新型氧气底吹还原炉煤粉喷吹系统设备运行原理

浦永涛

(北京瑞德克气力输送技术股份有限公司， 北京 100144)

铅精矿的火法冶炼必须经过两个冶金工艺过程：硫化铅精矿中的硫化铅及其他硫化物高温氧化生成氧化物(也可能同时通过交互反应生成部分金属)，氧化物还原反应生成金属。

除传统的鼓风炉还原熔炼外，近几年又新研发出了多种高铅渣直接还原法，其中具有代表性的是底吹熔炼还原法，即氧气底吹熔炼-氧气底吹还原法。氧气底吹熔炼炉产出的高铅渣熔融状态下通过溜槽加入到氧气底吹还原炉中，煤粉作为还原剂通过串罐旋转给料泵经底吹还原炉底部喷枪喷入熔池中，熔池温度升至1 423～1 473 K，含铅低的炉渣顺流至端部出渣口放出，还原出的铅液也逆流至出铅口放出，过程是连续进行的。该串罐旋转给料泵连续、均匀和稳定地将煤粉喷入到还原炉中，与天然气相比节约了成本，并且煤粉作为还原剂，还原表面积大，强化了还原，还原反应迅速、充分，指标平稳。

串罐旋转给料泵通过PLC控制系统的上位机实现对输送系统设备的监视、操作与控制，并确保其正常、可靠运行，并且为DCS系统预留PROFIBUS-DP协议接口，以实现喷吹设备的统一控制。

1 工艺过程描述

1.1 工艺参数

氧气底吹还原炉煤粉喷吹系统工艺参数见表1。

表1 氧气底吹还原炉煤粉喷吹系统工艺参数

1.2 系统描述

氧气底吹还原炉煤粉喷吹系统设一套串罐旋转给料泵，通过柔性软连接安装于炉前煤粉仓下方，煤粉仓下出口设置手动插板阀，用于检修串罐旋转给料泵时隔断煤粉。喷吹系统在PLC控制下通过操作员站进行远程操作，实现远程一件式操作。系统运行时，喷吹泵将煤粉经一条密闭管道，最终通过末端1分4分配器向底吹炉的4支喷枪供煤。煤粉喷吹系统连续稳定,能够控制其设定值与实际值偏差在±1%的精度工况下连续稳定运行,喷吹量可在设计值内任意调节，并且各支喷枪的煤量均匀度可控制在±2%以内。煤粉喷吹工艺流程图见图1。

图1 煤粉喷吹工艺流程图

2 喷吹泵

2.1 设备名称和型号

设备名称：串罐旋转给料泵(防爆型)。

设备型号描述：25/12/C- 50/12/250×80W。

25/12/C指: 25—上储料罐容积25立方英尺,约合0.71 m3, 12—上储料罐进料口圆顶阀公称直径为12英寸合300 mm, C—上储料罐为锥形下料口，50/12/250×80W指: 50—下喷吹罐容积50立方英尺, 约合1.4 m3, 12—下喷吹罐进料口圆顶阀公称直径为12英寸合300 mm, 250×80W —旋转给料器转盘直径250 mm，高80 mm, W—带称重计量系统。

2.2 设备特点

串罐旋转给料泵是用于固体粉料计量、控制、喷吹的核心设备。该设备由上下两个罐体构成，上罐为储料罐，下罐为喷吹罐，上罐入口安装有一台充气式圆顶阀，上罐与下罐之间装有两台圆顶阀(为了称重计量，两台阀门之间是软连接)。喷吹罐下边安装了一台旋转给料装置，该装置由变频电机驱动，通过调节变频电机的转速来控制给料量，与传统的靠调节输送气源压力和流量调节控制喷吹量的原理不同，这种调节方式不受罐体压力影响，更为平稳和精确。如果在输送过程中，管道压力出现波动，系统会自动调节电机的转速从而调节输送量，避免管道发生堵塞，当压力恢复正常后，系统会自动恢复至用户设定的输送量。串罐旋转给料泵和分配器外观详见图2、图3。

图2 串罐旋转给料泵

图3 分配器

2.3 工作原理

1)在正常喷吹时，上罐空置，上罐进料阀、排气阀、上罐出口阀、下罐进料阀和平衡阀均处于关闭状态，下罐喷吹和流化气源不间断供应，旋转给料器按设定量转速运行。当下罐物料低于低料位，料位计发出信号，上罐排气阀打开，释放上罐余留压力，平

衡阀及中间阀仍处于关闭状态，等到上罐压力显示上罐压力降到0.02 MPa 时，上罐进料阀打开，同时开启料仓出口流化气源，开始装料时，上罐底部流化气源打开，防止上罐物料堆积结块。当上罐装料到高料位时，料位计发出信号，经过短暂延时后，上罐进料阀和排气阀依次关闭，装料停止。此时，上罐底部流化气源仍在不停进入上罐，上罐压力上升，当上罐压力达到与下罐压力一致时，上罐出口阀、下罐进料阀打开，上罐煤粉靠自身重力落入下罐，为帮助下料，上罐顶部的进气阀打开，此时，通过节流阀控制输送气源流量，使通入泵体的气量恒定。经过设定时间后，上罐进气阀关闭，平衡阀打开，一段时间后，上罐流化气源、上罐出口阀、下罐进料阀和平衡阀关闭，完成倒罐。当下罐物料降到低料位以下时，上罐排气阀打开，上罐开始新一轮装料，这样完成一个运行周期。其运行周期示意图见图4。

2)旋转给料泵安装了称重计量系统，通过称重控制器，计算出实际喷吹速度，与控制系统设定的喷吹速度比较后，通过调整旋转给料机电机转速，使实际喷吹速度达到设定值，保证喷吹精度。物料的输送量随时都可通过操作画面调节。

图4 串罐旋转给料泵运行周期示意图

3)当系统将要发生物料堵塞时，会引起管道内输送气体的压力变化，此时控制系统会根据检测到的信号进行自动调节给料速度，避免堵塞。

4)系统具有各种报警功能。如果发生堵管、气源压力低等情况，系统将报警。系统在喷吹过程中，一旦管道压力升高并达到预定警戒值，控制系统就会发出报警信号，进入排堵过程。

5)通过系统设置的自诊断功能，可以在线诊断系统各部分的工作情况。当某个料位计、进料阀、中间阀、平衡阀或压力开关出现异常状态，甚至出现故障时，自诊断系统会发现问题所在，同时提醒设备操作人员及时处理。

6)系统遭遇停电时，分配器后支管三通阀门自动切换到清吹位置，清吹气自动供气保证喷枪安全。

2.5 控制系统描述

喷吹系统采用全自动程序控制运行，将设置以PLC加上位机为核心的完整的检测、连锁和保护装置，实现以LCD/键盘和鼠标作为监视和控制中心，对整个输送系统的集中控制。自动化水平将使运行人员无需现场人员的干预，在控制室内即可实现对系统启/停的控制、正常运行的监视和调整以及系统运行异常与事故工况的处理，并为DCS系统留有PROFIBUS-DP协议接口。自动控制系统界面如图5所示。

图5 自动控制系统界面

3 总结

目前，该喷吹设备在河南豫光金铅股份有限公司底Ⅱ还原炉成功应用，运行稳定，能耗低、煤粉喷吹寿命长，还原效果好，为煤粉底吹熔融工艺的推广提供了坚实的基础。