燒結煙氣出口壓力對生產過程的影響實踐

滕國剛

（白銀有色集團股份有限公司第三冶煉廠，甘肅 白銀 730900）

某廠采用“ISP”工藝冶煉鉛鋅，該方法的第一步是鼓風燒結焙燒，主要目的是氧化脫硫，并使粒度較小的精礦燒結成塊，得到具有多孔和一定強度的燒結塊。這個過程中需盡可能的提高煙氣中SO2的濃度，以利于制酸，同時力求富集原料中易揮發的有價金屬，以便于綜合和回收。燒結焙燒過程非常復雜，但基本原理是：將制備好的爐料送入燒結機，點火加熱到1050℃～1150℃，在有氧氣參與的情況下，物料中的金屬硫化物便發生氧化反應，生成金屬氧化物和二氧化硫，其反應式為：2MeS+3O2=2MeO+2SO2+Q。該反應是放熱反應，產生的熱量足夠使焙燒過程的一切反應繼續進行，不需要加任何燃料，另外各種金屬氧化物也會部分相互反應，生成各種復雜鹽類，其中鉛的硅酸鹽和亞鐵酸鹽熔點較低，在燒結焙燒過程中起粘結作用，將脫硫后的氧化物料粘結成具有一定強度、硬度和孔隙度的燒結塊。

近年來該廠鼓風爐核心工藝改造后，鼓風爐燒結塊處理量逐年增加，燒結塊產量提升勢在必行，但是在燒結正常生產工藝條件下煙氣出口壓力較工藝技術控制標準微負壓差距逐年升高，最高達到500Pa以上。2008年技改以來該廠硫酸系統已運行長達近12年之久，電收塵運行維護跟近難度較大造成收塵效率下降，大量含塵煙氣進入后部系統，日積月累造成各部塔體、管路等堵塞，正常生產時系統整體抽力不足，造成燒結煙氣出口壓力在長期處于400Pa以上，2020年5月份通過年度檢修，全面梳理檢修硫酸系統設備設施，疏通各工藝塔體、管道等設施，年度檢修結束恢復生產后，燒結煙氣出口壓力大幅降低，最好水平達到50Pa，燒結生產控制條件得到進一步改善，燒結塊產量、精礦處理量均不同程度提高。因此通過選取檢修前2020年4月1日至4月6日和檢修后2020年9月15日至9月20日兩個正常燒結生產周期數據進行研究、對比、分析燒結機煙氣出口壓力對燒結生產過程控制和燒結塊產量的影響，制定改善維護措施，穩定燒結過程控制條件，從而進一步提高燒結塊產量，滿足鼓風爐生產需要。

1 燒結機操作控制條件分析

1.1 燒結機風機壓力控制分析

燒結焙燒過程需要氧氣的參與，因此燒結機的供風十分關鍵。燒結機供風主要考慮焙燒過程能否均勻順利進行以及環保因素等。目前燒結機供風形式有兩種，一種是直接鼓入新鮮空氣，另外一種是返煙。所謂返煙，是將燒結機部分低濃度SO2煙氣通過收塵后鼓入燒結機參與焙燒，生產實踐中燒結機供風一般同時采用兩種形式。燒結風機壓力在很大程度上能表征出燒結焙燒過程的好壞，通常正常生產情況下，鼓風機壓力越高說明整體床層壓力高，焙燒效果不理想，相反風機壓力越小，焙燒效果越理想（特殊非正常生產情況除外）。

從表1、2對比可以看出，2020年大修檢修恢復生產后，燒結煙氣出口壓力較檢修前平均下降255.50Pa，在相同鼓風總量前提下，燒結機1-3號風機鼓風壓力平均下降195～337Pa，因此可以判斷燒結煙氣出口壓力大小與燒結鼓風壓力在一定條件下成正比關系，煙氣出口壓力越高相應鼓風壓力在同等條件下也越高，因此較高的煙氣出口壓力就會造成燒結過程有效鼓風量較低，漏風率增加，從而影響燒結焙燒過程。

表1 4月1日-4月6日燒結風機壓力控制表

表2 9月15日-9月20日燒結風機壓力控制表

1.2 燒結機穿點溫度控制分析

床層溫度是指燒結機料層中的實際溫度（也稱料層溫度）。床層溫度在燒結機的不同位置及料層的不同高度均不相同，在燒結過程中，鉛和鐵的硫化物容易氧化，但硫化鋅的氧化則較困難，因而燒結過程中要有較高的溫度才能使硫脫除。有關研究表明，溫度較低時ZnO的晶格化過程也不能發生，因此，控制較高的床層溫度對燒結過程的脫硫和提高燒結塊強度是很必要的。床層溫度通常是難測定的，一般通過床層阻力和煙氣溫度來判斷，床層溫度高，熔融液相層厚，床層阻力相應增加。

大修前期機尾煙氣溫度長期制約燒結生產工藝條件控制，由于機尾溫度過高造成收塵器布袋頻繁燒損，一方面尾氣排放顆粒物超標，另一方面布袋更換勞動強度大且布袋成本較高，因此大修前期控制燒結機尾部煙氣溫度在180℃以內，造成燒結機車速、精礦處理量、鼓風量等操作條件受限，燒結機產能無法進一步釋放提升。從表3、4對比可以看出，煙氣出口壓力由大修前平均434.17 Pa下降至大修后178.67Pa后，穿點溫度整體提高32℃～51℃，燒結焙燒效果明顯好轉，相反機尾煙氣溫度則下降20℃，很大程度上拓寬了燒結機操作條件，為燒結機產能提升提供了前提和保障，主要原因還是隨著系統抽力提高，煙氣出口壓力下降后，大量的高溫高濃度二氧化硫煙氣通過工藝管道進入硫酸系統。

表3 4月1日-4月6日燒結機穿點溫度

表4 9月15日-9月20日燒結機穿點溫度

2 燒結生產效果分析

2.1 垂直燒結速度分析

垂直燒結速度是指爐料從開始燃燒到燒穿點出現，燒穿料層的平均速度，就是料層厚度除燒結焙燒時間之商，而焙燒時間是指點火到燒穿點的有效長度除以小車運行速度。在生產生產實踐中，通常是根據垂直燒結速度的大小來確定小車的速度，而小車的速度又決定著燒結機處理量和燒結塊產量，因此垂直燒結速度在燒結過程環節十分重要，在其它條件不發生變化的前提下，研究煙氣出口壓力變化對垂直燒結速度的影響十分必要。下面選取檢修前2020年4月1日至4月6日煙氣出口壓力≥400Pa和檢修后2020年9月15日至9月20日煙氣出口壓力≤200Pa正常燒結生產周期數據進行對比分析研究。

（1）4月1日至4月6日燒結正常生產平均燒穿點溫度在13#風箱，因此依據表2-1數據可計算的垂直燒結速度：

V1=h×v1/L1

=420×1.03/38.5

=11.24mm/min

（h：料層厚度，v：小車速度，L：點火到燒穿點小車運行的距離）

（2）9月15日至9月16日燒結正常生產平均燒穿點溫度在12#風箱，因此依據表2-1數據可計算的垂直燒結速度：

V2=h×v2/L2

=420×1.18/35.5

=13.96mm/min

（h：料層厚度，v：小車速度，L：點火到燒穿點小車運行的距離）

從以上計算結果可以得出，煙氣出口壓力≤200Pa時的垂直燒結速度比煙氣出口壓力≥400Pa的垂直燒結速度快2.72 mm/min，因此煙氣出口壓力的大小直接影響垂直燒結速度，主要原因是煙氣出口壓力下降后，燒結鼓風壓力相應下降，有效鼓風量提高，空氣向料層運動的速度加快，同時接觸面積也增大，垂直燒結速度則相應提高。

2.2 精礦處理量及燒結塊產量

從表5和表6數據計算可得出，4月1日至4月6日燒結機小時產塊產量平均為673.66/24=28.07噸/小時，9月15日至9月20日燒結機小時產塊產量平均為716.33/24=29.85噸/小時。

表5 4月1日至4月6日燒結生產效果數據

表6 9月15日至9月20日燒結生產效果數據

從圖1可以直觀的看出，在正常生產周期內，煙氣出口壓力≤200Pa時燒結機精礦處理量和小時塊產量明顯高于煙氣出口壓力≥400Pa時的生產周期，計算可得燒結機小時塊產量平均提高1.78噸/小時，精礦處理量平均提高2.36噸/小時。

圖1 精礦處理量及燒結塊產量

3 結論及措施

通過選取兩個燒結生產相對穩定，燒結煙氣出口壓力變化較為明顯的生產階段，對燒結生產過程控制、精礦處理量、燒結塊產量等生產要素進行對比分析，得出燒結煙氣出口壓力大小直接影響燒結焙燒過程反應速度，影響燒結塊產量和精礦處理量的提升，燒結煙氣出口壓力越高對生產流程影響越大，相反煙氣出口壓力越接近工藝標準微負壓越有利于燒結過程控制和燒結塊產量的提高。

控制燒結煙氣出口壓力接近工藝控制標準，必須堅持以下措施：

（1）保證硫酸系統風機開度穩定，在要求工藝條件范圍內。在正常生產過程中，嚴格控制二氧化硫風機開度在控制范圍內，嚴禁由于人為操作習慣進行頻繁調整，造成煙氣出口壓力波動，整體抽力減弱，燒結控制難度增加，燒結機整體環境變差，機頭、機尾收塵壓力增加，從而束縛燒結生產過程控制，被迫調整燒結機操作條件，造成生產流程波動，燒結塊產量、二氧化硫濃度變差，整體工藝流程出現惡性循環，因此必須嚴格監控風機開度穩定。

（2）定期檢修疏通硫酸系統各部塔體和管線。充分利用每次修風掃除機會對硫酸體統各部塔體、換熱器等工藝設施進行沖洗、清理、疏通，保證各部塔體通暢。同時對電收塵入口水平管道進行徹底清理，并及時清理運輸送電收塵灰斗積灰。在年度檢修過程中仔細梳理硫酸系統檢修項目，尤其對一個大修生產周期內影響生產流程較大的工藝設施必須進行徹底的更換和檢修，保證大修后生產系統的整體平穩性。

（3）定期系統檢查疏通燒結煙氣輸送管線。同樣利用每次修風掃除機會對燒結系統煙氣輸送管線進行徹底檢查清理和疏通，通過沉降斗積灰清理拉運、人字管道振打器清理管壁、放炮清理管道等方式對煙氣輸送管道進行徹底清理疏通，降低管道輸送阻力。

（4）杜絕燒結硫酸系統工藝管線、塔體等泄壓漏風。在日常生產過程中加強工藝設施的巡檢和維護工作，尤其針對燒結煙氣輸送管道放灰人孔門、硫酸電收塵放灰系統、塔體和凈化系統等進行仔細檢查，發現漏風泄壓情況及時處理，保證系統抽力和出口壓力穩定。

（5）穩定控制燒結生產流程，為硫酸系統提供濃度合格穩定的二氧化硫煙氣。強化日常生產過程精細化管理，從源頭精細化配料工作入手，確保混合精礦的均勻性和穩定性，控制混合精礦含硫在技術指標范圍內，同時根據生產流程實際生產情況，合理匹配鼓風量、燒結機車速、精礦處理量等關鍵控制環節，及時與硫酸系統溝通，在產出合格燒結塊的同時保證二氧化硫煙氣濃度，為硫酸系統創造條件，穩定二氧化硫風機開度，燒結硫酸系統形成良性循環，有效提高燒結機產能。