CN113502400A - 一种富氧顶吹熔池熔炼炉系统及其控制方法 - Google Patents

一种富氧顶吹熔池熔炼炉系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种富氧顶吹熔池熔炼炉系统及其控制方法，系统中顶吹炉的顶部连通有烟气出口烟道、顶部设有物料入口、下部设有出渣口和金属出口；出渣口处设有红外测温仪和辅助燃烧器；烟气出口烟道上设有氧气含量分析仪，烟气出口烟道上设有烟气压力变送器，烟气压力变送器外接引风机；从顶吹炉的顶部插入有喷枪，喷枪外接富氧管道和燃料管道，富氧管道上装有氧含量分析仪、氧气调节阀和富氧管道压力变送器，烟气抽口通道上设有烟气氧含量分析仪，烟气氧含量分析仪连接氧气调节阀；顶吹炉上设有炉体热电偶，燃料管道上设有燃料调节阀，炉体热电偶连接着燃料调节阀。本发明实现炉膛温度、压力及氧含量的精准控制，保证顺利排渣，实现顶吹炉平稳操作。

Description

一种富氧顶吹熔池熔炼炉系统及其控制方法
技术领域
本发明属于危废处置领域，具体涉及一种富氧顶吹熔池熔炼炉系统及其控制方法。
背景技术
我国电镀行业在废水处理过程中会产生大量污泥，这种污泥种含有Cu、Fe、Ni、Zn等多种金属，往往也被称为含铜污泥，其性质复杂，是国内外公认的危废之一，被列入国家危险废物名录，废物类别为HW17。为治理这种危废，目前重金属污泥资源再生企业均在投入研发各具特点的熔池熔炼新工艺。
富氧顶吹熔池熔炼技术利用富氧空气，化学反应全部在密闭的炉体内进行。具备自动化程度高、处理能力大、烟气量小、原料适应性强等优点，是未来含铜污泥资源化的趋势。顶吹熔炼技术在熔炼的过程中喷枪强烈搅拌熔体，使入炉物料和完全搅动熔池中的过氧化炉渣充分接触，为熔炼物料的反应提供了合理地动力学和热力学条件，同时搅拌过程中飞溅起来的熔体对加入炉内的小颗粒有铺集回收的作用，具有对物料适应性广，物料在炉内反应速度快和处理能力大，烟尘产率低的特点。
在富氧熔池熔炼技术中，顶吹炉流程更短，炉体结构简单、紧凑，便于维护、检修和升级改造，占地面积小。反应速度快，需要各个子系统同步并并均匀稳定地提供必要的工艺条件，需要配置可靠的自动控制系统，因此顶吹熔炼技术自动化程度比较高。
在富氧顶吹熔池熔炼炉的操作过程中，由于进料组分比较复杂，炉膛温度场、氧含量容易分布不均容易有大量NOX生成，并且炉渣性质很难控制。如果控制不好炉渣不能流出，严重时可发生死炉状态，不能平稳运行。
进料系统的稳定运行也到顶吹炉的操作稳定，进料波动可能也很大，进料量波动会造成与之联锁的配风量、氧气量的变化和炉内反应气氛的相应变化,严重时可能产生泡沫渣喷炉事故。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提供一种富氧顶吹熔池熔炼炉系统及其控制方法，以实现处理危废时顶吹炉的平稳运行。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种富氧顶吹熔池熔炼炉系统，包括顶吹炉及其附属设施。所述顶吹炉的顶部连通有烟气出口烟道、顶部设有物料入口、下部设有出渣口和金属出口；所述出渣口处设有红外测温仪和辅助燃烧器；所述烟气出口烟道上设有氧气含量分析仪，所述烟气出口烟道上设有烟气压力变送器，所述烟气压力变送器和外接引风机形成控制回路；从所述顶吹炉的顶部插入有喷枪，所述喷枪外接富氧管道和燃料管道，所述富氧管道上装有氧含量分析仪、氧气调节阀和富氧管道压力变送器，所述烟气抽口通道上设有烟气氧含量分析仪，所述烟气氧含量分析仪和所述氧气调节阀形成控制回路；所述顶吹炉上设有炉体热电偶，所述燃料管道上设有燃料调节阀，所述炉体热电偶和所述燃料管道调节阀形成控制回路。
本发明进一步设置为，所述顶吹炉外设有钢壳，所述钢壳外设有水冷套。在外壁对炉衬进行降温保护，可减少由传统统统水套冷却带走的热量，实现节能减排。
本发明进一步设置为，还包括进料系统，所述进料系统包括并列设置的成品料仓、还原煤料仓、添加剂仓，所述成品料仓、所述还原煤料仓、所述添加剂仓通过管线连接混料机，所述成品料仓、所述还原煤料仓和所述添加剂仓均设置称重模块，所述混料机的出料端设有前端皮带机，所述前端皮带机的出料端设有缓冲料仓，所述缓冲料仓的出料端进料皮带机，所述进料皮带机的出料端指向所述物料入口。缓冲料仓只需具备一定容积规模即可，用作进料波动的缓冲。本发明中的各种料仓优选整体流料仓，整体流料仓的下料速度较稳定，更适合对称重输送进行计量和控制，同时由于罐内物料密度基本一致，停留时间也基本相同，不存在流动死区。
本发明还提供了上述富氧顶吹熔池熔炼炉系统的控制方法，对稳定进料量、控制添加剂加料量、控制渣型、控制炉温和氧含量等因素加以严格控制，包括以下步骤：
步骤一：配伍后的原料送入成品料仓，还原煤送入还原煤料仓，添加剂送入添加剂仓，根据进料情况调整还原煤和添加剂的量，减少出现泡沫渣，并保证排渣的顺利；
步骤二：原料、还原煤和添加剂在混料机混合，混合后的物料经前端皮带机进入缓冲料仓，缓冲料仓的设置可保持入炉物料量的稳定；
步骤三：危废及辅料经进料皮带由物料入口进入顶吹炉，烟气在顶吹炉炉膛内焚烧后从烟气出口烟道离开。熔渣是一种氧化物熔体，经过造渣反应生成，通常包括FeO\Fe2O3\SiO2\CaO\MgO。经过1300℃的高温熔炼，炉渣与反应成的铜等金属在静置后因密度差相分离并分层，密度大的金属在下层。炉渣由炉底的出渣口排出炉外，金属由炉底出渣口之下的金属出口排出。
本发明进一步设置为，引风机维持顶吹炉内微负压；根据烟气压力变送器采集的负压压力，调节变频引风机的频率，维持炉顶负压稳定。
本发明进一步设置为，喷枪的出口浸没在渣面以下200～300mm。在插入渣层不同深度时，压力的变化会反应在富氧管道压力变送器上。
本发明进一步设置为，炉体热电偶检测炉膛温度，并根据炉膛温度调节燃料阀开度，维持炉膛温度平稳；以烟气氧含量分析仪的读数为操作变量，调节氧气调节阀，维持烟气出口氧含量的稳定，使NOX生成的可能性大大降低。炉体热电偶包括对耐火材料的检测。
本发明进一步设置为，喷枪的出口浸没在渣面以下，根据富氧管道压力变送器的读数调节喷枪插入深度，维持喷枪浸没在渣面以下200-300mm。
本发明进一步设置为，通过红外测温仪实时检测出渣口的炉渣温度，如果炉渣温度过低导致流动性不足，通过调节喷枪的功率，调节通过喷枪进入炉膛的二次风配风量，并调整添加剂的进料量；排渣不畅时启动燃烧器，提供热量促进炉渣流动，且燃烧器燃烧掉逸出的炉膛气体。在出渣口复杂的工况下，红外测温仪的检测稳定可靠，可实现对温度场的检测。
本发明进一步设置为，富氧为氧气含量为50～60％的富氧空气，从烟气出口烟道离开的烟气去余热回收，炉渣排出后在水池内水淬冷却成玻璃体渣并收集。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
(1)以烟气出口烟道的烟气氧含量和炉膛温度为控制变量，调节氧气调节阀的开度，维持烟气出口氧含量的平稳；
(2)通过炉体热电偶检测炉膛温度，调节燃料调节阀的开度，维持炉膛温度场的平稳，能更好的节约燃料，并极大减少NOx的生成；
(3)通过在钢壳外设置水冷套，在外壁对炉衬进行降温保护，可减少由传统设计的铜水套冷却带走的热量，实现节能减排。
(4)通过红外测温仪可更直观可靠的监测出口炉渣的温度和流动性，避免堵塞，如果炉渣温度过低导致流动性不足，可通过调节喷枪的输出能量、调节配风量、调整添加剂的进料量等手段进行调节；可保持炉渣稳定的排出炉外，避免发生堵塞。
(5)设置称重模块，可以根据进料情况调整还原煤和添加剂的量，减少出现泡沫渣，保证安全顺利排渣。
(6)设置具有一定容积的缓冲料仓，可以应对进料量的波动，保持入炉物料量的稳定，满足各工况的需要。料仓更适合采用整体流设计。
(7)依靠引风机来维持整个系统在处理过程中的负压，以防止炉中的物质进入工作环境。
(8)本发明通过以上控制系统和控制方法实现炉膛温度、压力及氧含量的精准控制，保证炉渣排渣顺利，达到顶吹炉的安全平稳操作的目的。
附图说明
图1为本发明实施例富氧顶吹熔池熔炼炉系统的结构示意图；
图2为本发明进料系统的结构示意图。
其中，1-顶吹炉，2-物料入口，3-烟气出口烟道，4-出渣口，5-金属出口，6-炉体热电偶，7-烟气氧含量分析仪，8-烟气压力变送器，9-喷枪，10-燃料调节阀，11-氧气调节阀、12-氧含量分析仪，13-燃烧器，14-红外测温仪，16-富氧管道压力变送器，17-喷枪控制器，18-成品料仓，19-还原煤料仓，20、21-添加剂仓，22-混料机，23-前端皮带机，24-缓冲料仓，25-进料皮带机，26、27、28、29-称重模块，30-炉壁水冷套。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种富氧顶吹熔池熔炼炉系统，包括顶吹炉1，顶吹炉1的顶部连通有烟气出口烟道3、顶部设有物料入口2、下部设有出渣口4和金属出口5。出渣口4处设有红外测温仪14和辅助燃烧器13。烟气出口烟道3上设有氧气含量分析仪，烟气出口烟道3上设有烟气压力变送器8，烟气压力变送器8外接引风机。从顶吹炉1的顶部插入有喷枪9，喷枪9外接富氧管道和燃料管道，富氧管道上装有氧含量分析仪12、氧气调节阀11和富氧管道压力变送器16，烟气抽口通道3上设有烟气氧含量分析仪7，烟气氧含量分析仪7连接氧气调节阀11。顶吹炉1上设有炉体热电偶6，燃料管道上设有燃料调节阀10，炉体热电偶6连接着燃料调节阀10。
作为另一个实施例，还包括进料系统，进料系统包括并列设置的成品料仓18、还原煤料仓19、添加剂仓20、21，成品料仓18、还原煤料仓19、添加剂仓20、21通过管线连接混料机22，成品料仓18、还原煤料仓19和添加剂仓20、21均设置称重模块26、27、28、29，混料机22的出料端设有前端皮带机23，前端皮带机23的出料端设有缓冲料仓24，缓冲料仓24的出料端进料皮带机25，进料皮带机25的出料端指向顶吹炉1的物料入口2。
本发明还提供了上述富氧顶吹熔池熔炼炉系统的控制方法，包括以下步骤：
步骤一：配伍后的原料送入成品料仓18，还原煤送入还原煤料仓19，添加剂送入添加剂仓20、21，根据进料情况调整还原煤和添加剂的量，减少出现泡沫渣，并保证排渣的顺利。
步骤二：原料、还原煤和添加剂在混料机22混合，混合后的物料经前端皮带机23进入缓冲料仓24。
步骤三：危险废物及辅料经进料皮带25由物料入口2进入顶吹炉1，烟气在顶吹炉1的炉膛内焚烧后从烟气出口烟道3离开去余热回收，炉渣和金属因密度差分层，炉渣密度小由炉底的出渣口4排出炉外，在水池内水淬冷却成玻璃渣并收集；金属密度大由炉底的金属出口5排出。
此外，引风机维持顶吹炉1内微负压。根据烟气压力变送器8采集的负压压力，调节引风机的频率，维持炉顶负压稳定。
炉体热电偶6检测炉膛温度，并根据炉膛温度调节燃料阀开度，燃料可以是燃油、燃气或煤，维持炉膛温度平稳。以烟气氧含量分析仪7的读数为操作变量，调节氧气管道调节阀11，维持烟气出口氧含量的稳定。熔炼用的富氧优选氧气含量为50～60％的富氧空气。
喷枪9的出口浸没在渣面以下，根据富氧管道压力变送器16的读数调节喷枪9插入深度，维持在渣面以下200-300mm。
钢壳外设置有水冷套30，在外壁对炉衬进行降温保护，可减少由传统铜水套带走的热量，实现节能减排。
通过红外测温仪14实时检测出渣口4的炉渣温度，如果炉渣温度过低导致流动性不足，通过调节喷枪9的功率，调节喷枪9的二次风的配风量，以及调整添加剂的进料量进行调节。如排渣不畅时可启动燃烧器13，提供热量促进炉渣流动。另外燃烧器13也能燃烧可能逸出的炉膛气体，作为炉子的安全备保措施。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种富氧顶吹熔池熔炼炉系统，其特征在于，包括顶吹炉，所述顶吹炉的顶部连通有烟气出口烟道、顶部设有物料入口、下部设有出渣口和金属出口；所述出渣口处设有红外测温仪和辅助燃烧器；所述烟气出口烟道上设有氧气含量分析仪，所述烟气出口烟道上设有烟气压力变送器，所述烟气压力变送器外接引风机；从所述顶吹炉的顶部插入有喷枪，所述喷枪外接富氧管道和燃料管道，所述富氧管道上装有氧含量分析仪、氧气调节阀和富氧管道压力变送器，所述烟气抽口通道上设有烟气氧含量分析仪，所述烟气氧含量分析仪连接所述氧气调节阀；所述顶吹炉上设有炉体热电偶，所述燃料管道上设有燃料调节阀，所述炉体热电偶连接着所述燃料调节阀。
2.根据权利要求1所述的富氧顶吹熔池熔炼炉系统，其特征在于，所述顶吹炉外设有钢壳，所述钢壳内设有水冷套。
3.根据权利要求1或2所述的富氧顶吹熔池熔炼炉系统，其特征在于，还包括进料系统，所述进料系统包括并列设置的成品料仓、还原煤料仓、添加剂仓，所述成品料仓、所述还原煤料仓、所述添加剂仓通过管线连接混料机，所述成品料仓、所述还原煤料仓和所述添加剂仓均设置称重模块，所述混料机的出料端设有前端皮带机，所述前端皮带机的出料端设有缓冲料仓，所述缓冲料仓的出料端指向进料皮带机，所述进料皮带机的出料端指向所述物料入口。
4.根据权利要求3所述的富氧顶吹熔池熔炼炉系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：配伍后的原料送入成品料仓，还原煤送入还原煤料仓，添加剂送入添加剂仓；
步骤二：原料、还原煤和添加剂在混料机混合，混合后的物料经前端皮带机进入缓冲料仓；
步骤三：危废及辅料经进料皮带由物料入口进入顶吹炉，生成的烟气在顶吹炉炉膛内焚烧后，从烟气出口烟道离开；炉渣由炉底的出渣口排出炉外，金属由炉底的金属出口排出。
5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，引风机维持顶吹炉内微负压；根据烟气压力变送器采集的负压压力，调节引风机的频率，维持炉顶负压稳定。
6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，炉内微负压为-50～-20Pa。
7.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，炉体热电偶检测炉膛温度，并根据炉膛温度调节燃料阀开度，维持炉膛温度平稳；以烟气氧含量分析仪的读数为操作变量，调节氧气管道调节阀，维持烟气出口氧含量的稳定。
8.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，喷枪的出口浸没在渣面以下200～300mm。
9.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，通过红外测温仪实时检测出渣口的炉渣温度，如果炉渣温度过低导致流动性不足，通过调节喷枪的功率，调节通过喷枪进入炉膛的二次风配风量，并调整添加剂的进料量；排渣不畅时启动燃烧器，提供热量促进炉渣流动，且燃烧器燃烧掉逸出的炉膛气体。
10.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，富氧为氧气含量为50～60％的富氧空气，从烟气出口烟道离开的烟气去余热回收，炉渣排出后在水池内水淬冷却成玻璃渣并收集。
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