[科普中国]-飞溅冷凝器

简介

飞溅冷凝器是一种冷凝器转子，特别是涉及锌冶炼工业中锌蒸气冷凝工艺中的一种新型飞溅式冷凝器转子。其特征是转子上均匀分布五个转子叶片，转子叶片由直段部和曲段部构成，转子叶片直段部与转子中心线夹角α为15°-20°。优点是冷凝效率高，达到95%以上，兰粉量降低1%，锌的直接回收率高，可广泛应用于锌冶炼行业。

关铝集团公司铜锌分厂2500KVA炼锌电炉是由中国有色工程设计研究总院（原北京有色冶金设计研究总院）在原2000KVA炼锌电炉的基础上改进设计的，2001年投运以来，炉子的运行情况虽优于2000KVA炼锌电炉，但还存在炉气量波动大，冲斜坡（由于配料不合理形成泡沫渣或料柱塌方等原因使炉内锌蒸气压力在瞬时急剧增大，锌气从斜坡口涌出，在炉外燃烧产生高温，形成氧化锌粉弥漫散落在整个生产车间的现象）次数多等问题，影响锌的直收率，锌灰和兰粉产出量增大，运行成本增加。由于飞溅式冷凝器斜坡口正对着操作工，一旦突发冲斜坡事故，操作工的安全受到威胁。

针对2500KVA炼锌电炉存在的问题，工厂结合几年来的生产实践，并借鉴同行的经验，对2500KVA炼锌电炉飞溅式冷凝器的结构进行了改进，取得了明显效果1。

飞溅式冷凝器的结构飞溅式锌雨冷凝器用钢壳体、铝铬砖、高铝砖和捣打料砌筑，由斜坡、冷凝室、石墨转子和方箱构成。 飞溅式冷凝器为一密闭式容器，内部为密度大、抗磨性好、有足够强度的高铝砖或铝铬砖。靠冷凝器进口端有一隔墙将冷凝室分为前室和后室两部分，阻挡后室中浮于液面的锌灰随锌液进入前室磨损转子及影响直收率，而扬起落入后室的锌液可无阻挡地从外锌池流入前室。前室的端处再接一冷凝室，以增加冷凝强度，提高直收率。石墨转子呈45°角插入锌液中。冷凝器一侧设有外锌池，池中插入冷却水管，通过控制循环水量及插入深度调节冷凝器内的温度。外锌池一端有一出锌口，锌液由此口定期或连续放出。

飞溅式冷凝器的工作原理来自炼锌电炉的含锌高温炉气（1000-1100℃）通过斜坡先后进入飞溅式冷凝器的冷凝室与石墨转子扬起的低温+锌雨,相遇，高温炉气迅速放热降温，锌蒸气冷凝为液体锌与“锌雨”一起落入冷凝室内，并使锌液温度上升，锌液面升高，最后锌液流入贮锌池放出铸锭，气体由方箱口排出进入洗涤净化器。

生产中存在的问题早期的飞溅式冷凝器只设单转子，一个转子室一道锌封，冷凝效果和锌的直收率低。上世纪90年代后期，中国有色工程设计研究总院和襄汾有色金属公司根据生产实际，成功地研制出双转子飞溅式冷凝器，大大提高了冷凝效率和锌的直收率。本厂2500KVA炼锌电炉设计采用双转子飞溅式冷凝器，经过三年的生产实践，锌产量和各项指标均达到同行业先进水平，而且炉龄长和电耗低创同行业之最，但仍存在着炉况不稳定，锌直收率不高，冲斜坡次数较多等问题。而且放锌口正对斜坡口，工人的安全得不到保证2。

改进实践改进思路：

①增加飞溅式冷凝器的工作面积，强化锌蒸气与锌雨的接触，提高锌冷凝效率。

②改进飞溅式冷凝器结构,使斜坡口方向避开放锌口。根据上述思路，提出了开发三转子飞溅式冷凝器的设想。

1.三转子飞溅式冷凝器的结构

三转子飞溅式冷凝器是在双转子飞溅式冷凝器的基础上增设一转子室，且改变转子的排列方式。三转子飞溅式冷凝器由于增设一转子室，增加了一冷室面积。锌蒸气与锌雨接触机会增加，锌冷凝效率提高。飞溅式冷凝器面积增加，冷却水套相应增加，并且冷却方式由原来锌液单一循环流动改为大循环和小循环流动相结合，起到了强化锌液散热，降低锌液温度的作用，为锌蒸气冷凝创造良好的条件，有利于提高锌的直收率。锌液温度的降低，将减少用于降低飞溅式冷凝器锌液温度的U型管消耗量。另外，将斜坡口方向设置在与放锌口垂直的位置，操作工的人身安全得到保证。

三转子飞溅式冷凝器设计面积13.484㎡比原双转子飞溅式冷凝器面积增加113%。锌母液加入量16t，比原双转子飞溅式冷凝器锌母液加入量增加60%。金属的直收率预计提高2%。

2.三转子飞溅式冷凝器的运行

三转子飞溅式锌雨冷凝器于2004年10月建成投入运行，投,6个月来效果显著。

（1）由于增加了一个冷凝转子，强化了冷凝效果，锌的产量提高了15%-22%，金属直收率提高了2%-3%。

（2）锌蒸气冷凝为金属锌液的效率提高，锌灰、兰粉产量减少了3%，同时降低了操作工人的劳动强度。

（3）由于强化了锌蒸气的冷凝，炉内产生的锌蒸气能够顺利地进入飞溅式冷凝器被冷凝回收，炉内压力易于控制在安全操作的范围内+炉况稳定，冲炉，由于配料不合理形成泡沫渣或料柱塌方等原因使炉内锌蒸气压力在瞬时急剧增大+锌气从斜坡口电极孔涌出，严重时会冲开炉顶，在炉外燃烧产生高温，形成氧化锌粉，弥漫散落在整个生产环境的现象#的次数大大降低。 三转子飞溅式冷凝器投运后没有发生大的冲炉事故，安全隐患降低。

（4）炉顶寿命和炉内压力有很大的关系，炉顶故障是由于炉内压力不稳定或突变引起炉内锌蒸气压力急剧增大而引发的。三转子飞溅式冷凝器投运后，炉内锌蒸气压力易于异域控制，压力稳定在300Pa左右，炉顶处于压力平稳的环境，没有锌蒸气压力突然升高产生损坏炉顶冲击力的情况发生，炉顶寿命延长一个炉期。

（5）由于增设一转子室，增加了飞溅式冷凝器室面积，不仅飞溅式冷凝器散热面积增加，而且循环水套增加，使飞溅式冷凝器锌液温度接近控制目标，减少了U管投入使用的次数，U型管消耗量降低了10%。同时减少了U型管对锌液的铁污染，提高了产品质量。

3.经济效益分析

若按每台炉日产量增加2t，开炉时间每年300d计算，每台炉年可增加经济效益7.2万元。3台电炉年可增加经济效益21.6万元。

总结炼锌电炉飞溅式锌雨冷凝器由单转子到双转子直至三转子，其结构日趋合理。实践证明，三转子飞溅式锌雨冷凝器可提高锌直收率，提高锌的产量，降低生产成本，降低工人劳动强度，并且操作工人身安全得到保障。然而，转子消耗量较大，冷凝用。型管对锌液的铁污染和冷凝器清灰作业劳动强度大等问题仍待解决3。