[科普中国]-烟化炉

概述

向液态炉渣中鼓入空气和粉煤的混合物，使渣中的某些有价金属以金属、氧化物或硫化物的形态挥发出来的设备。烟化炉原是处理铅鼓风炉渣的设备。

有色冶金企业中各种炉渣（尤其是铅锌渣、锡渣）的处理均广泛采用烟化炉。传统烟化炉为间断作业，用粉煤作还原剂，粉煤和风一起通过风嘴鼓入炉内。这样做带来的弊端有：风嘴受粉煤高速颗粒流的冲刷，磨损严重，寿命短；由于间断作业产生的高温烟气经余热利用装置所产的蒸汽不连续且波动很大不利于利用，尤其是不利于发电；需复杂的粉煤制备系统。1

粉煤燃烧机理烟化炉熔炼是一个周期性的工作，可以进行加料、 升温、 还原吹炼、放渣四步。 粉煤在熔炼过程中具有还原和供热双重作用。 粉煤气流燃尽的过程比较漫长。 让烟气过快离开炉膛会造成机械燃烧不完全而造成燃料损失。 在升温阶段， 应该根据粉煤气流的燃尽时间来确定气流操作速度。 选取合适的气流速度， 保证粉煤燃烧发挥完全。2

危险气体种类（1）烟粉煤气粉混合物，即空气和烟粉煤的混合物。烟粉煤的爆炸浓度范围与煤的成分、粒度、引火源的种类及环境条件有关，一般认为煤尘爆炸浓度极限为30～2000 g/m3；烟粉煤与空气混合物着火温度为350～500℃，这种温度条件，几乎一切火源均可达到，如爆破火焰、电气火花、机械摩擦火花、 瓦斯燃烧或爆炸等。煤粉扬尘时也会形成气粉混合物，甚至会发生燃爆现象。

（2）CO：CO在空气中的爆炸浓度极限为12～74.5%。在空气中的自燃点为609℃，CO与空气 混合物遇明火、炽热会引起燃烧爆炸；CO通过呼吸道进人人体后，立即与血液中的血红蛋白结合，从而使人体组织缺氧而中毒。

（3）水蒸气。水受热汽化时，体积增大1700多倍，瞬间汽化，轻则会烫伤人，如果在密闭容器内发生瞬时汽化，则会发生爆炸。

烟化炉生产中出现的安全事故，绝大部分是没有控制好已形成的危险气体造成的。3

产生原因烟化炉生产中，烟煤既作燃料又作还原剂，是形成烟粉煤气粉混合物和CO危险气体的根源。烟化炉为水(汽)冷水套或烟化炉——余热锅炉——体化结构，生产岗位间断操作，通常冷却水强行冷却、炉体水套漏水或冷却水套浸没人熔渣等都会使水蒸气成为危险气体。

一、粉煤制备和输送过程危险气体形成的原因：

粉煤制备过程中，烟煤经过热风干燥——球磨机磨煤——粉煤风机抽风——布袋室过滤将粉煤捕集，在粉煤风机抽风过程中，形成的气粉混合物可能在爆炸浓度极限范围内。

煤粉如遇热空气或明火极易产生自燃，若在煤仓储存时间过长，由于其表面积大，碳与空气中的氧缓慢发生化学反应，放出的热量如果不能及时释放而积聚，导致局部温度越来越高，可能达到粉煤燃点而产生明火，着火的煤粉遇到扬尘或通风时，有可能形成达到爆炸浓度极限的气粉混合物而产生爆炸。

二、炉内CO形成危险气体的原因：

正常生产时，在中间粉煤仓不出现操作失误的情况下可以使气粉混合物受控燃烧，烟化炉内CO浓度处于工艺受控状态，生产过程不会出现危险。 但是，烟化炉放完渣停煤时间不长，一次风管和混合箱内残存粉煤喷到炉膛内因停止鼓风而发生不完全燃烧，此时如果停止抽风，产生的CO不能被及时抽 走，空气和CO比重很接近，CO难以快速扩散到炉膛上部空气中而导致局部积聚，CO在炉膛局部浓度可能达到12%以上，从而形成危险气体，遇到明火便产生爆炸。

三、冷却水产生水蒸气形成危险气体的原因：

烟化炉炉膛熔渣温度达1150～1250℃，通常是间断性生产，岗位操作也具有间断性，如进料——放渣——清理进料溜槽——清理放渣孔和渣槽——转入下一炉进料吹炼，其中清理进料溜槽、清理放渣孔和渣槽均要采用强行发水冷却方式，水量控制不当可能流入炉膛导致出现明火或水蒸气直接伤人；生产过程中发现炉体水冷水套缺水发红，如果立即通水，最先进入的冷却水可能快速转化为水蒸气，体积迅速膨胀，轻则导致水套变形，重则产生爆炸；如果水套浸没入高温熔渣内，水套内冷却水瞬时转化为水蒸气， 体积急剧膨胀将产生爆炸。3

安全措施一、加强安全技术培训

建立动火审批制度 粉煤制备系统、粉煤输送管道、粉煤储存仓等设备设施检修不能擅自动火，否则可能引起严重后果； 必须确认动火部位无气粉混合物、无残煤，对焊渣实行隔离控制，保持在微负压状态下作业，消除可能存在的安全隐患，否则必须将粉煤清理干净，或采取必要的安全措施。

二、保证炉体内外通风畅通，防止CO积聚：

保证烟化炉收尘风机正常运转、使炉内吸风，是 防止CO积聚最有效的手段。经调查，烟化炉出现的安全事故大多是收尘风机停止运转引发的，如果停炉时间不长，在烟化炉炉体内外作业均要开启收尘抽风机，防止CO积聚。

三、控制粉煤质量和贮存时间：

粉煤质量控制在：挥发份16%一21%、固定碳>40%、一200目以下不少于80%。尽管优质烟煤可以提高吹炼效果，但是在粉煤制备、输送、储存过 程中更容易发生摩擦自燃，严重时甚至引起爆炸，所以中等质量烟煤即可。粉煤仓中的粉煤不宜储存超过半个月，原煤储存仓中的原煤要及时使用、更新， 堆煤过多、过久应采取篾筒通风等措施。

四、加强岗位操作，保证冷却操作及设备设施安全：

烟化炉通常采用渣包吊运熔渣经溜槽人炉的进料方式，溜槽内结有一层渣壳，下一炉进料前必须先用水冷却清理渣壳，该操作存在安全隐患，宜采用喷淋水冷却，尽量避免水流人炉膛；放渣完成后，及时用水冷却清理渣口和渣槽，且尽量避免水流入炉膛； 考虑到放渣的安全性，尽量减少冰铜入炉吹炼，避免硫化物氧化不彻底导致放渣冲炮；生产过程中出现炉体水冷套缺水发红时，严禁立即通水冷却，应紧急放渣待水套冷却后再供冷却水；加固炉体水套连接， 防止水套掉入炉膛或浸没入熔池内。

五、设置可燃气体浓度报警器：

在炉体周围操作场所设置烟粉煤气粉混合物、 CO等可燃气体浓度报警器，这也是企业安全标准化和HSE管理体系创建要求。

六、杜绝人为操作失误：

中间粉煤仓操作失误，会导致瞬间大量粉煤涌入炉内，造成喷火甚至爆炸事故。因此，必须对从事中间粉煤仓进煤、给煤操作的工人素质严格把关，加强培训，建立操作资质准入制度。3

节能分析节能途径一、工艺冶炼节能：

烟化炉中铅的挥发速率因为含氧率的增大而提高， 因为吹炼时间会缩短， 所以节能效果更加明显。 但是很多炼铅厂欠缺很多制氧工艺设备， 氧吹的成本很高， 没有进行广泛应用。

二、烟化炉余热利用：

（1） 汽化冷却法。 如果在炼铅厂安装汽化冷却装置， 既能节约用水又能够回收热量， 保证烟化炉能够正常运行。 然而使用汽化冷却水会降低烟化炉使用寿命， 需要对烟化炉进行改进才可以使用。

（2） 安装余热锅炉回收余热。 在烟化炉中安装余热锅炉装置， 通过生产证明得出这种强制循环和自然循环的方法是切实可行的。 通过在烟化炉内安装余热锅炉， 能够有效利用高温烟气余热， 回收烟气中的二氧化硫， 对环境起到保护作用。2

节能管理一、提高管理水平：

（1） 建立炼渣流程管理系统。 建立炼渣流程管理信息系统， 用计算机代替人为操作统计， 及时分析烟化炉能源损耗， 能够提高管理水平。

（2） 强化人工和工序管理。 不仅建立人员技能培训， 还要树立节能意识。 发挥人员积极性， 尽量避免烟化炉能源损耗。 在生产经验总结基础上， 能够制定完善的烟化炉生产工序， 克服生产过程的盲目。

（3） 发挥能源管理机构作用。 制定节能规划， 保障能源机构措施积极落到实处。

二、 实现烟化炉控制节能：

为了达到节能的目的应该完善节能控制方法措施， 必须控制好下列条件， 即温度、 燃料、 送风量、 和炉渣成分。

（1） 烟化炉燃烧温度控制。烟化温度和时间对铅锌挥发速度的影响， 在其它条件一定时， 铅锌的挥发速度随着温度的升高而增大。但温度过高（如超过1350℃） ， 可能会形成积铁或Zn—Fe、 Sn—Fe合金， 有害于烟化作业的进行。 温度过低， 金属氧化物的还原速度变慢， 挥发速度降低， 炉渣流动性变坏， 甚至有结炉的危险， 所以烟化实践中的温度保持在1150～1300℃的范围。

（2） 燃料控制。 燃料中含H 愈多， 则烟化过程的效率愈好。 所以煤以挥发分高者为宜， 一般为21~25%， 其消耗因质量而异。

（3） 送风量。 影响烟化过程挥发速度最活跃的因素是送风量。 因为炉内的温度、一氧化碳比二氧化碳的比例、气体量以及金属的蒸汽压力等都与送风的数量有关。 送风量的大小决定于粉煤消耗和空气利用系数 ， 空气利用系数愈大， 则燃料的热效应愈高，二氧化碳的分压也愈大， 炉内温度亦愈高； 空气利用系数小时，热效应降低，一氧化碳分压变大， 还原能力增强。

（4） 炉渣成分。 炉渣含锌率越高， 则回收率越大， 现实含锌量以>6%为宜， 低于4% 的炉渣， 烟化处理量是不经济的。 废渣含锌也不应降至2%以下。

三、热风助燃：

我国的烟化炉空气助燃一般为冷风。 冷风既不利于烟气余热回收，又不利于燃烧和冶炼工艺的发展， 而国外已经选择热风助燃。采用热风， 能够增加气态金属氧化过程， 小颗粒粉煤也能燃烧透彻。 产品纯度将会大大提高， 烟道高温区也相对集中， 更加有利于余热回收。2