doi: 10.3969/j.issn.2095- 1744.2012.03.005

熔铅炉低氧弥散燃烧节能减排效果

文 汪洋洋 1,2      蒋绍坚 1      艾元方 1      王   涛 1

1. 中南大学 能源科学与工程学院 长沙 410083

2. 株洲火炬工业炉有限责任公司 湖南 株洲 412000

摘要：针对传统熔铅锅室式燃烧间接加热、大空气过剩系数 + 不完全燃烧 + 高温排烟等问题，开发 一种具有“均匀直接加热，低空气过剩系数 + 低氧弥散燃烧+ 高效回收烟气余热及预热空气”等 特征的低氧弥散燃烧熔铅炉。应用结果表明，低氧弥散燃烧熔铅炉节能 50% 以上，尾气 CO 含量 <50 mg/m3 ，NOx 排放 <80mg/m3 ，铅锅使用寿命超过 3 年。

关键词： 熔铅炉；低氧弥散燃烧；节能减排

中图分类号： TF066. 1; TF812            文献标识码： A            文章编号： 2095- 1744(2012)03-0047-03

熔铅锅在国内铅冶炼厂家应用较为普遍。根据用途 不同，熔铅锅可分为阳极锅、阴极锅、电铅锅、合金锅 等。这些熔铅锅均使用钢制坩埚，通过燃料燃烧加热坩 埚，采用间接加热熔化技术。传统熔铅炉，以发生炉煤 气为燃料，采用室式燃烧间接加热，见图 1。整个炉体 由燃烧室及加热室组成，燃烧室产生 1 100 ℃高温烟气 进入加热段，直接加热铅锅，加热后烟气温度仍高达 1 000 ℃以上，一般是直接排空，另外还存在炉温均匀 性差、燃烧不完全、控制手段落后，  能耗高、热效率低、 坩埚使用寿命短、操作环境差等问题。熔铅锅节能减排 技改对于当前工业领域减少 CO2  排放具有重要意义。以 国内某大型铅冶炼厂为例，熔铅锅煤气单耗高 (220~260 m3/t-Pb)，热效率低 ( 仅为 10%)，坩锅使用寿命短 ( 只

有 3~6 个月)，排烟热损失大 ( 烟气带走的显热损失高 达 50%~60%)，化学不完全燃烧损失高 (20%~30%)。

高温空气燃烧 (High Temperature Air Combustion ， HTAC) 应用于钢铁加热炉节能 40%~50% ，CO2  减排 30%~60%，NOx  排出由 g/m3  数量级降低到 30~50 mg/m3。 文献 [1] 考虑到其具有以自燃为稳燃条件，燃烧反应 点弥散且燃烧过程延时可控等特点，将其定义为低 氧 弥 散 燃 烧 (Dispersion Combustion with Low Oxygen- concerntration, DCLO)。文献 [2] 尝试将高温空气燃烧技 术应用到有色冶金铜精炼炉领域。文献 [3] 将低氧弥散

燃烧引入到有色冶金熔铅锅领域，在传统熔铅锅上技改

实现了 DCLO 技术条件，开发出低氧弥散燃烧熔铅炉新

技术。文献 [4] 以单面加热改造为高温烟气旋流均匀加

热整个锅体，燃料消耗降低到原来的一半，且解决了锅

体使用寿命短的难题。

收稿日期： 2011- 11- 19

作者简介： 汪洋洋 (1970-)，男，安徽巢湖市人，工程师，硕士

生，主要从事冶金炉窑等方面的研究。

NONFERROUS METALS ENGINEERING

1   低氧弥散燃烧熔铅炉工作原理

低氧弥散燃烧熔铅炉如图 2 所示，  包括燃烧加热室、 2 个蓄热燃烧器、2 个保温点火烧嘴、四通阀和返烟调节 阀。燃烧加热室底面或侧墙上设置平衡排烟口，中心设 置锅底支座。燃烧室直段区端墙上安装有保温烧嘴和蓄 热燃烧器。在燃烧加热室形成 U 字形炉气行程，最大限 度地延长高温烟气在炉膛内的行程。低氧弥散燃烧熔铅 炉将传统熔铅炉燃烧室和加热室合并为一室，扩大燃烧 室容积以适应燃烧反应区拓宽和延长烟气停留时间及炉 内行程等需要。

熔铅炉保温操作时保温烧嘴始终开启。熔化操作时 蓄热燃烧器和保温烧嘴开启，蓄热燃烧器周期性交替工 作，完成燃烧和抽吸烟气、放热和吸热等功能，空气被 预热到 700 ℃以上，烟气降至 150 ℃排出，热回收效率 超过 85%。

整个燃烧过程空气过剩系数在 1.05~1.2 范围内， 烟气循环利用率不超过 30%，燃烧加热室燃烧释热为 400~800 W/(m3 ·h)。“切换式燃烧 + 燃烧加热室炉衬高 温辐射 + 烟气炉外再循环形成的低氧燃烧”，促使铅锅 均匀加热，且无铅锅高温烧损发生。

2   低氧弥散燃烧熔铅炉节能技改措施

2.1    低氧弥散燃烧

低氧弥散燃烧熔铅炉优化炉内高温气流，使得火焰 充满整个燃烧室， 大幅度地提高热效率( 减少CO2 排放)、 强化燃烧反应 ( 减少 CO 排放 )，减轻操作强度和延长 铅锅使用寿命。具体措施有：空气预热，空气 / 烟气管 路上增设一对陶瓷蓄热室，配备空气 / 烟气切换装置；  配合切换装置，燃气注入口周期性注入燃气，火焰充满 整个燃烧室，燃烧释热均匀和温度分布均匀，延长铅锅 使用寿命；优化炉内气流，高温空气在炉内经过一个圆 形行程，防止空气短路流入烟道，延长可燃气在炉内停 留时间，强化燃烧气化反应；切换周期在 90~120 s 范围

内；利用低热值燃气中的CO2 和N2 等惰性气体成分稀释，

或炉外排烟作稀释剂，降低燃烧区含氧浓度。

2.2    高效回收烟气余热

采用空气预热蓄热式烧嘴。蓄热室安全工作条件包

括：控制系统运行可靠，煤气启停动作正常，不出现因

燃气控制阀关闭不严而发生煤气泄漏到蓄热室烧损蓄热

体的现象；进出蓄热室的空气和烟气量相等，连续两个

周期里蓄热体温度变化相等；控制切换周期，防止出现

蓄热室温度长时间持续升温或降温现象；调节蓄热室气

流速度，使得气流流出蓄热体层后仍有一定压力。

2.3    强化熔炼生产和延长铅锅使用寿命

同时采用降低空气过剩系数，回收烟气余热和预热

助燃空气，降低炉外烟气循环百分比，通过提高空气温

度与降低空气含氧浓度来强化燃烧化学反应和降低烟气

CO 排放浓度以及缩短熔炼周期等措施，可以提高设备

热效率，强化熔炼生产。

优化燃烧操作条件，抑制铅锅受热面氧化烧损所需

要的高温高氧动力学条件。燃用 N2  和 CO2  含量高的低

热值发生炉煤气，加上燃烧时低空气过剩系数和炉外烟

气循环再利用等措施，有效地降低了铅锅受热面附近区

域炉气含氧浓度和燃烧温度。

炉膛内组织高温低氧空气燃烧，燃烧释热均匀，炉

内温度均匀，没有明显火焰和明显高温区域，避免了高

温气流直接冲刷铅锅受热面引起受热面局部烧穿事故。

2.4    炉压稳定

机械排烟和炉尾烟道自然排烟两种方式相结合。经

烧嘴排出的烟气 ( 占总烟气量 60%~70%)，流至四通换

向阀烟气出口接烟气管路，经钢烟囱排出。占总烟气量

30%~40% 的烟气从炉尾烟道以自然排烟方式排出，烟

道上设烟道闸板来控制烟气流量。引风机排烟烟囱和炉

尾烟道烟囱合并，引风机排烟口插入炉尾烟道中，利用

引风机引射实现集中排烟。辅助烟道用于均衡炉压，在

蓄热室异常和控制系统功能不正常时使用。

2.5    使用冷发生炉煤气

发生炉煤气总管既要考虑内部保温，又要考虑粉尘

和管道腐蚀问题。煤气开闭阀采用压缩空气作为动力源，

气动执行器采用进口产品，  以便满足热煤气换向燃烧要

求。煤气管道上不直接设置控制元件 ( 如流量孔板、蝶

阀等 )，煤气管道设置内隔热，避免过长的管道长度和

过多的分段。

3   低氧弥散燃烧熔铅炉技术性能参数

低氧弥散燃烧熔铅炉工作环境：   1) 海拔不超过

2000 m ，大气压力 ( 绝对压力 ) 0.1 MPa；2) 环境温度

-25~40℃；  3) 相对湿度≤ 90%，不结露；4) 周围无爆

48  工程技术 Engineering Technology

炸性气体及严重损坏金属和绝缘的腐蚀性气体；5) 现场

无明显的震动和颠簸；6) 设备应安装在通风较好的室内。 低氧弥散燃烧熔铅炉技术性能参数如表 1 所示。

4   低氧弥散燃烧熔铅炉节能减排效果

4.1    低氧弥散燃烧熔铅锅节能减排性能

低氧弥散燃烧熔铅锅节能环保效益显著：煤气消耗

节约 50%，热效率提高至 50% 左右，尾气排出温度降低

至 150 ℃以下，尾气 CO 含量低于 50 mg/m3 ；CO2  排放

量减少 50% 以上，尾气 NOx  排放浓度低于 80 mg/m3；

熔铅锅使用寿命大幅度延长 ( 超过 3 年 )。

2008 年 12 月株洲冶炼集团铅分厂熔铅炉低氧弥散

燃烧技改节能环保效益 [5]  如表 2 所示。

表 1  低氧弥散燃烧熔铅炉性能参数

4.2    低氧弥散燃烧熔铅锅节能技改范例

低氧弥散燃烧熔铅炉节能技改在我国有色冶金行业 范例如表 3 所示。

表 2  技改前后能耗对比

5    结论

传统熔铅炉采用低氧弥散燃烧、均匀直接加热、低

空气过剩系数、高效回收烟气余热及预热空气等措施改

进，可以克服其不完全燃烧、烟气间接加热、大空气过

剩系数、高温排烟而导致的高耗能、污染大和操作费用

高等问题，为传统熔铅企业节能减排提供有益参考。

参考文献

[1] 蒋绍坚 , 艾元方 , 彭好义 , 等 . 高温低氧燃烧技术与应用 [M].

长沙 : 中南大学出版社 , 2010: 135- 151.

[2] 朱洪滨 , 谢建文 , 黄天增 , 等 . 高温空气燃烧技术在铜精炼

反射炉上的应用 [J]. 工业炉 , 2001(2): 32-34.

[3] 汪洋洋 , 李培华 , 夏中卫 , 等 . 蓄热式熔铅炉 : 中国 , 实用新

型 ZL201020169513.2[P]. 2010-04-26.

[4] 白   桦 . 一种新型熔铅锅的设计 [J]. 有色冶金节能 , 2007(6):

38-39.

[5] 沈维民 , 贺新华 , 王赛辉 , 等 . 蓄热式燃烧技术在有色熔铅

炉的研究与运用 [J]. 有色冶金节能 , 2009(3): 35-39.