新型氧氣底吹還原爐煤粉噴吹系統設備運行原理

浦永濤

(北京瑞德克氣力輸送技術股份有限公司， 北京 100144)

鉛精礦的火法冶煉必須經過兩個冶金工藝過程：硫化鉛精礦中的硫化鉛及其他硫化物高溫氧化生成氧化物(也可能同時通過交互反應生成部分金屬)，氧化物還原反應生成金屬。

除傳統的鼓風爐還原熔煉外，近幾年又新研發出了多種高鉛渣直接還原法，其中具有代表性的是底吹熔煉還原法，即氧氣底吹熔煉-氧氣底吹還原法。氧氣底吹熔煉爐產出的高鉛渣熔融狀態下通過溜槽加入到氧氣底吹還原爐中，煤粉作為還原劑通過串罐旋轉給料泵經底吹還原爐底部噴槍噴入熔池中，熔池溫度升至1 423～1 473 K，含鉛低的爐渣順流至端部出渣口放出，還原出的鉛液也逆流至出鉛口放出，過程是連續進行的。該串罐旋轉給料泵連續、均勻和穩定地將煤粉噴入到還原爐中，與天然氣相比節約了成本，并且煤粉作為還原劑，還原表面積大，強化了還原，還原反應迅速、充分，指標平穩。

串罐旋轉給料泵通過PLC控制系統的上位機實現對輸送系統設備的監視、操作與控制，并確保其正常、可靠運行，并且為DCS系統預留PROFIBUS-DP協議接口，以實現噴吹設備的統一控制。

1 工藝過程描述

1.1 工藝參數

氧氣底吹還原爐煤粉噴吹系統工藝參數見表1。

表1 氧氣底吹還原爐煤粉噴吹系統工藝參數

1.2 系統描述

氧氣底吹還原爐煤粉噴吹系統設一套串罐旋轉給料泵，通過柔性軟連接安裝于爐前煤粉倉下方，煤粉倉下出口設置手動插板閥，用于檢修串罐旋轉給料泵時隔斷煤粉。噴吹系統在PLC控制下通過操作員站進行遠程操作，實現遠程一件式操作。系統運行時，噴吹泵將煤粉經一條密閉管道，最終通過末端1分4分配器向底吹爐的4支噴槍供煤。煤粉噴吹系統連續穩定,能夠控制其設定值與實際值偏差在±1%的精度工況下連續穩定運行,噴吹量可在設計值內任意調節，并且各支噴槍的煤量均勻度可控制在±2%以內。煤粉噴吹工藝流程圖見圖1。

圖1 煤粉噴吹工藝流程圖

2 噴吹泵

2.1 設備名稱和型號

設備名稱：串罐旋轉給料泵(防爆型)。

設備型號描述：25/12/C- 50/12/250×80W。

25/12/C指: 25—上儲料罐容積25立方英尺,約合0.71 m3, 12—上儲料罐進料口圓頂閥公稱直徑為12英寸合300 mm, C—上儲料罐為錐形下料口，50/12/250×80W指: 50—下噴吹罐容積50立方英尺, 約合1.4 m3, 12—下噴吹罐進料口圓頂閥公稱直徑為12英寸合300 mm, 250×80W —旋轉給料器轉盤直徑250 mm，高80 mm, W—帶稱重計量系統。

2.2 設備特點

串罐旋轉給料泵是用于固體粉料計量、控制、噴吹的核心設備。該設備由上下兩個罐體構成，上罐為儲料罐，下罐為噴吹罐，上罐入口安裝有一臺充氣式圓頂閥，上罐與下罐之間裝有兩臺圓頂閥(為了稱重計量，兩臺閥門之間是軟連接)。噴吹罐下邊安裝了一臺旋轉給料裝置，該裝置由變頻電機驅動，通過調節變頻電機的轉速來控制給料量，與傳統的靠調節輸送氣源壓力和流量調節控制噴吹量的原理不同，這種調節方式不受罐體壓力影響，更為平穩和精確。如果在輸送過程中，管道壓力出現波動，系統會自動調節電機的轉速從而調節輸送量，避免管道發生堵塞，當壓力恢復正常后，系統會自動恢復至用戶設定的輸送量。串罐旋轉給料泵和分配器外觀詳見圖2、圖3。

圖2 串罐旋轉給料泵

圖3 分配器

2.3 工作原理

1)在正常噴吹時，上罐空置，上罐進料閥、排氣閥、上罐出口閥、下罐進料閥和平衡閥均處于關閉狀態，下罐噴吹和流化氣源不間斷供應，旋轉給料器按設定量轉速運行。當下罐物料低于低料位，料位計發出信號，上罐排氣閥打開，釋放上罐余留壓力，平

衡閥及中間閥仍處于關閉狀態，等到上罐壓力顯示上罐壓力降到0.02 MPa 時，上罐進料閥打開，同時開啟料倉出口流化氣源，開始裝料時，上罐底部流化氣源打開，防止上罐物料堆積結塊。當上罐裝料到高料位時，料位計發出信號，經過短暫延時后，上罐進料閥和排氣閥依次關閉，裝料停止。此時，上罐底部流化氣源仍在不停進入上罐，上罐壓力上升，當上罐壓力達到與下罐壓力一致時，上罐出口閥、下罐進料閥打開，上罐煤粉靠自身重力落入下罐，為幫助下料，上罐頂部的進氣閥打開，此時，通過節流閥控制輸送氣源流量，使通入泵體的氣量恒定。經過設定時間后，上罐進氣閥關閉，平衡閥打開，一段時間后，上罐流化氣源、上罐出口閥、下罐進料閥和平衡閥關閉，完成倒罐。當下罐物料降到低料位以下時，上罐排氣閥打開，上罐開始新一輪裝料，這樣完成一個運行周期。其運行周期示意圖見圖4。

2)旋轉給料泵安裝了稱重計量系統，通過稱重控制器，計算出實際噴吹速度，與控制系統設定的噴吹速度比較后，通過調整旋轉給料機電機轉速，使實際噴吹速度達到設定值，保證噴吹精度。物料的輸送量隨時都可通過操作畫面調節。

圖4 串罐旋轉給料泵運行周期示意圖

3)當系統將要發生物料堵塞時，會引起管道內輸送氣體的壓力變化，此時控制系統會根據檢測到的信號進行自動調節給料速度，避免堵塞。

4)系統具有各種報警功能。如果發生堵管、氣源壓力低等情況，系統將報警。系統在噴吹過程中，一旦管道壓力升高并達到預定警戒值，控制系統就會發出報警信號，進入排堵過程。

5)通過系統設置的自診斷功能，可以在線診斷系統各部分的工作情況。當某個料位計、進料閥、中間閥、平衡閥或壓力開關出現異常狀態，甚至出現故障時，自診斷系統會發現問題所在，同時提醒設備操作人員及時處理。

6)系統遭遇停電時，分配器后支管三通閥門自動切換到清吹位置，清吹氣自動供氣保證噴槍安全。

2.5 控制系統描述

噴吹系統采用全自動程序控制運行，將設置以PLC加上位機為核心的完整的檢測、連鎖和保護裝置，實現以LCD/鍵盤和鼠標作為監視和控制中心，對整個輸送系統的集中控制。自動化水平將使運行人員無需現場人員的干預，在控制室內即可實現對系統啟/停的控制、正常運行的監視和調整以及系統運行異常與事故工況的處理，并為DCS系統留有PROFIBUS-DP協議接口。自動控制系統界面如圖5所示。

圖5 自動控制系統界面

3 總結

目前，該噴吹設備在河南豫光金鉛股份有限公司底Ⅱ還原爐成功應用，運行穩定，能耗低、煤粉噴吹壽命長，還原效果好，為煤粉底吹熔融工藝的推廣提供了堅實的基礎。