優(yōu)化PS轉(zhuǎn)爐送停風(fēng)控制達(dá)到節(jié)能環(huán)保效果

段志良，馬英奕

（1.浙江江銅富冶和鼎銅業(yè)有限公司，浙江 杭州 311404；2. 江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

PS 轉(zhuǎn)爐［1］爐體以風(fēng)眼（每臺(tái)爐子約54 個(gè)，水平分布）水平位置為0 度，可在-180 度至+180度范圍內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，用于吹煉冰銅的冶金爐，爐體用鋼板制成，呈圓筒形，內(nèi)襯耐火材料。

PS 轉(zhuǎn)爐吹煉過(guò)程是分周期進(jìn)行的，作業(yè)分為造渣期和造銅期，發(fā)生的反應(yīng)幾乎全部是放熱反應(yīng)，為防止吹煉過(guò)程中產(chǎn)生過(guò)多熱量而加劇耐火磚的損耗，所以需要向爐內(nèi)加入包殼、塊狀煙灰和殘極等冷料，以控制爐內(nèi)溫度。同時(shí)由于處理高品位冰銅或爐體過(guò)冷，吹煉過(guò)程所需的熱量難以維持，所以需要鼓入富氧空氣，增加反應(yīng)強(qiáng)度提升熱量,以彌補(bǔ)煙氣帶走熱量的不足。在吹煉過(guò)程中，需要由人工完成頻繁的搖爐、送停風(fēng)等操作，容易造成能量的損耗、環(huán)境的污染及工人勞動(dòng)量的增加。

2 背景技術(shù)

2.1 傳統(tǒng)PS 轉(zhuǎn)爐的結(jié)構(gòu)

2.1.1 本體主要設(shè)備［1］爐體、傾轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)［3］、減速箱、滾圈、活動(dòng)爐門(mén)、擋灰門(mén)等，如圖1 所示。

2.1.2 配套設(shè)備排煙系統(tǒng)、環(huán)集系統(tǒng)、熔劑系統(tǒng)、送風(fēng)系統(tǒng)（送風(fēng)閥、放空閥）［6］等。

2.2 傳統(tǒng)PS 轉(zhuǎn)爐的控制及操作

2.2.1 目前大部分PS 轉(zhuǎn)爐［1］送風(fēng)操作及控制

具備送風(fēng)條件，操作工通知硫酸主控室準(zhǔn)備送風(fēng)。高排風(fēng)機(jī)手動(dòng)提高轉(zhuǎn)速；活動(dòng)爐門(mén)手動(dòng)操作下降到50%以上；手動(dòng)開(kāi)大送風(fēng)機(jī)的導(dǎo)葉開(kāi)度；手動(dòng)點(diǎn)動(dòng)DCS 畫(huà)面上的送風(fēng)按鈕，送風(fēng)閥先打開(kāi)，等到送風(fēng)閥打開(kāi)以后放空閥再關(guān)閉，等待風(fēng)量達(dá)到10000Nm3/H、風(fēng)壓50kPa 以上（等待時(shí)間約60 秒）。

圖1 煉銅轉(zhuǎn)爐示意圖

以上步驟完成后操作工開(kāi)始搖爐，從等待位60 度開(kāi)始，角度到達(dá)20 度時(shí)（風(fēng)眼進(jìn)入熔體的角度），時(shí)間約25 秒，即約85 秒左右時(shí)間以20000～30000Nm3/h 風(fēng)量送往轉(zhuǎn)爐爐體，做無(wú)效送風(fēng)，主風(fēng)機(jī)做無(wú)用功浪費(fèi)能源。

2.2.2 目前大部分PS 轉(zhuǎn)爐停風(fēng)操作及控制

手動(dòng)關(guān)小導(dǎo)葉開(kāi)度；操作爐體傾轉(zhuǎn)到60 度停止位，手動(dòng)點(diǎn)動(dòng)停風(fēng)按扭，此時(shí)放空閉打開(kāi)，送風(fēng)閥關(guān)閉；手動(dòng)把高排轉(zhuǎn)速降下來(lái)，活動(dòng)爐門(mén)提升，到此整個(gè)停風(fēng)操作完成。

3 現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題

（1）根據(jù)PS 轉(zhuǎn)爐的特點(diǎn)每個(gè)作業(yè)周期都要頻繁的搖爐、送停風(fēng)操作，平均每爐次要操作6 次,頻繁的操作增加了操作工的單爐工作量［4］。

（2）送風(fēng)過(guò)程中等待風(fēng)量、風(fēng)壓(搖爐操作風(fēng)量、風(fēng)壓必須達(dá)到一定的條件)時(shí)，送風(fēng)機(jī)大約以20000Nm3/h -30000Nm3/h 的風(fēng)量送往轉(zhuǎn)爐爐體；停風(fēng)操作從吹煉位（以0 度為例）搖到60 度停止位，角度20 度左右風(fēng)眼離開(kāi)熔體，從20 度位置到停止位（60 度）時(shí)間約20 秒，這20 秒時(shí)間內(nèi)還在以37000Nm3/h 左右的風(fēng)量向爐體送風(fēng)。大部分送往爐體的冷風(fēng)量通過(guò)高排風(fēng)機(jī)抽出進(jìn)入主煙道送往硫酸工藝、部分風(fēng)量帶著煙氣被環(huán)集風(fēng)機(jī)抽到環(huán)集系統(tǒng)、部分外溢到空氣中造成低空污染,影響主廠房的環(huán)境冶理。

（3）送、停風(fēng)過(guò)程中大量無(wú)效送風(fēng)通過(guò)主風(fēng)機(jī)抽到主煙道及環(huán)集系統(tǒng)，使主風(fēng)機(jī)白白的多做無(wú)用功，按目前公司的產(chǎn)能計(jì)算平均送停風(fēng)操作一次主風(fēng)機(jī)要多做約2 分鐘無(wú)用功，每出一爐銅平均要搖爐、送停風(fēng)操作6 次，即每出一爐銅主風(fēng)機(jī)要做約12 分鐘的無(wú)用功，按一臺(tái)PS 轉(zhuǎn)爐［1］每天出約7 爐銅，即每天主風(fēng)機(jī)要多做84 分鐘的無(wú)用功，長(zhǎng)此以往嚴(yán)重的浪費(fèi)了電能，增加了主風(fēng)機(jī)大負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間。

（4）送、停風(fēng)過(guò)程中大量的冷風(fēng)送往風(fēng)眼，造成風(fēng)眼周?chē)哪突鸫u溫度急劇變化，時(shí)間越長(zhǎng)變化越急烈，使耐火磚的性能產(chǎn)生變化，嚴(yán)重影響到其使用壽命。

4 優(yōu)化方案

4.1 本技術(shù)方案的詳細(xì)闡述

（1） 在主傾轉(zhuǎn)電機(jī)的主軸上安裝高精度編碼器,實(shí)時(shí)監(jiān)控轉(zhuǎn)爐的傾轉(zhuǎn)角度，傳統(tǒng)的做法是通過(guò)凸輪控制器［5］記錄爐體傾轉(zhuǎn)的位置（比如:倒銅位、倒渣位、事故傾轉(zhuǎn)停止位［4］等）信息,不能實(shí)時(shí)監(jiān)控轉(zhuǎn)爐的傾轉(zhuǎn)角度。

（2）在活動(dòng)爐門(mén)平衡錘上方安裝紅外線測(cè)距儀［5］，實(shí)時(shí)監(jiān)控活動(dòng)爐門(mén)的位置信號(hào)。

（3） 把檢測(cè)送風(fēng)風(fēng)量的FCI氣體質(zhì)量流量計(jì)（檢測(cè)原理是恒溫或恒功率，需電加熱，反應(yīng)時(shí)間比較長(zhǎng)）改成羅斯蒙特的阿紐巴流量計(jì)（檢測(cè)原理差壓式，響應(yīng)快）。

4.2 邏輯修改

4.2.1 增加活動(dòng)爐門(mén)位置信號(hào)聯(lián)鎖

轉(zhuǎn)爐開(kāi)始吹煉送風(fēng)過(guò)程中,活動(dòng)爐門(mén)的位置必須大于50%送風(fēng)閥才能被允許打開(kāi)，低于50%時(shí)被鎖止不允許打開(kāi)，此聯(lián)鎖主要防止在送風(fēng)時(shí)活動(dòng)爐門(mén)敞開(kāi)大量煙氣外溢到空氣中,造成低空污染。

4.2.2 送風(fēng)過(guò)程送風(fēng)閥、放空閥聯(lián)鎖修改

具備送風(fēng)條件，操作工DCS 畫(huà)面上點(diǎn)動(dòng)送風(fēng)操作按鈕，放空閥先關(guān)閉，送風(fēng)壓力大于50kPa 時(shí)送風(fēng)閥自動(dòng)打開(kāi)，減少送風(fēng)升壓等待的時(shí)間(傳統(tǒng)操作是送風(fēng)閥先打開(kāi)，放空閥再關(guān)閉，此時(shí)風(fēng)眼暢通風(fēng)壓需要很長(zhǎng)時(shí)間憋上去，約60 秒左右達(dá)到50kPa,修改聯(lián)鎖關(guān)系后約8 秒左右憋到50kPa，大大的減少憋壓的時(shí)間)，縮短無(wú)效的送風(fēng)時(shí)間。

4.2.3 停風(fēng)過(guò)程送風(fēng)閥、放空閥聯(lián)鎖修改

從操作工開(kāi)始搖爐，至爐體傾轉(zhuǎn)到約10 度（此時(shí)風(fēng)眼還在熔體內(nèi)）放空閥先打開(kāi)，管道中大量的殘余風(fēng)量從放空閥排到大氣中,少量風(fēng)量進(jìn)入爐體維持轉(zhuǎn)爐正常傾轉(zhuǎn)（風(fēng)壓大于50kPa、風(fēng)量大于10000m3/h），等到爐體傾轉(zhuǎn)到20 度左右，此時(shí)風(fēng)眼剛露出熔體表面，大量風(fēng)量已從放空閥排出，只有少量風(fēng)量送往爐體，送往爐體少量風(fēng)量再通過(guò)高排風(fēng)機(jī)、環(huán)集風(fēng)機(jī)抽走，減輕了硫酸工藝、環(huán)集系統(tǒng)處理風(fēng)量負(fù)荷，節(jié)約了電能；溢出到空氣中的煙氣量非常少，大大的降低了低空污染；同時(shí)也防止大量冷風(fēng)送往爐體造成風(fēng)眼附近的耐火磚溫度急劇變化，影響到耐火磚的使用壽命。

等到角度大于60 度時(shí)送風(fēng)閥自動(dòng)關(guān)閉無(wú)需人工操作。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)優(yōu)化PS 轉(zhuǎn)爐控制方案，并經(jīng)多年在浙江江銅富冶和鼎銅業(yè)有限公司的實(shí)踐使用在以下方面得到大大改善。

（1）在送、停風(fēng)過(guò)程中部分設(shè)備通過(guò)自動(dòng)控制，減少設(shè)備操作步驟，大大降低操作工操作設(shè)備的數(shù)量，使操作工單爐工作量減少60%以上。

（2）在送、停風(fēng)過(guò)程中縮短無(wú)效的送風(fēng)時(shí)間，使高排風(fēng)機(jī)、環(huán)集風(fēng)機(jī)盡量少做無(wú)用的功，減少能源的損耗節(jié)約電能，每年產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

（3）縮短冷風(fēng)送往爐體風(fēng)眼的時(shí)間，延長(zhǎng)耐火磚的使用壽命，據(jù)測(cè)算改造后每臺(tái)轉(zhuǎn)爐耐火磚多出10-20 爐銅，創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

（4）在送、停風(fēng)過(guò)程中有效的控制無(wú)效送風(fēng)，大大降低低空污染，使低空污染得到有效的冶理，廠房?jī)?nèi)環(huán)境得到大大的改善，大大降低工廠冶理低空污染的成本。