一種回轉(zhuǎn)式陽極爐集煙裝置設(shè)計(jì)

李 健

(江西瑞林裝備有限公司，江西南昌330038)

回轉(zhuǎn)式陽極爐（精煉爐）是銅精煉工藝中廣泛使用的重要設(shè)備[1-3]，它主要由爐體、滾圈、齒圈、支承裝置和驅(qū)動(dòng)裝置等組成。陽極爐可以接受來自閃速爐、臥式轉(zhuǎn)爐或側(cè)吹爐等冶金爐產(chǎn)出的粗銅在爐內(nèi)精煉，生為陽極銅后供電解使用。該設(shè)備自動(dòng)化程度高、操作穩(wěn)定、生產(chǎn)效率高、經(jīng)濟(jì)效益好，但是在冶煉過程中會(huì)有含SO2煙氣從加料口（爐口）中冒出，特別是當(dāng)陽極爐使用重油作為還原劑時(shí)，還原期間還會(huì)產(chǎn)生大量黑煙[4]，導(dǎo)致車間環(huán)境污染嚴(yán)重。隨著國家環(huán)保戰(zhàn)略部署的推進(jìn)，清潔生產(chǎn)不斷向深度和廣度拓展，改進(jìn)和完善現(xiàn)有工藝和裝備已成為企業(yè)實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)和節(jié)能減排的重要措施。

1 傳統(tǒng)集煙裝置

目前，國內(nèi)各大冶煉廠主要采用設(shè)置在陽極爐爐口上方的固定式環(huán)集煙罩來進(jìn)行煙氣的收集。常見的傳統(tǒng)煙罩見圖1。

它主要由上部固定煙罩和下部旋轉(zhuǎn)煙罩組成。對于1臺(tái)600 t規(guī)格的陽極爐來說，配置的上部固定煙罩的外形尺寸（長×寬×高）約為6 180 mm×5 240 mm×6 450 mm。上部固定煙罩還設(shè)置有1個(gè)可自復(fù)位的彈簧門和1個(gè)出煙口：彈簧門通過鉸鏈鉸接在上部固定煙罩上，在自然狀態(tài)下，彈簧門與水平面成大約55°夾角；出煙口一般設(shè)置在上部固定煙罩頂部中間位置，與環(huán)集煙管連接，將收集的煙氣送至脫硫處理。

這種傳統(tǒng)煙罩存在以下問題：1）外形體積較大，所收集的煙氣80%以上是空氣，導(dǎo)致后續(xù)的煙氣處理負(fù)荷較高；2）為了避讓隨爐體旋動(dòng)的爐蓋裝置，煙罩與爐體之間留的間隙比較大（如圖1所示），約1 963 mm，導(dǎo)致漏風(fēng)率比較高，從而嚴(yán)重影響了煙氣的收集效率；3）銅包在進(jìn)料作業(yè)時(shí)，需要用銅包吊具推開彈簧門，導(dǎo)致銅包吊具常與彈簧門發(fā)生碰撞，彈簧門容易發(fā)生變形且難以修復(fù)，導(dǎo)致密封效果變差；4）這種傳統(tǒng)煙罩形式因彈簧門的存在妨礙了行車操作工視線，對操作技術(shù)要求較高。

圖1 傳統(tǒng)煙罩

2 新型集煙裝置

鑒于上述傳統(tǒng)煙罩的缺陷與不足，本文提出一種收集陽極爐加料口煙氣的集煙裝置。這種裝置具有能耗低、收集效率高、結(jié)構(gòu)簡單小巧、操作方便等特點(diǎn)，能達(dá)到改善車間工作環(huán)境、實(shí)現(xiàn)企業(yè)節(jié)能降耗減排的效果。

2.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

新型陽極爐集煙裝置主要包括爐蓋、包覆在爐蓋上的外層煙罩、輸送煙氣的管道及相關(guān)附屬設(shè)施,具體如圖2所示。

圖2 新型煙罩組成

其工作狀態(tài)如圖3所示。

圖3 新型煙罩工作狀態(tài)

由圖2、圖3可以看出：1）外層煙罩通過連接件與陽極爐本體上的支座鉸接。這樣，在卷揚(yáng)驅(qū)動(dòng)下外層煙罩可以繞連接件上的鉸接點(diǎn)旋轉(zhuǎn)打開或關(guān)閉。2）為了降低煙罩高度，出煙口設(shè)置在煙罩側(cè)面，出煙口連接至少1個(gè)回轉(zhuǎn)接頭，回轉(zhuǎn)接頭與固定在爐體上的前集煙箱連接，前集煙箱通過集煙管與固定在陽極爐本體上的后集煙箱連通，后集煙箱連通位于陽極爐本體端面的回轉(zhuǎn)煙箱。煙氣即順著上述連通管道被送到環(huán)集總管上。3）當(dāng)爐口需要進(jìn)料時(shí)，啟動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)將外層煙罩及爐蓋打開到一定角度；當(dāng)爐口需要出渣時(shí)，先將陽極爐本體旋轉(zhuǎn)到出渣位置，再啟動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)將外層煙罩及爐蓋打開到一定角度；除上述操作外，其余狀態(tài)爐蓋都是關(guān)閉的，只要有煙氣冒出都會(huì)被及時(shí)抽走。4）與傳統(tǒng)煙罩相比，該裝置最顯著的外形特點(diǎn)是整個(gè)煙罩收集裝置可以隨陽極爐本體旋轉(zhuǎn)。只要爐蓋不打開，即使?fàn)t體在旋轉(zhuǎn)過程中，煙氣也可以隨時(shí)被抽走。5）對應(yīng)1臺(tái)600 t規(guī)格的陽極爐，外層煙罩配置的外形尺寸（長×寬×高）約為3 600 mm×1 800 mm×1 350 mm，漏風(fēng)量約為12 000 m3/h（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下）。

2.2 裝置可靠性

陽極爐需要頻繁加料以及倒渣操作，此時(shí)都需要將煙罩打開，如果運(yùn)動(dòng)部件可靠性不足，導(dǎo)致煙罩無法及時(shí)打開或運(yùn)動(dòng)受阻，都將嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)，因此各運(yùn)動(dòng)部件的可靠性設(shè)計(jì)是該設(shè)備研發(fā)環(huán)節(jié)的重中之重。設(shè)計(jì)人員對該設(shè)備在可靠性上做了如下特別設(shè)計(jì)。

1）考慮到爐口區(qū)域受高溫輻射影響，外層煙罩容易受熱變形，設(shè)計(jì)時(shí)采取了多種措施進(jìn)行熱輻射保護(hù)。一是加強(qiáng)了煙罩本身的強(qiáng)度；二是煙罩與爐口護(hù)板之間留有一定的漏風(fēng)間隙，在保證煙罩內(nèi)良好負(fù)壓的前提下，通過一定的漏風(fēng)率保證煙罩不會(huì)過熱，防止煙罩變形；三是煙罩內(nèi)部敷設(shè)了一定厚度的耐火搗打料。通過以上措施，可以確保煙罩在較長時(shí)間內(nèi)不會(huì)變形。

2）運(yùn)動(dòng)部件在高溫輻射下會(huì)發(fā)生一定的熱膨脹。本方案采用了2個(gè)回轉(zhuǎn)接頭，以增加外層煙罩旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)的自由度，抵消熱膨脹的影響，防止運(yùn)動(dòng)卡死。

3 新型集煙裝置應(yīng)用效果

江西瑞林裝備有限公司為某冶煉廠600 t陽極爐設(shè)計(jì)的配套新型陽極爐環(huán)集煙罩（見圖4），采用了solidworks軟件進(jìn)行三維仿真，并進(jìn)行了熱應(yīng)力分析，保證了裝置的可靠性。該集煙裝置自2018年初投產(chǎn)以來，運(yùn)行非常穩(wěn)定，維護(hù)率低。應(yīng)用結(jié)果表明，新型煙罩結(jié)構(gòu)緊湊，設(shè)備采購成本顯著降低；內(nèi)部空間小，容易快速形成負(fù)壓；密閉性好，煙氣收集效率高，車間環(huán)境明顯得到改善，體現(xiàn)了良好的環(huán)保性；漏風(fēng)量只有原來的1/4，風(fēng)機(jī)功率可以減小大約140 kW，帶來了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。目前，這種新型陽極爐環(huán)集煙罩獲得了很多冶煉廠的認(rèn)可，正在多個(gè)項(xiàng)目中推廣使用。

圖4 新型煙罩實(shí)際應(yīng)用