一种降低转炉低空污染的改造方法

彭志聪，陈 波

（江西瑞林电气自动化有限公司，江西南昌 330038）

转炉是对冰铜进行吹炼操作的冶金设备。转炉的吹炼过程就是通过送风系统向炉内鼓入空气，使熔剂加料系统向炉内加入的石英石熔剂和冰铜发生剧烈的氧化反应，将冰铜中的硫、铁和其他杂质氧化除去，得到粗铜[1]。转炉工艺流程见图1。

图1 转炉工艺流程

由于转炉的间歇性工作性质，在转炉炉体转入转出的送停风过程中，由于转炉炉内压力大于炉外压力，当活动烟罩打开后，会有大量的烟气外溢，同时伴随熔体喷射，会造成严重的低空污染[2]。随着环保意识的加强，以及在大力倡导节能降耗的社会浪潮下，这种转炉低空污染亟待解决。

某大型铜冶炼厂共有3台转炉、2台鼓风机。为响应国家清洁生产的号召，该厂依托江西瑞林电气自动化有限公司在铜冶金行业的丰富经验和技术优势，与其反复研讨降低现有转炉低空污染的改造实施方案，并于2015年8月共同完成实施。

1 改造方案

改造方案主要从硬件的改造和控制策略的完善两个方面进行。

1.1 硬件的改造

硬件的改造主要包括：1）将原有活动烟罩700 mm半开限位开关改成光电开关，提高转炉活动烟罩限位开关的可靠性和精确性。2）增加激光测距仪用于实时测量活动烟罩的移动位置，通过控制系统对活动烟罩的提升和下降操作，能够精确和灵活地控制活动烟罩的开度。3）在3台转炉集中操作台上各自增加1个自动停风/手动停风模式转换开关，用于选择每台转炉送风系统的工作模式。

1.2 控制策略的完善

控制策略的完善主要是对转炉送风系统控制策略在自动送风模式下所做的完善，包含了以下控制策略的完善:

1）转炉回炉操作过程中，在转炉控制系统上位机操作界面上，操作一键送风按钮后，放空阀自动关闭，等待转炉送风压力升至50 kPa以上，再自动打开送风阀并自动检测送风阀打开时间。若开阀超时或风压＞100 kPa则自动打开放空阀，确保送风过程安全。

2）转炉回炉操作过程中，增加转炉活动烟罩的移动范围在700～400 mm位置内才允许打开送风阀的联锁；在回炉操作时，人工操作活动烟罩下降至400 mm处自动停止1次。

3）转炉倾炉操作过程中，炉位角度增加至20°时，活动烟罩自动提升至400 mm处自动停止1次，放空阀自动打开，送风阀在放空阀全开到位后延时2 s，待转炉炉位角度＞60°后自动关闭。

4）转炉在倾炉操作至45°处，需确认活动烟罩位置是否＞400 mm。若活动烟罩位置＞400 mm，转炉继续倾炉至60°处再自动停止；若活动烟罩位置＜400 mm，转炉会自动停止倾炉，待活动烟罩位置提升＞400 mm后，转炉才能继续倾炉。

2 改造功能的实现

2.1 转炉回炉实际运行情况

转炉回炉交际运行情况如下：1）确认满足送风条件后，将转炉回炉操作在60°送风位置处停止；2）手动关闭活动烟罩，活动烟罩在下降至400 mm处后自动停止；3）在转炉控制系统上位机操作界面上将送风机导叶设置在30%开度输出，进行一键送风操作后，放空阀自动关闭，开始迫压至50 kPa后打开送风阀（若送风迫压至100 kPa后，送风阀仍然未打开至全开限位，将自动打开放空阀，送风失败，等待下次送风条件），再继续回炉操作。4）转炉回炉操作至45°时，确认风压和风量达到设定值以上，转炉才能继续回炉至0°自动停止。改造后的转炉送风操作流程，如图2所示。

图2 改造后送风操作流程

2.2 转炉倾炉实际运行情况

转炉倾炉实际运行情况如下：1）在确认满足停风条件后，在中控室操作台上进行倾炉操作，同时在转炉控制系统上位机操作界面上操作，将鼓风机入口导叶开度降低至5%（为防止送风压力骤降，引起风机喘振，转炉PLC控制系统通过速率限制器调节导叶开度）。2）转炉在倾炉操作至20°时，活动烟罩自动提升至400 mm中间限位处停止。转炉在倾炉至45°时判断活动烟罩是否已上升至400 mm位置：若活动烟罩已上升至400 mm位置，转炉继续倾炉至60°确认位停止；若活动烟罩未提升至400 mm位置，转炉在45°停止。3）转炉在倾炉操作至20°时，放空阀自动打开至全开位置。通过现场实测发现放空阀打开时：若送风阀阀后风压＜100 kPa，转炉倾炉至60°时，风压已下降至50 kPa内，此时转炉炉口基本没有烟气溢出；若送风阀阀后风压＞100 kPa，转炉转至60°时风压仍＞70 kPa以上，转炉炉口有少量烟气冒出，此时转炉炉口冒出的烟气可通过环保烟罩收集。4）放空阀全开到位延时2 s后，且转炉炉位角度倾炉＞60°后，送风阀自动关闭。5）如果倾炉过程中，在事故倾炉角度范围内，转炉送风压力或送风流量下降过快并且低于安全设定值后，转炉将事故倾炉至安全位置。改造后的转炉停风操作流程，如图3所示。

图3 改造后停风操作流程

3 效果分析

1）在回炉送风过程中，由于风机房到转炉炉前的送风管道的长度有500多米，存在送风滞后问题。一键送风操作后，自动关闭放空阀，等待迫压至50 kPa，且活动烟罩下降至40%左右时，才自动打开送风阀，在送风安全的前提下，缩短送风迫压的等待时间，同时使转炉开风过程中吹向转炉内的冷风量最小化，延长转炉炉砖使用寿命，并降低风机能耗。

2）转炉倾炉过程中，因放空阀提前打开，转炉在转出过程中风压明显下降，进转炉的风量同步明显下降。这样使转炉在转出过程中，向环集烟道送入的烟气和向厂房喷射的烟气明显减少，源头上解决转炉生产作业过程中低空污染问题。

3）转炉在倾炉过程中，由于活动烟罩是在转炉炉位角度为20°后才开始自动提升，在倾炉过程中，大部分烟气回收至主烟气管道，进入制酸系统。很少部分烟气在转炉倾炉过程中进入环境集烟脱硫系统，极少部分烟气向厂房外溢。实测进环集脱硫系统的SO2浓度由改造前的 1 500×10-6～1 600×10-6降低至300×10-6以内，环保效益显著；同时增加硫酸产量，大大降低环集脱硫系统生产运行负荷，增加经济效益。

4）转炉在倾炉过程中，放空阀提前打开且导叶拉至5%时，送风管道上的风压快速下降，送风风量也同时在下降，确保转炉鼓风机的工作点在安全区，从根本上解决转炉鼓风机在转炉倾炉过程中的喘振问题。同时在转炉倾炉停风过程中，鼓风机的运行电流也提前快速下降，风机的节能效果十分明显。

5）改变转炉送风、停风过程的手动操作模式，开启了转炉送、停风一键操作的智能模式，降低转炉操作难度，提高了转炉操作的安全性。

4 结束语

此次改造工程主要是对转炉送风系统控制策略的完善，在硬件上的改造工作量不大，投资小回报大，现场调试周期短，便于推广。通过此次改造，大大减少转炉送、停风过程中的烟气外溢，从源头上降低低空污染，环保效益和经济效益显著，达到了改造预期的效果。