熔铅炉低氧弥散燃烧节能减排效果.pdf

d o i 】0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．2 0 9 5 17 4 4 ．2 0 12 ．0 3 ．0 0 5 熔铅炉低氧弥散燃烧节能减排效果 日汪洋洋“2 蒋绍坚1 艾元方1l 涛1 1 ．中南大学能源科学与工程学院长沙4 1 0 0 8 3 2 ．株洲火炬工业炉有限责任公司湖南株洲4 1 2 0 0 0 摘要针对传统熔铅锅室式燃烧间接加热、大空气过剩系数 不完全燃烧 高温排烟等问题，开发 一种具有“均匀直接加热，低空气过剩系数 低氧弥散燃烧 高效回收烟气余热及预热空气”等 特征的低氧弥散燃烧熔铅炉。应用结果表明，低氧弥散燃烧熔铅炉节能5 0 ％以上，尾气C O 含量 5 0m g ／m3 ．N q 排放 8 0m g ／m 3 ．铅锅使用寿命超过3 年。 关键词熔铅炉，低氧弥散燃烧；节能减排 中图分类号T F 0 6 6 ．1 ；T F 8 1 2文献标识码A 文章编号2 0 9 5 1 7 4 4 2 0 1 2 0 3 0 0 4 7 0 3 熔铅锅在国内铅冶炼厂家应用较为普遍。根据用途 不同，熔铅锅可分为阳极锅、阴极锅，电铅锅、合金锅 等。这些熔铅锅均使用钢制坩埚，通过燃料燃烧加热坩 埚，采用间接加热熔化技术。传统熔铅炉，以发生炉煤 气为燃料，采用室式燃烧间接加热，见图1 。整个炉体 由燃烧室及加热室组成，燃烧室产生l1 0 0 ℃高温烟气 进入加热段，直接加热铅锅，加热后烟气温度仍高达 l0 0 0 ℃以上，一般是直接排空，另外还存在炉温均匀 性差、燃烧不完全、控制手段落后，能耗高、热效率低、 坩埚使用寿命短、操作环境差等问题。熔铅锅节能减排 技改对于当前工业领域减少C O 排放具有重要意义。以 国内某大型铅冶炼厂为例，熔铅锅煤气单耗高 2 2 0 - - 2 6 0 m 3 ／t P b ，热效率低 仅为1 0 ％ ，坩锅使用寿命短 只 有3 - - 6 个月 ，排烟热损失大 烟气带走的显热损失高 达5 0 ％- 6 0 ％ ，化学不完全燃烧损失高 2 0 ％- - 3 0 ％ 。 高温空气燃烧 H i 曲T e m p e r a t u r eA i rC o m b u s t i o n ， H T A C 应用于钢铁加热炉节能4 0 ％- 一5 0 ％，C O 减排 3 0 ％- ．6 0 ％，N O , 排出由g ，m 3 数量级降低到3 0 - - 5 0m g ／m 3 。 文献[ 1 】考虑到其具有以自燃为稳燃条件，燃烧反应 点弥散且燃烧过程延时可控等特点，将其定义为低 氧弥散燃烧 D i s p e r s i o nC o m b u s t i o nw i t hL o wO x y g e n ． e o n c e m t r a t i o n ，D C L O 。文献【2 】尝试将高温空气燃烧技 术应用到有色冶金铜精炼炉领域。文献【3 】将低氧弥散 主空 燃气 气 图j 传统熔铅锅 铅锅 底座 温烟气 加热室 隔墙 燃烧室 燃烧器 燃烧引入到有色冶金熔铅锅领域，在传统熔铅锅上技改 实现了D C L O 技术条件，开发出低氧弥散燃烧熔铅炉新 技术。文献【4 】以单面加热改造为高温烟气旋流均匀加 热整个锅体，燃料消耗降低到原来的一半，且解决了锅 体使用寿命短的难题。 收稿日期2 0 1l I1 ．1 9 作者简介汪洋洋 1 9 7 0 一 。男，安徽巢湖市人．工程师，硕- t - 生．主要从事冶金炉窑等方面的研究。 有色金属工程2 0 1 2 年第3 期4 7 万方数据 青么金磊工程 N O N F E R R O U SM E T A L SE N G I N E E R I N G 1 低氧弥散燃烧熔铅炉工作原理 低氧弥散燃烧熔铅炉如图2 所示，包括燃烧加热室、 2 个蓄热燃烧器、2 个保温点火烧嘴、四通阀和返烟调节 阀。燃烧加热室底面或侧墙上设置平衡排烟口，中心设 置锅底支座。燃烧室直段区端墙上安装有保温烧嘴和蓄 热燃烧器。在燃烧加热室形成u 字形炉气行程，最大限 度地延长高温烟气在炉膛内的行程。低氧弥散燃烧熔铅 炉将传统熔铅炉燃烧室和加热室合并为一室，扩大燃烧 室容积以适应燃烧反应区拓宽和延长烟气停留时间及炉 内行程等需要。 熔铅炉保温操作时保温烧嘴始终开启。熔化操作时 蓄热燃烧器和保温烧嘴开启，蓄热燃烧器周期性交替工 作，完成燃烧和抽吸烟气、放热和吸热等功能，空气被 预热到7 0 0 ℃以上，烟气降至1 5 0 ℃排出，热回收效率 超过8 5 ％。 整个燃烧过程空气过剩系数在1 ．0 5 - 1 ．2 范围内， 烟气循环利用率不超过3 0 ％，燃烧加热室燃烧释热为 4 0 0 - 8 0 0W ／ m 3 ．h 。 “切换式燃烧 燃烧加热室炉衬高 温辐射 烟气炉外再循环形成的低氧燃烧”，促使铅锅 均匀加热，且无铅锅高温烧损发生。 图2 低氧弥散燃烧熔炉 内；利用低热值燃气中的C O 和N 等惰性气体成分稀释， 或炉外排烟作稀释剂，降低燃烧区含氧浓度。 2 ．2 高效回收烟气余热 采用空气预热蓄热式烧嘴。蓄热室安全工作条件包 括控制系统运行可靠，煤气启停动作正常，不出现因 燃气控制阀关闭不严而发生煤气泄漏到蓄热室烧损蓄热 体的现象；进出蓄热室的空气和烟气量相等，连续两个 周期里蓄热体温度变化相等；控制切换周期，防止出现 蓄热室温度长时间持续升温或降温现象；调节蓄热室气 流速度，使得气流流出蓄热体层后仍有一定压力。 2 ．3 强化熔炼生产和延长铝锅使用寿命 同时采用降低空气过剩系数，回收烟气余热和预热 助燃空气，降低炉外烟气循环百分比，通过提高空气温 度与降低空气含氧浓度来强化燃烧化学反应和降低烟气 C O 排放浓度以及缩短熔炼周期等措施，可以提高设备 热效率，强化熔炼生产。 优化燃烧操作条件，抑制铅锅受热面氧化烧损所需 要的高温高氧动力学条件。燃用N 和C O 含量高的低 热值发生炉煤气，加上燃烧时低空气过剩系数和炉外烟 气循环再利用等措施，有效地降低了铅锅受热面附近区 域炉气含氧浓度和燃烧温度。 炉膛内组织高温低氧空气燃烧，燃烧释热均匀，炉 内温度均匀，没有明显火焰和明显高温区域，避免了高 温气流直接冲刷铅锅受热面引起受热面局部烧穿事故。 2 ．4 炉压稳定 机械排烟和炉尾烟道自然排烟两种方式相结合。经 烧嘴排出的烟气 占总烟气量6 0 0 ／0 , - - 7 0 ％ ，流至四通换 向阀烟气出E l 接烟气管路，经钢烟囱排出。占总烟气量 3 0 ％- ．4 0 ％的烟气从炉尾烟道以自然排烟方式排出，烟 道上设烟道闸板来控制烟气流量。引风机排烟烟囱和炉 尾烟道烟囱合并，引风机排烟口插入炉尾烟道中，利用 引风机引射实现集中排烟。辅助烟遭用于均衡炉压，在 蓄热室异常和控制系统功能不正常时使用。 2 低氧弥散燃烧熔铅炉节能技改措施 2 ．5 使用冷发生炉煤气 2 ．1 低氧弥散燃烧 低氧弥散燃烧熔铅炉优化炉内高温气流，使得火焰 充满整个燃烧室，大幅度地提高热效率 减少C O 排放 、 强化燃烧反应 减少C O 排放 ，减轻操作强度和延长 铅锅使用寿命。具体措施有空气预热，空气／烟气管 路上增设一对陶瓷蓄热室，配备空气／烟气切换装置； 配合切换装置。燃气注人1 3 周期性注入燃气，火焰充满 整个燃烧室，燃烧释热均匀和温度分布均匀，延长铅锅 使用寿命；优化炉内气流，高温空气在炉内经过一个圆 形行程，防止空气短路流人烟道，延长可燃气在炉内停 留时间，强化燃烧气化反应；切换周期在9 0 - - - 1 2 0S 范围 发生炉煤气总管既要考虑内部保温，又要考虑粉尘 和管道腐蚀问题。煤气开闭阀采用压缩空气作为动力源， 气动执行器采用进1 3 产品，以便满足热煤气换向燃烧要 求。煤气管道上不直接设置控制元件 如流量孔板、蝶 阀等 ，煤气管道设置内隔热，避免过长的管道长度和 过多的分段。 3 低氧弥散燃烧熔铅炉技术J 陛能参数 低氧弥散燃烧熔铅炉工作环境1 海拔不超过 2 0 0 0m ，大气压力 绝对压力 o ．1M P a ；2 环境温度 一2 5 - - 4 0 ℃；3 相对湿度≤9 0 ％，不结露t4 周围无爆 4 8 工程技术E n g i n e e r i n gT e c h n o l o g y 万方数据 炸性气体及严重损坏金属和绝缘的腐蚀性气体，5 现场 无明显的震动和颠簸；6 设备应安装在通风较好的室内。 低氧弥散燃烧熔铅炉技术性能参数如表l 所示。 4 低氧弥散燃烧熔铅炉节能减排效果 4 ．1 低氧弥散燃烧熔铅锅节能减排性能 低氧弥散燃烧熔铅锅节能环保效益显著煤气消耗 节约5 0 ％，热效率提高至5 0 ％左右，尾气排出温度降低 至1 5 0 ℃以下，尾气C O 含量低于5 0 m ∥m 3 ；C 0 2 排放 量减少5 0 ％以上，尾气N O r 排放浓度低于8 0m e C m 3 l 熔铅锅使用寿命大幅度延长 超过3 年 。 2 0 0 8 年1 2 月株洲冶炼集团铅分厂熔铅炉低氧弥散 燃烧技改节能环保效益”1 如表2 所示。 表1 低氧弥散燃烧熔铅炉性能参数 4 ．2 低氧弥散燃烧熔铅锅节能技改范例 低氧弥散燃烧熔铅炉节能技改在我国有色冶金行业 范例如表3 所示。 ’ 表2 技改前后能耗对比 序号指标名称改造前改造后节约量 l 均煤气单耗／ m 3 h ～f 1 2 4 01 2 0 1 2 0 5 0 ％ 2 年产量／ t a - 1 4 0 0 0 04 0 0 0 0 0 3 煤气消耗量“1 0 4 m ，h ～- a ．1 9 6 0 4 8 04 8 0 5 0 ％ 4 煤气单价， 元m ’0 ．3 0 ．3 0 5 年煤气费用／万元 2 8 81 4 41 4 4 表3 近3 年有色冶金行业蓄热式燃烧节能技改范例 5 结论 传统熔铅炉采用低氧弥散燃烧、均匀直接加热、低 空气过剩系数、高效回收烟气余热及预热空气等措施改 进，可以克服其不完全燃烧、烟气间接加热、大空气过 剩系数、高温排烟而导致的高耗能、污染大和操作费用 高等问胚，为传统熔铅企业节能减排提供有益参考。 参考文献 i 1 】蒋绍坚，艾元方，彭好义，等．高温低氧燃烧技术与应用[ M 】． 长沙中南大学出版杜．2 0 1 0 1 3 5 ．1 5 1 ． [ 2 ] 朱洪滨，谢建文，黄天增，等．高温空气燃烧技术在铜精炼 反射炉上的应用田．工业炉，2 0 0 1 2 3 2 ．3 4 ． [ 3 】汪洋洋。李培华，夏中卫，等．蓄热式熔铅炉中国，实用新 型Z L 2 0 1 0 2 0 1 6 9 5 1 3 ．2 [ P I ．2 0 1 0 - 0 4 - 2 6 ． 【4 】白桦．一种新型熔铅锅的设计【J 】．有色冶金节能，2 0 0 7 6 3 8 - 3 9 ． 【5 】沈维民，贺新华，王赛辉，等．蓄热式燃烧技术在有色熔铅 炉的研究与运用m ．有色冶金节能，2 0 0 9 3 3 5 ．3 9 ． 有色金属工程2 0 1 2 年第3 期4 9 万方数据