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蓄热式技术在铅冶炼行业的研究及应用蓄热式技术在铅冶炼行业的研究及应用
本文阐述了豫光金铅天然气加热炉采用蓄热式燃烧技术的改造方案，探讨了其在生产运行中出现的问题及解决措 施，介绍了改造后的主要节能效果。实践证明，蓄热式燃烧技术在铅冶炼天然气加热炉上的节能效益显著，环保性能 优异，加热炉热效率可提高20%以上，具有较好的推广前景。
文 | 姜彦林
河
盖电铅、 粗铅、 次氧化锌、 硫酸、 粗铜、 金、 银、锑白、精铋、合金铅等十余种产品。 作为以火法为主的一家大型冶炼企 业，现有加热炉 50 多套，年消耗天然气 约 2500 万立方。如何最大限度降低能耗、 实现可持续发展 ；如何走一条清洁、节能 的能源消耗之路， 是该公司设备管理的目 标， 也是能源管理的一项重要工作。 改造的背景 1 改造前的炉窑状况 电铅熔铸初期以大碳为燃料，对 电 解后的铅板进行熔化、铸锭。后经天然气 烧嘴、鼓风预热的换热式炉窑改造，实现 了清洁化生产、劳动轻度降低、减员增效 的良好效果。但是能耗指标上升、产品成 本增加等现实问题摆在了面前， 如何降低 天然气消耗成为控制电铅成本的一个突 破口。 2 改造前加热炉存在的问题 2.1 炉体保温性能差，炉外表温度高，散 热损失严重 改造前的炉体均采用传统的耐火砖 砌筑，应用了大量的耐火砖和红砖，在炉 热运行过程中，因炉体保温性能差，造成 炉体外壁对外散热，热能损耗大，同时给 操作环境造成影响。 2.2 炉体均采用重质耐火材料， 蓄热损失 严重 炉体蓄热是工业炉炉衬体结构设计 的关键部位， 直接影响炉子的升温速度和 炉子的热耗，在炉体启动运行时，需要消 耗大量的燃料燃烧来将所有耐火砖体升 温， 当达到炉体稳态后还需要大量的热量 维持才能保证炉温的稳定，因此，炉体将 损耗大量的热量， 是节能的重点。 2.3 燃烧器的布置和排烟的不合理性 从现有结构看，烧嘴布置在锅体的 下方，而且设置了挡火墙，排烟口设置在 沿程最远的上方，但事实上，烧嘴燃烧后 的热气在排烟口的抽力作用下， 经过炉内 定向流动排出炉外， 并没有全面的和锅体 外壁进行接触换热， 真正的有效热没有发 挥作用，导致该炉的热效率很低，能源浪 费严重。 2.4 炉内炉气充满度极低， 受热面积小 导致铅锭在锅内熔化速度慢，迫使 熔化周期延长， 大量的能源浪费。 2.5 炉体排烟温度高， 换热器换热效果比 较差 不能充分将烟气中的热量返回炉内， 也是能耗不可低估的一大部分。 综上所述，改造前的加热炉炉结构， 在热能技术应用方面存在着很多问题， 炉 子的热效率很低， 节能潜力很大。 2. 6 可控性较差，不能根据实际及时控 制， 温度自动化程度低 控制系统不合理，存在热能控制浪 费现象。 3 蓄热式技术的应用 3.1 蓄热炉工作原理的介绍 蓄热式技术，其 主要特征在于 ：具 有蓄热室、蓄热体、换向系统 ；其燃烧过 程是周期式换向燃烧 / 排 烟。在第一周 期，A 蓄热室通过助燃空气，助燃空气预 热到较高温度参加燃烧 ；与此同时 B 蓄 热室通过烟气， 高温烟气将蓄热体加热到 较高温度后以较低温度排放。在第二周 期， 换向阀换向， B 蓄热室通过助燃空气， 助燃空气预热到较高温度参加燃烧 ；与 此同时 A 蓄热室通过烟气， 高温烟气将蓄 热体加热到较高温度后以较低温度排放。 如此循环往复。 蓄热式炉型一般可将助燃空气预热 至仅比炉温低 100℃，由于助燃空气预热 温度较高，排放的烟气温度较低(一般在 150℃以下)，因此热效率较高，可较大幅 度地节约能源。 3.2 蓄热式炉窑的应用背景 综合以上情况，在考察钢铁行业、 金属镁行业部分企业的蓄热炉应用效果 后，豫光金铅决定采用天然气蓄热式燃 烧技术对炉窑进行节能的改造，2009 年 9 月 15 日完成精炼厂四车间两台成品熔 铅锅的蓄热式炉窑改造，成为国内第一 家在铅冶炼行业实施天然气蓄热式炉窑 的尝试者。 改造过程的实施 精炼四车间成品熔铅锅蓄热炉经过 近两年的生产运行实践， 对蓄热炉的以下 几个方面进行了完善和改进。 1 改变炉窑砌筑结构 改变原炉窑设计方案 ，在炉窑砌
筑过程中增加高铝纤维板等保温材料， 提高炉窑的保温性能 ，最大限度地减 少热量的散失，使炉体表面温度降至 常温。 2 实施最佳的风燃比控制 在单台蓄热炉上增加鼓风风量、天 然气用量流量计， 将过去的风燃比靠人工 经验调节改为数据控制调节， 使风燃比达 到最佳， 保证天然气的充分燃耗。 3 实施炉温炉压及烟气自动控制 对蓄热炉实施炉温燃烧控制、炉 压 安全控制及排烟温度控制。 炉温燃烧控制，在熔铅锅升温、保温 阶段， 实现炉膛温度在一定范围内可实施 自动控制 (炉膛温度达到高点时停止大火 燃烧，低于低点时启动大火燃烧)，防止 熔铅锅出现过烧现象， 造成不必要的燃气 浪费。 炉压安全控制，为减少换向对炉内 压力调节的干扰， 采用远程自动控制烟气 总管调节阀门，保证了炉膛压力的稳定。 具体控制过程是 ：在计算机上设定炉压 控制值， 计算机通过控制烟气调节阀的开 度来自动跳跃设定值， 保证炉压处于设定 值范围内，处于稳定状态，避免炉压高给 燃烧带来安全隐患。 排烟温度控制，系统对排烟温度有 一定的要求，一般不能高于 180 度，当高 于 180 度时要强制换向。强制换向是为保 护排烟引风机， 以防在高温下引风机烧毁 带来安全隐患。所以换向控制系统对排烟 温度控制有两种方法 ：一是减少通过蓄 热室内的烟气量， 二是改变换向的周期时 间来控制温度。 4 增加蓄热体的面积比 改变蓄热体的形状，增加蓄热体 的表面积。在大孔径蓄热体基础上，适 当缩小孔径、增加孔径的数量，达到增 加表面积的目的。蓄热体由通常采用 100×100×100 孔径 3mm六边形， 改造 为 200×120×100 加 大 形，增加换热面 积 200m2 左右，加大蓄热能力，提高节 能率。 5 对蓄热炉设备配置中存在的问题进行 整改 对排风机后的管路不畅进行整改、 对冬季管道内出现的冷凝水腐蚀风机问
表 2 成品熔铅锅蓄热式炉窑改造前后指标对比
表3 与株冶电铅蓄热炉改造前后能耗数据对比 (株冶蓄热炉尚未投产)
备注 ：该天然气能耗指标为除铜、熔铸、成品三个工序的天然气能耗指标总和。 据了解，该公司在蓄热式炉窑的应
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