噴吹給煤系統在煙化爐生產中的應用

辛鵬飛

(中國恩菲工程技術有限公司,北京 100038)

0 前言

隨著有色冶金行業環保要求不斷提高,亟需企業對鉛煉渣[1]、鋅浸出渣、銻冶煉渣[2]等冶金固廢、危廢進行無害化處理,煙化爐作為一種高效的熔池熔煉技術,因具有傳熱傳質快、反應劇烈、物料適應性強等優點,被廣泛應用于冶煉渣的處理。

煙化爐使用粉煤和粉煤反應產出的CO 作為還原劑[3],準確地控制粉煤給煤量對煙化爐生產至關重要。目前國內煙化爐中應用較多的粉煤給煤設備有:鎖風定量給煤機、旋轉給煤器、噴吹給煤系統等,噴吹給煤系統因具有給煤精度高、配置靈活等特點,已經在熔池熔煉中得到成功應用[4],近些年被廣泛應用于新建煙化爐項目。

1 噴吹給煤系統組成及工作原理

1.1 噴吹給煤系統組成

噴吹給煤系統是采用氣力輸送技術,將儲罐內的粉煤輸送至煙化爐內,該系統主要組成如圖1 所示。

噴吹給煤系統配置有粉煤接收倉、鎖氣罐、計量噴吹罐、旋轉給料機、噴吹送氣系統、輸送管道。

圖1 噴吹給煤系統構成

粉煤倉用于接收噴吹系統所需要的粉煤,在煙化爐生產系統中,粉煤接收倉多采用鋼倉,對于放置于開放空間內的粉煤倉,需根據當地氣象條件確定倉內是否會發生結露,若溫度較低,倉內會產生結露,需要對鋼倉進行保溫,以避免粉煤倉結露堵塞。

鎖氣罐采用鋼倉,其作用是周期性的通過加壓環境向計量噴吹罐補充粉煤。同時銜接計量噴吹罐和粉煤接收倉,保證噴吹系統在接收物料期間可以連續噴吹。

計量噴吹罐和安裝在其下的旋轉給料機同時工作,實現噴吹系統連續、定量給煤系統以壓縮空氣/氮氣作為載氣,將粉煤噴吹至輸送管道內。再通過輸送氣(壓縮空氣/氮氣/煙化爐一次風)將粉煤送至用點。

1.2 噴吹給煤系統工作原理

噴吹給煤系統粉煤接收倉,鎖氣罐,計量噴吹罐垂直布置。噴吹開始時,鎖氣罐內全部粉煤加入到計量噴吹罐內,粉煤接收倉與鎖氣罐間密封圓頂閥,和鎖氣罐與計量噴吹罐間的密封圓頂閥均關閉如圖2a 所示,計量噴吹罐內裝有粉煤,鎖氣罐為空罐,旋轉給料機根據設定的給料量進行變頻調整,以實現定容給料,計量噴吹罐裝有稱重裝置,通過稱重系統對系統給料量進行校核,調整旋轉給料機給料速度,以實現精確給料。

圖2 粉煤噴吹系統原理示意圖

當鎖氣罐內的粉煤完全加入到計量噴吹罐后,鎖氣罐與計量噴吹罐間的密封圓頂閥關閉,鎖氣罐與粉煤接收倉間的圓頂閥打開,粉煤接收倉中的粉煤加入到鎖氣罐內,如圖2b 所示,鎖氣罐設有稱重裝置,鎖氣倉中粉煤量達到設定值時,圓頂閥關閉,如圖2c 所示。

隨著噴吹過程進行,當計量噴吹罐內料量減少到設定值時,鎖氣罐與計量噴吹罐間的圓頂閥打開,粉煤進入計量噴吹罐內,如圖2d 所示,此時計量噴吹罐繼續噴吹給料。鎖氣罐內全部粉煤加入計量噴吹罐后,鎖氣罐與計量噴吹罐間的圓頂閥關閉,粉煤接收倉與鎖氣罐間的圓頂閥打開,系統開始新的進料周期[5]。

2 噴吹給煤系統在煙化爐生產中的應用

根據粉煤噴吹系統在煙化爐給煤過程中配置方式不同,可以將粉煤噴吹系統分為兩大類:(1)通過一次風作為噴吹系統輸送風。(2)通過壓縮空氣/氮氣作為噴吹系統輸送風。

2.1 一次風作為噴吹系統輸送風

第一類應用中,煙化爐工藝風主管道分成一次風支管和二次風支管后,一次風支管進入噴吹設備間,接入噴吹系統輸送風接口,混合有粉煤的一次風通過一次風風管輸送到煙化爐爐前,噴入到煙化爐內,工藝流程圖如圖3 所示。

圖3 煙化爐一次風管直接連接給料機工藝流程圖

由于煙化爐一次風風管接口標高一般距離地面3.5～4 m,可將噴吹系統安裝在±0.000 地面,一次風與粉煤混合后,風煤混合管道在車間內抬高到煙化爐一次風風管接口高度,與煙化爐一次風接口連接。這種安裝方式的優點是粉煤噴吹區域廠房高度較低,可降低土建投資,但對噴吹系統和煙化爐之間的位置有一定要求,以避免一次風管道系統有過多的彎頭。

另一種配置形式是將噴吹系統安裝在平臺上,使一次風與粉煤混合后水平送至煙化爐,與煙化爐粉煤一次風接口相連。這種配置方式的優點是粉煤與一次風混合物管道容易布置,減少彎頭,避免風煤混合物對彎頭的磨損。但需要將噴吹系統區域廠房高度做高,土建投資增加。

以一次風作為輸送風的優點是不需要壓縮空氣輸送風,節約了壓縮空氣,對于小型煙化爐而言,一般單側僅設計有一個一次風接口,全系統共兩根一次風主管,因此相對配置較為簡單,可以采用一次風作為輸送風直接將粉煤送至煙化爐一次風接口。

2.2 壓縮空氣作為噴吹系統輸送風

以壓縮空氣/氮氣作為噴吹系統輸送風時,煙化爐一次風管與二次風管均直接接入爐前,通過壓縮空氣/氮氣將粉煤送至爐前一次風管道,粉煤與一次風混合后噴入煙化爐內。

圖4 壓縮空氣作為噴吹系統輸送風工藝流程圖

這一應用方式的優點是煙化爐一次風風管布置簡單,對于改造工程無需更改一次風風管布置形式,僅需將噴吹系統粉煤輸送管道接入一次風風管即可。同時由于使用壓縮空氣輸送粉煤,管徑更小,輸送距離長,輸送距離可超過百米,布置方案更為靈活。這一應用方式的缺點在于需要消耗一定量的壓縮空氣,生產成本有所增加。

2.3 噴吹給煤系統在大型煙化爐中應用

當煙化爐規格變大后,煙化爐長度增加,單側噴槍數量增加,如何保證各支噴槍粉煤的均勻分配成為大型煙化爐應用中必須解決的問題。

根據目前煙化爐的生產經驗,一個爐身上風煤分配器接10～14 支噴槍時,可保證一次風和粉煤在各支噴槍均勻分配。在進行國內某大型煙化爐(＞30 m2)系統設計過程中,作者與所在中國恩菲設計團隊將煙化爐單側設計三個風煤分配器,每一個分配器連接10～14 支噴槍,每一個分配器設計有一個一次風的主管接口。這保證了每一個分配器內各支噴槍風煤分配均勻。

供風系統的設計過程中將單側一根一次風主管的方式改為單側三根一次風主管,分別與三個風/煤分配器相連,通過一次風主管上的閥門調節一次風壓力和流量,保證每一組噴槍一次風總風量分配均勻。

生產系統采用兩套噴吹給煤系統,每臺負責煙化爐一側的給煤。每臺給煤系統下部旋轉給料機均設計了三個出料口,三個出料口分別與輸送壓縮空氣管相連,以壓縮空氣作為輸送氣將粉煤送至單側三個一次風風管,噴吹給煤系統每個出料口給煤均勻,保證了三個風/煤分配器中的煤量分配均勻。

圖5 大型煙化爐給煤系統工藝流程

3 結語

噴吹給煤系統在煙化爐生產中已經得到廣泛應用。對于新建小型煙化爐,采用一次風作為粉煤輸送氣更合理。對于改造項目采用壓縮空氣作為粉煤輸送氣體,將粉煤送至一次風管進行混合的方式更有優勢。

噴吹給煤系統在大型煙化爐生產系統中應用優勢明顯,采用壓縮空氣作為粉煤輸送氣體,可以實現通過噴吹設備對粉煤進行初次分配,保證大型煙化爐粉煤均勻分配。