)部檢漏，確認(rèn)閥門沒有泄漏，達(dá)到要求后進(jìn)入點(diǎn)火程序。

（3）吹掃（5～10 min）程序結(jié)束、閥門無泄漏后鼓風(fēng)機(jī)頻率降低，稀釋風(fēng)機(jī)頻率相應(yīng)變化確保爐膛壓力在正常點(diǎn)火工作壓力，點(diǎn)火器、點(diǎn)火電磁閥啟動(dòng)，點(diǎn)火槍著火工作，火焰檢測器啟動(dòng)。當(dāng)火焰檢測器［6］檢測到點(diǎn)火槍工作正常后，主燃?xì)忾y門（安全切斷閥）［7］自動(dòng)開啟，調(diào)節(jié)閥逐步緩慢開大，此時(shí)燃燒器著大火燃燒，鼓風(fēng)機(jī)頻率相應(yīng)增加，程序根據(jù)燃?xì)饬髁看笮∽詣?dòng)調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)頻率配入相應(yīng)比例燃燒空氣。

（4）根據(jù)工藝需要，對(duì)出口溫度或者尾氣溫度進(jìn)行目標(biāo)控制，自動(dòng)來調(diào)整燃?xì)庳?fù)荷來達(dá)到控溫目的（可選擇手動(dòng)）。

如點(diǎn)火不成功，或途中熄火，火焰信號(hào)丟失，程序自動(dòng)關(guān)閉燃?xì)忾y門，并報(bào)警，風(fēng)機(jī)頻率開大進(jìn)行吹掃工作。

4.2 停爐熄火

首先，按下熄火按鈕，自動(dòng)關(guān)閉燃?xì)忾y，關(guān)小風(fēng)量5～10 min 后，根據(jù)工藝需求再確定停止風(fēng)機(jī)運(yùn)行。其次閉燃?xì)饪傞y。關(guān)好電源，檢查設(shè)備各部件工況。最后，結(jié)束熱風(fēng)爐工作。

圖3 開爐點(diǎn)火與停爐熄火流程圖

5 實(shí)施效果

熱風(fēng)爐工藝優(yōu)化后，相關(guān)環(huán)保排放指標(biāo)得以提升，現(xiàn)場環(huán)境和勞動(dòng)強(qiáng)度都得到相應(yīng)改善，具體表現(xiàn)如下：

（1）環(huán)保指標(biāo)得以大幅提升。

改造后，各項(xiàng)環(huán)保排放指標(biāo)得到較大程度提升，特別是月均煙氣SO2濃度指標(biāo)得以大幅提升。同比改造前，月均煙氣SO2濃度下降了78.04%，月均煙氣粉塵濃度下降34.85%。兩項(xiàng)關(guān)鍵環(huán)保指標(biāo)均得到優(yōu)化控制。

（2）現(xiàn)場環(huán)境得以大幅改善。

熱風(fēng)爐天然氣改造后，現(xiàn)場環(huán)境得以大幅改善，特別是爐窯區(qū)域作業(yè)環(huán)境，發(fā)生了根本性改變，燃煤燃燒時(shí)的粉塵污染情況得以徹底扭轉(zhuǎn)。

貴冶預(yù)干燥系統(tǒng)熱風(fēng)爐進(jìn)行天然氣改造后，得益于改造后熱風(fēng)爐無需進(jìn)行保溫作業(yè)，避免了干燥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的精礦物料過干現(xiàn)象的出現(xiàn)，相關(guān)的下道工序皮帶崗位粉塵濃度，均較改造前有明顯的降低。