反射爐排煙收塵系統常見故障診斷與控制關鍵技術研究

張偉旗

(江西銅業集團銅材有限公司， 江西 貴溪 335424)

反射爐排煙收塵系統常見故障診斷與控制關鍵技術研究

張偉旗

(江西銅業集團銅材有限公司， 江西 貴溪 335424)

經過長期生產實踐的探索，成功地解決了反射爐排煙收塵系統常見故障成為制約生產的技術“瓶頸”問題。通過加強對其常見故障分析與控制，其原料綜合利用率和金屬回收率高，可保證生產的順行，達到安全高效、延長爐齡、節能環保、降耗之目的。

排煙收塵系統； 故障診斷； 節能環保

反射爐可用于有色金屬冶煉中的干燥、焙燒、精煉、熔化、保溫及渣處理等工序，應用極為普遍。然而，有色冶煉煙塵中，氧化鉛、三氧化二砷、氧化鎘等金屬化合物具有毒性，若未經處理、直接排放，易嚴重污染環境。鑒于銅資源現狀和廢雜銅再生投資、能耗和成本低，污染少和工藝較簡單等特點，廢雜銅的回收在中國極受重視[1]。而我國企業對廢雜銅的回收主要集中于高品位廢雜銅上，在2009年5月貴溪冶煉廠卡爾多爐投產前，沒有能大規模處理低品位雜銅的冶煉廠，目前普遍采用的是固定式反射爐[2]，其中貴溪冶煉廠傾動爐車間在線使用的反射爐共設有4臺。其主要優點是設備簡單、投資少、操作方便、易控制、耗水少、對原料和燃料適應性較強，適合大規模生產等，可處理含銅30%～90%的廢雜銅等特點[3]。因此，反射爐在熔煉銅、錫、鉍精礦和處理鉛浮渣及金屬的熔化和精煉等方面，用途極廣[4]。其主要缺點是燃料消耗量大，煙氣量大，熱利用率較低，員工勞動強度大，煙氣含二氧化硫濃度低，不易回收利用，污染環境等。為進一步提高原料的綜合利用率和金屬回收率，針對反射爐收塵排煙系統常見故障的控制進行探討和研究，十分必要。

1 主要結構工藝原理

1.1 主要功用

該系統的主要功用是處理反射爐冶煉過程中所產生的惡劣煙氣，可收集經濟價值較高的粉塵，回收煙氣中所含的有價金屬和高溫余熱，剔除煙塵中的有害元素，經處理后的煙氣中殘余煙塵含量≤20 mg/Nm3，有助于改善周邊大氣環境的質量，從而達到環保達標排放之目標；同時，該系統配套有余熱鍋爐、空氣冷卻器等冷卻設備，可將煙氣溫度控制于系統要求的范圍之內，可取得顯著的環保效益和經濟效益。

1.2 排煙系統結構原理

1.2.1 空氣冷卻器系統

該系統是以強制對流方式，帶走高溫煙氣管壁熱量的一種間接冷卻設備。列管式空氣冷卻器主要由192根304L不銹鋼、進出口煙道、灰斗及4臺軸流式風機等組成。空氣冷卻器將約350 ℃的入口煙氣溫度，降至200 ℃左右出口溫度。其儀表控制方式為先由混氣室出口測量溫度Tc304A- c進入DCS，再由DCS軟件控制器發出4～20 mA信號進入冷卻器PLC，然后由冷卻器PLC控制冷卻風機的運行；冷卻風機根據混氣室出口溫度Tc304A- c，以不同的速度運行，當混氣室出口溫度連續升高時，冷卻風機的速度和冷卻器的冷卻效率也相應提高。

1.2.2 旋風收塵器系統

該系統是利用離心力的作用，從旋轉氣體中分離煙塵的方法。其用于處理爐子煙罩排煙，爐子外逸煙氣通過煙罩收集，進入旋風收塵器中，由于煙罩密封性不好，實際抽取的氣體中大部分是空氣，混合氣體溫度約50 ℃，混合氣體的燃燒煙塵，特別是加料熔化期煙塵，由旋風收塵器收集，可保護后續收塵器布袋不著火燃燒。煙塵通過旋風收塵器下部灰斗及雙葉翻板閥排入煙塵罐中。

1.2.3 布袋收塵器系統

該系統主要由過濾器部件、過濾吹掃設備、雙葉翻板閥、螺旋輸送機、煙塵斗、外殼蒸汽加熱設備和安全稀釋閥等設備組成。其中，過濾器部件主要是由過濾器外殼、過濾器定位槽、過濾器框架、濾布等部分組成；煙塵收集裝置即灰斗安裝在過濾器殼體下方，裝有煙塵溫度檢測的熱電阻，還有雙葉翻板閥、螺旋運輸機及盛裝煙塵的煙塵斗；為防止煙塵結露，灰斗外殼上裝有蒸汽保溫伴管。

它是利用煙氣通過紡織物pps捕捉集煙塵的一種方法。其工作原理是粉塵通過編織或氈織濾布時產生的篩分、慣性、粘附、擴散和靜電等作用而被捕集。當濾布粘附一層煙塵后，便對煙塵層和濾布同時進行收塵。布袋收塵一般能捕集≤1 μm煙塵，性能較好的濾布可捕集煙塵細度達0.1 μm，且不受煙塵物化性質的影響，但對煙氣性質如煙氣溫度、濕度、有無腐蝕性等要求較嚴。

1.2.4 主旁通排煙風機系統

主排煙風機系統主要由風機本體(含電機)、出口電動閥、入口電動調節閥及冷卻水系統等設備組成，均安裝于戶外。經布袋收塵器收集煙塵后的干凈煙氣，通過主排煙風機抽入煙囪排至大氣中。主風機運行時，轉速不可調節，系統所需負壓由布袋收塵器入口負壓控制，由風機入口電動調節閥來實現；其軸承由冷卻水進行冷卻。

旁通排煙風機系統主要由旁通風機、旁通風機出口截斷閥、旁通風機入口截斷閥、旁通閥和旁通風機入口溫度檢測設備等設備組成。該系統通煙時，布袋收塵器入口電動閥關閉，旁通電動閥打開，旁通風機運行。正常生產時，旁通系統則處于備用狀態。旁通風機軸承采用冷卻水冷卻。

以上系統中，風機軸承箱及電機定子和軸承，均裝有PT100鉑熱電阻，若被檢測軸承溫度上升至上極限時，會發出“風機重故障報警”信號，系統即實現聯鎖停車。

1.3 收塵系統結構原理

沉塵室和慣性收塵器屬低效收塵設備。它利用煙塵重力、慣性力或離心力，僅能起到捕集粗顆粒煙塵作用，收塵效率為60%。其結構簡單，設備阻力小，但占地面積大，帶灰斗的大型煙道也能起到慣性收塵器作用，且能耐較高的煙氣溫度。

旋風收塵器屬中效收塵設備。其利用煙塵重力、慣性力或離心力，捕集≥10 μm煙塵，收塵效率60%～95%。其由普通鋼板制成，外部保溫時可耐450 ℃。結構簡單，占地面積小，設備阻力因結構形式和進口流速而異，高達3000 Pa；收塵率高低與阻力大小成正比；煙塵密度大，含塵量高，收塵效率隨之提高；煙塵硬度大，需考慮設備耐磨問題。

袋式收塵器屬高效收塵設備。收塵效率>95%。只要濾袋不破損，其煙塵性質對收塵效率影響不大。煙氣溫度決定于濾袋材料耐溫特性，如玻璃纖維濾料耐溫≤250 ℃，諾麥克斯針刺氈耐溫≤200 ℃等。煙塵粘結性強、露點高時，易堵塞濾料孔隙，不易清除。其阻力較大，運行費用較高。

電收塵器屬高效收塵設備。它利用庫侖力使煙塵分離，能捕集超細煙塵，收塵效率>95%。其設備阻力低，運行費用低，耐高溫、耐磨損，操作條件好，但基建費用高，操作、管理技術要求嚴格。

1.4 煙氣處理工藝流程

其工藝流程是：煙氣→沉渣室→余熱鍋爐→空氣冷卻器→煙氣稀釋→袋式收塵→排放。收塵采用布袋收塵器和旋風收塵器；煙氣冷卻采用自然循環式余熱鍋爐、列管式強制風冷卻器及環集煙氣等直接冷卻；每臺主排風機皆帶爐子排煙和環境集煙排煙，前者處理冶煉煙氣，后者治理環境漏煙。

爐子排煙：冶煉過程產生的高溫煙氣，先進入余熱鍋爐的前部沉渣室，待熔融狀的煙塵沉降后，可對進入鍋爐輻射部、對流部的高溫煙氣進行余熱回收，且將煙氣溫度由1250 ℃降至<350 ℃。必須注意定期清理沉降、收集于沉渣室底部和余熱鍋爐的煙塵。

煙罩排煙：每臺爐子周圍共設置加料門、渣門與出銅口三個排煙煙罩，用于收集因工況而泄漏的煙氣，防止污染環境。加料、排渣、出銅屬周期性作業，為提高集煙能力，各集煙支管上均裝有電動調節閥，可根據冶煉過程周期情況，調節各閥門開度；環集排煙總風管由三個集煙支管匯合而成，由主排煙風機或旁通風機提供排煙抽力；經過旋風收塵器預處理過的煙罩收集煙氣與列管式冷卻器出來的煙氣進行混合后，方可入布袋收塵器；而通過旋風收塵器可收集煙罩煙氣中較大顆粒的火星和煙塵，雙葉翻板閥則能將其排入煙斗中。

旁通排煙：爐子煙氣經余熱鍋爐、列管式冷卻器冷卻后，可通過旁通風機將直接混合后的旁通排煙和煙罩排煙排入煙囪而放空；而煙罩排煙則必須先通過旋風收塵器收塵后，再與爐子煙氣相混合方可。由于其未經布袋收塵器處理，且僅夠一臺爐子使用，一般只作檢修后的升溫排煙或事故排煙。應注意盡量不采用該法。

2 煙氣冷卻方式對比特點

2.1 冷卻方式分類

其可分為直接冷卻和間接冷卻兩大類。

直接冷卻：主熱交換方式為蒸發和稀釋。煙氣與冷卻介質直接接觸，且進行熱交換，煙氣量及成份可能發生改變。

間接冷卻：主熱交換方式為對流和輻射。煙氣與介質不直接接觸，性質不改變。

2.2 冷卻方式對比

對流與輻射的主要優點是不改變煙氣成份和流量；余熱可利用；可起平抑煙氣流量、溫度、壓力及其它峰值負荷作用。主要缺點是占用空間大；管道可能因煙塵粘結堵塞。

蒸發(噴水冷卻)的主要優點是設備費用低、占空間小；可嚴格、迅速地控制溫度；能部分清除灰塵及有害氣體。其缺點是運行時，設備容易腐蝕；增加結露危險；增加氣體體積，加大后面設備能力。

稀釋(吸冷風)的主要優點是簡單易行；設備及運行費用較低。其缺點是增大氣體流量，增大后面設備能力，有時須先處理稀釋空氣，以免吸入環境濕氣等。

3 故障診斷與控制關鍵技術

3.1 旋風式除塵器漏風故障

一旦漏風，將嚴重影響除塵效果。漏風部位有進出口連接法蘭處、除塵器本體和卸灰裝置。其常見故障相應的控制措施是：

對器壁沖刷磨損嚴重的情況有：進口氣速高，氣流給予粉塵的沖擊力和離心力大，以錐體部分內壁磨損最嚴重；含塵氣體濃度高，器壁受粉塵沖刷次數多；比重大、硬度大、粒徑超過20 μm、外形有棱角的粉塵，磨啄性較高；含塵氣體溫度變化或濕度降低時，粉塵易附著、堵塞和腐蝕。磨損和腐蝕會導致除塵器穿孔和粉塵排放，除塵效率下降，應注意壓差變化和排出煙色惡化狀況；關注除塵器各部位氣密性，檢查旋風筒氣體流量和集塵濃度變化；錐體角度大，旋轉加速強烈，錐體底部磨損嚴重。為此，其相應措施是：啟動前，檢查各結合部的氣密性、連接部位是否連接牢固，消除漏灰、漏氣現象；降低進口流速；保證旋風分離器幾何構造合理；易磨損部件具有耐磨蝕性；設計時，應保證部件的易修理和具有互換性等。

3.2 主排煙風機故障

3.2.1 風機機體振動故障

部分葉片附著物不均勻、磨損嚴重或腐蝕，質量不對稱時，會造成轉子不平衡故障，必須及時清除葉片上的附著物，更換損壞的葉片或新工作輪，且通過找平衡來解決；平衡質量與位置不對，造成轉子不平衡故障，應重新調整平衡，且固定平衡塊；風機機軸和電動機不同心，或聯軸器安裝不正故障，應重新進行調整、安裝和找正；工作輪歪斜，與進風口或機殼內壁相碰故障，應及時修理工作輪及進風口，調整好推力軸承。

3.2.2 風機軸承過熱或卡死故障

因軸承缺潤滑油脂，滾子軸承已到工作壽命；軸承安裝不好；風機軸與電機不同心；軸承偏磨；軸瓦刮研、安裝間隙過小等引起的。其有效措施是：清洗軸承，加潤滑油脂；更換油軸承；調整電動機與風機軸同心度；重新刮研軸瓦，調整軸與軸瓦間隙。若軸承溫度上升至上上限或卡死，會發出“風機重故障報警”信號，系統則聯鎖停車。

3.3 布袋收塵器系統常見故障

3.3.1 阻力增大故障

布袋表面附著的煙塵增厚所致，需停車進行內部檢查。其主因是，布袋噴吹管脫落：應重新安裝，且固定好；布袋電磁閥不動作：應檢查有無電源，或更換電磁閥；布袋板結：應迅速查明原因，及時更換布袋；吹掃壓縮風不足：檢查壓縮風系統是否泄漏或故障，應及時進行處理；檢修完布袋未開起：檢修后，應重新開起。其它外部因素排查。

3.3.2 入口溫度過高或過低故障

由于誘因復雜，需根據工況進行檢查分析：如空氣冷卻器運行是否正常；入口溫度過高，可能導致布袋著火燃燒事故；入口溫度過低，煙氣會結露，導致布袋粘結甚至腐蝕；排煙溫度是否太高或太低；稀釋風閥是否全開；冷卻器內部是否有積灰、粘結，影響冷卻效率等；布袋粘結會使收塵器阻力升高，甚至堵塞；布袋腐蝕，會降低收塵器收塵效率及使用壽命。在布袋收塵器入口煙氣管路上，設有兩個并聯測溫點TC305A- C，每臺布袋各2個。一旦故障，測溫點報警時，為保證布袋收塵器安全運行，其入口煙氣溫度必須嚴格控制在其允許范圍之內。

3.3.3 灰斗溫度高故障

一旦報警，應立即檢查并作相應處理：

排煙溫度高故障的控制：反射爐排放煙溫受間斷下料的影響而波動，應仔細檢查、確認其排煙溫度，是否過高。

灰斗故障的控制：檢查、確認現場布袋收塵器煙塵溫度檢測點顯示是否正確；檢查布袋灰斗內的煙塵是否積壓；翻板閥及螺旋機運行是否正常；立即進行疏通、排灰。

布袋著火燃燒故障的控制：根據煙囪是否冒黑煙，排出煙塵是否帶火星判斷；立即采取緊急措施，切換至旁通系統運行，且通知消防部門進行滅火；除非迫不得已，一般不得打開收塵器的人孔及門，防止空氣進入，避免布袋的加速燃燒。

3.3.4 脈沖閥、定時器故障

脈沖閥不工作故障：脈沖閥橡膠膜片損壞，或電磁閥線圈燒壞，應及時進行更換；電源斷電或清灰控制失靈，應恢復供電，修理清灰控制器；脈沖閥內有雜物，應仔細清理脈沖閥；采用壓縮風清灰，壓縮空氣壓力太低，需檢查氣路系統及壓縮機；為防止運動機構失靈及濾袋堵塞，需去除水份和油霧，勤洗油水分離器。

清灰定時器故障：時間設定值有誤或故障，因此，應檢查固定濾袋零件是否松動；濾袋張力是否合適；除塵濾袋內支撐框架是否完好，防止濾袋磨損。

3.3.5 提升閥跳停或閥板脫落故障

壓縮風不足，會引起提升閥跳停。其主因是：儲氣罐與提升閥之間油水分離器壓縮風臟，導致濾芯堵塞，需及時更換和清洗；提升閥長期運行，密封件磨損，造成壓縮風泄漏，導致供氣不足，應及時更換提升閥密封件，且調節提升閥供氣壓力至適當值，保證每個提升閥皆能在規定時間內動作；壓力不宜過高，否則易使氣缸密封件老化；漏氣點增大時，可適當提升供氣壓力；保證油水分離器供油，供油速度不可太小，以免失油；必須定量潤滑提升氣缸的閥桿。

收塵器長期運行時，閥板始終周期性的提起、落下，閥板易松動、脫落，含塵氣體無法進入收塵布袋，一旦閥板脫落，極難安裝，為防松起見，需將閥板用兩個螺母鎖定在氣缸活塞桿上；若提升閥閥板在氣缸絲桿上位置調整不當如位置偏下時，氣缸運行至下終點，導致閥板嚴重變形、中心孔周龜裂，僅需往上調整閥板至恰當位置即可。

3.3.6 氣缸動作不良故障

電磁閥動作不良，應檢查原因并修復；活塞桿銹蝕、斷油，應作清銹處理或更換，檢修、恢復供油；閥門排氣孔堵塞，或閥內部有異物或粉塵，導致閥芯無法動作，采用煤油清洗或潤滑脂潤滑；氣缸內積水或活塞漏氣，應依次打開氣缸上下頂蓋排氣閥，配合手動閥運動活塞，即可排除積水；及時更換漏氣活塞密封圈；氣缸導氣管脫落，應關閉布袋用壓縮風總閥，打開布袋噴吹氣包疏水閥，排掉氣包壓縮風，更換導氣管。

3.3.7 濾袋破損故障

它是系統常見故障之一。其主因是：

(1)機械損傷：由于受到機械振動、氣流偏吹、吹速過大、噴吹過重及高溫煙氣中混有大量腐蝕性強且表面鋒利的粉塵等嚴重影響，導致除塵器入口附近的濾袋會被高速煙氣過度沖刷、磨損，易在濾袋底部出現裂縫和孔洞；由于濾袋尺寸與袋籠不相匹配，濾袋在清灰過程中往往會產生脹縮，且頻繁碰壓骨架變形，導致濾袋破損加劇。

(2)空氣動力損傷：隨著高速含塵氣流反復沖刷除塵器的入口和濾袋的破損，凈氣室內易堆積粉塵，且反吹時粉塵會隨著氣流的運動不斷地沖刷濾袋，導致濾袋破損嚴重；煙氣入口處導流板設計、安裝不當，入口處的煙氣易在中間分布集中、兩側分布稀少，未能起到疏導、分散及減緩高速含塵氣流對濾袋的沖刷作用，且沖刷后形成的導流板孔洞也會產生局部高速含塵氣流，沖刷加速導致濾袋破損；一旦脈沖清灰裝置故障時，則無法觀測到旋轉臂，在同一位置長時間持續進行定位噴吹，對其它濾袋卻未作清灰處理，致使阻力未降反升，導致該位置個別濾袋的破損；(3)熱力損傷；(4)聚合物纖維裂解等。

必須進行合理設計、精心安裝、定時維護，如：為增強除塵器入口導流板的分流和導流作用，必須對其進行結構改進，且采用適宜的安裝角度；為防止袋式除塵器花板產生變形，宜通過優化設計，進一步提高其結構強度；為防止煙塵短路，必須確保旁路煙道、擋板門、煙道封堵和放灰孔等嚴密性的要求；為有效地降低濾袋磨損，大幅減少煙塵短路泄漏，必須保證濾袋與花板、骨架的配合始終良好，同時加強設備點檢和精心維護等。

3.3.8 結露糊袋故障

外殼漏風常使袋室氣溫低于露點，濾袋受潮，灰塵非松散地粘附在濾袋上，堵死織物孔眼，清灰失效，導致糊袋，無法除塵。應減少收塵器本體部分縫隙的漏風；常檢查灰斗蒸汽保溫伴管是否損壞，避免煙塵溫度降至露點以下，防止煙氣結塊、設備腐蝕，以保護系統的安全運行。

3.3.9 清灰不良故障

除塵器濾袋過于拉緊或松弛時，可調整松弛張力或調整張緊力；粉塵潮濕時，應檢查原因并處理；清灰中濾袋膨脹時，應檢查、排除密封故障；清灰機構、清灰閥門發生故障時，必須檢查、調整并排除故障；反吹風量不足時，應檢查原因，加大反吹風量。

3.4 螺旋輸送機故障

現場先后將雙葉翻板閥選擇開關、螺旋輸送機選擇開關打至“手動”位，解除聯鎖運行；檢查、確認螺旋輸送機下灰口是否被灰堵死，若是需清理干凈；打開螺旋輸送機蓋板檢查，是否異物卡死，若是需取出；若無法取出，則通知檢修部門處理。

3.5 除塵效率低故障

布袋收塵器排灰口漏風，當粉塵大量緩慢地下落時，逆流而上的氣流，又會造成下落粉塵的二次飛揚，使脈沖布袋收塵器內含塵濃度成倍于進氣，惡化了其工作條件，影響其除塵效率。應及時封堵排灰口漏風，防止除塵器內部氣流短路，定期檢查壓縮風系統及風源壓力是否符合要求、穩定等。

3.6 排煙系統重故障車間大聯鎖

確認各聯鎖是否正常到位(熄滅燒嘴)；確認重故障原因及恢復時間；立即匯報當班班長、總調和精煉廠；迅速用蒸氣吹掃燒嘴。對現場進行詳細點檢，確認停運設備狀況；30分鐘不能恢復生產，必須將兩支燒嘴撥出；4小時以上不能恢復生產，要用加料機加入木材或木碳進行保溫。

4 結語

影響反射爐煙氣除塵系統的外因復雜且多，由于受間斷下料的影響，反射爐煙氣除塵系統的作業條件會隨著反射爐排放的煙氣量、含塵濃度及煙溫等技術參數的不斷變化而變化，為保證該系統始終能長期穩定、可靠地正常運行，以防萬一，針對該系統常見故障進行探究及處理，且對旋風式除塵器、主排煙風機、布袋收塵器、螺旋輸送機等關鍵設備實施重點維護保養、定期檢修、及時監控、適時更新等，可大幅提升爐床能力、金屬回收率及熱有效利用率，大幅降低反射爐熔煉的生產成本及噸銅重油耗，從根本上消除超標廢氣對環境的污染及其危害，從而達到安全高效、延長爐齡、節能環保、優質高產之目的。

[1] 邱定蕃,王成彥,王春.中國廢雜銅回收與利用[J].有色金屬，2003，55(4)：94-97.

[2] 周俊.廢雜銅冶煉工藝及發展趨勢[J].中國有色冶金，2010,(8)：20-26.

[3] 華宏全，王沖，楊坤彬.廢雜銅回收利用淺析[J].中國資源綜合利用，2011，29(11)：20-23.

[4] 李剛，周萍，閆紅杰，等.再生銅反射爐的用能分析與節能措施[J].冶金能源，2008，27(5):37-39.

The Key Technology Research of Common Faults Diagnosis and Control of Smoke Dust Collected System of Reverberatory Furnace

ZHANG Wei-qi

Through the exploration of production practice, the bottleneck problems of common faults of smoke dust collected system of reverberatory furnace have been successfully resolved which limits production. By strengthening its common malfunction analysis and control, raw materials comprehensive utilization rate and metal recovery rate is high, it can ensure production run smoothly, achieves safety and high efficiency, prolongs furnace life, the purpose of energy conservation, environmental protection and decreases energy consumption.

smoke dust collected system； fault diagnosis； energy saving and environmental protection

2014-10-05

張偉旗(1965-)，男，江西余江人，高級工程師，大學本科，主要從事礦山機械、銅加工、有色冶金、機電設備工程等技術研究工作，現為中國機械工程學會高級會員。

TQ336.1

B

1003-8884(2015)01-0015-05