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夹套式热风炉的改造
发布时间：2013-08-11 10:33 来源：未知
采用闪速熔炼为主工艺，原设计年产电解铜100kt，2002年扩产至150kt/a，目前正在进行210kt/a扩建。它采用气流干燥工艺将精矿水份由8%～9%干燥至0.3%以下，以适应闪速炉对水份的要求，其工艺流程如图1所示。
气流干燥是利用重油在热风炉中燃烧产生的高温烟气在混气室与其它余热烟气混合，对物料进行干燥。在实际生产过程中，热风炉存在炉膛温度过高、炉衬损坏严重等现象，严重制约正常生产，通过不断改进，取得了良好效果。
1、改造前状况
采用夹套式热风炉，炉内环砌高铝砖，前端安装一支由日本CONORA公司提供的能力为140～850kg/h的超音波烧嘴，由专门的干燥重油机组提供250#重油，送风系统包括：二次风、助燃风、三次风，其中二次风用于重油烧嘴燃烧；助燃风由前端板上部吹入炉膛，起助燃作用，同时冷却炉膛；三次风由前部切向引入夹套，经过夹套再从炉膛后部的12个风口吹出，以冷却烟气，使混气室的烟气温低于450℃，防止精矿着火。图2为改造前金隆热风炉示意图。
自1997年金隆投产以来，闪速炉投料量逐渐提高，干燥量和烧嘴燃油量也相应提高，热风炉炉膛温度随之上升，当干燥量达到70t/h(年产100kt电铜的设计值)时烧嘴燃油量在550kg/h左右，此时炉膛温度达1100℃，但冬季由于气流干燥系统的空气温度较低，燃油量比平时高出120～180kg/h，在干燥量为70t/h时，冬季热风炉燃油量达到700kg/h左右，炉膛温度为1400℃左右。此时热风炉内环砌的高铝砖开始发红，部分砖体出现烧损及断裂现象，高温区域损伤更为严重，拱顶处出现下沉，并造成热风炉部分炉衬坍塌事故，每年大修都必须更换大量烧损的耐火砖，严重危胁到干燥系统的正常运行，富通新能源销售木屑颗粒机、木屑烘干机等生物质燃料成型、木屑烘干等机械设备。
2001年进行150kt/a电铜的扩产改造，最大干燥量达到105t/h，烧嘴的燃油量将大幅度提高，因此为保证生产的顺利进行，必须对热风炉作相应的改造，以降低炉膛温度，提高生产能力。
2改造
热风炉内部采用的是高铝质耐火砖，高铝砖的突出优点是耐火度及荷重软化温度高，其耐火度一般可达1750℃以上，用于热风炉上能提高风温和使用寿命。为何金隆热风炉使用过程中会出现砖体烧损严重现象呢？通过分析，我们认为有以下几种原因：
(1)热风炉内径仅为2 200mm，所采用的超音波烧嘴燃烧时为大张角火焰，在高油量燃烧时其外焰部分能直接冲刷到炉衬，使得该部分温度过高，远远高于所检测到的炉膛温度，甚至超过高铝砖正常使用温度，高铝砖长时间在高温条件下工作，砖体会逐渐软化产生可塑变形，强度显著下降以至破坏；
(2)高铝砖的热震稳定性能较差，耐急冷急热性能差。由于受到整个生产工序的影响，热风炉开停较为频繁，砖体在运行时温度很高，停运时温度急剧下降，多次的急冷急热可引起砖体的断裂；
(3)热风炉本身设计能力不足。初步设计中考虑到气流干燥的热源是来自蒸气过热炉、阳极精炼炉和贫化电炉的余热烟气，不足部分由热风炉中燃烧重油补充。在实际生产过程中，由于种种原因，仅仅引入了贫化电炉的余热烟气，蒸气过热炉和阳极炉的余热烟气并未引入，该部分引入的热量都由热风炉燃油补充，使热风炉在实际生产中所燃烧的重油大大高出设计值。表1为设计工况下引入气流干燥系统的烟气对照表。
过热炉及阳极炉余热烟气未曾引入，使进入干燥系统烟气显热减少了8 400MJ/h，这些热量将由热风炉燃油补充，设计工况下正常生产时热风炉燃油量每小时比设计值高出200kg，高出约40%左右。
为了有效地降低炉膛温度、减少对炉体耐火材料的损伤、延长炉衬使用寿命，我们主要在三次风引入方面进行了改进。
原有的热风炉运行时仅燃烧风、助燃风进入热风炉炉膛，其总量只有2万m3／h，最大能力为4.3万m3/h的三次风是由热风炉后部直接进入混气室，以冷却热风炉产生的高温烟气，仅仅起到一种稀释作用。如果能将三次风引入热风炉必将有效的降低炉膛温度，但大量的三次风全部引入热风炉会引起炉膛温度过低，造成烧嘴燃烧效果差，低于重油着火点温度（重油着火点一般为600℃左右），甚至造成烧嘴熄火。而进一步分析发现，引起烧嘴熄火的关键部位是火焰根部，因为重油燃烧时，该部分要把重油加热到沸点，而重油气化为蒸气是一个吸热过程，如该部分温度高即可保证整个重油燃烧过程的顺利进行。因此，当我们将三次风引入到热风炉时，只要注意其引入位置的分布，就不会对烧嘴的燃烧造成太大的影响。
在2000年5月大修期间，我们对热风炉进行了改造，将三次风改向，使三次风从夹套后部引入，经夹套，从热风炉前端吹入炉膛，以降低炉膛温度，改造后的热风炉如图3所示。
从图3可以看出，三次风是由紧贴着炉衬的环形出口平行吹入热风炉的，原有的助燃风箱保留，其出口和三次风环形出口一致。这样布置有以下几个优点：
(1)-次风紧贴炉衬吹入，在整个高铝砖表面形成一层风幕，最大限度的降低砖体的温度，更有效的保护炉衬，使之免受烧嘴火焰的的冲刷。
(2)由于三次风吹入部位远离烧嘴燃烧区域，避免燃烧区温度降低过大，造成燃烧效果不佳。
(3)助燃风仍然从顶部吹入，加强了对顶部炉衬的冷却。由于热风炉炉衬是采用环砌的方法，顶部是整个拱形的支承点，而且烧嘴燃烧时对该部分影响最大，温度也比其它部位高。
改造期间更换原来烧损的炉衬，改用性能更好的高铝砖，使其热震稳定性比以前提高不少。为了对引入热风炉助燃风及三次风进行量化监控，在助燃风、三次风管道上安装了流量计，在闪速炉中央控制室DCS上实时监视其流量，并根据生产需要通过气动调节阀控制引入风量。
改造后，热风炉运行基本正常，炉膛温度显著降低，干燥后干矿水份仍控制在0.3%以下，只是在低干燥量作业时烧嘴燃烧状况稍差，火焰不够稳定，火焰颜色较暗。运行一个月后，烧嘴喇叭口高铝质捣打料出现坍塌现象，同时热风炉炉体振动加剧，由于喇叭口坍塌，前端板温度较高，钢板烧损严重，给生产造成了一定程度的影响。为了不影响整个系统的正常生产，我们在前端板外部焊接箱体，箱体内部进行捣打料浇注。通过仔细分析研究，造成此种现象有以下几种原因：
(1)热风炉与混气室连接部为锥形结构，入口部截面只有1.1m×1.1m，大量的三次风从热风炉引入后，使排烟不够顺畅，再加上烧嘴燃烧不够稳定，引起炉体振动加大；
(2)改造后的烧嘴喇叭口是浇注在环形风口内环钢板上的，稳定性不好，浇注时筋爪数量不够，筋爪及内环钢板使用的材质耐高温性能不高，高温状态下容易变形、软化，造成附着的捣打料坍塌；
(3)由于工期较短，烘炉时间不够充分。
针对改造后出现的不足，我们在月修及2001年年修期间对热风炉进行了进一步的整改，彻底解决上述问题：
在烧嘴喷头部位加设火焰稳定器，在烧嘴重油燃烧区域形成局部高温气流循环，让燃烧风一部分通过稳焰器，另一部分绕过稳焰器再与火焰相交，起到分段向火焰供风的效果，使烧嘴燃烧更加稳定；
在不改变钢结构的条件下，将热风炉与混气室入口截面由1.1m×1.1m扩大到1.5m×1.5m，以保证排烟通畅；
采用耐热性能好的材质更换烧损的前端板、内环钢板，为了保证对喇叭口的支承，内环钢板厚度由10mm增加至15mm，宽度由原390mm增至450mm;
喇叭口施工时，采用耐热不锈钢做筋爪，焊接在前端板及内环钢板上，使其在整个喇叭口捣打料中形成立体支承，并在捣打料与钢板之间铺一层硅酸铝耐火纤维毡，以减少高温对支承钢板的影响。投用前对喇叭口进行充分烘烤，以确保水份蒸发完全。
3、改造效果
2002年金隆年产15万t电铜改造顺利完成，最大干燥量达到105t/h，热风炉运行正常，在此期间，由于生产需要，干燥量在40～105t/h波动，热风炉炉膛温度均控制在700～1200℃，且烧嘴燃烧状况良好，炉体未出现振动现象，烧嘴喇叭口捣打料至今保存完好，在3年多的生产过程中，高铝砖未出现丝毫烧损、断裂现象，炉衬保存完好，至今未曾更换。改造前后热风炉部分统计数据对照表见表2。
不难看出，就热风炉本体而言，通过改造后的热风炉实际生产能力还有进一步提升空间，如果采取提升重油燃烧系统充能力、适当降低风矿比、引入N，（防止干矿仓着火）等措施，金隆整个气流干燥系统的能力将可进一步提高。
