[科普中国]-炉子烟囱

简介

熔保炉组常用于有色金属板坯、铸锭等原料的生产，是有色金属加工重要的头部环节。熔保炉组生产线烟气通过车间外砖囱高空排放。烟囱高度55m，系设备生产厂家根据环保标准及炉压控制两方面原因设定。砖烟囱设计温度为400℃，但由于实际工作中烟气温度超过400℃，经过一段时间的运行，烟囱出现了竖向裂缝，车间被迫停产。需要对炉子排烟系统的改造工作。

重新建设一个耐温足够高的烟囱是彻底解决问题的最好方法，但经过现场勘察，发现烟囱的基础较深，基础附近还有其他的生产辅助设施，如果完全按新建烟囱实施，须将基础挖出后重新施工，势必会影响其他设施，施工量大，施工周期长。随后提出采取混冷风的方法，在烟囱不做改造的前提下，保证烟气温度不超过烟囱的耐温极限。而经过校核，烟囱的耐温极限只能维持在350℃，如果按这种温度设计混风量，混风量比较大，造成烟囱内流速过快，同时由于烟囱内烟气温度降低，将使烟囱产生的抽力减小很多，这个减小的量是否过大，会不会影响到炉压的控制。而如果将烟囱内部隔热材料取出，换成隔热性能更好的材料，并在烟囱外部采取加固措施，可以使烟囱的耐温性能有较大的提高，经计算，改造后烟囱耐温将提高到650℃左右，以这个温度为基准计算所得的混风量大大减少，运行费用降低，可以满足生产需要。这种方案虽然不如第一种可靠性高，但成本低，施工周期短1。

烟囱烟气状态分析如想准确计算混风量，将烟气温度控制在合理的范围内，必须搞清楚炉子的工作状态及各状态下的烟气温度。下面，根据图1说明：

为提高炉窑的热效率，熔炼炉采用蓄热式烧嘴，当1#烧嘴工作时，助燃空气经烧嘴内处于高温状态的蓄热体加热，再进入炉体燃烧。燃烧废气经2#蓄热烧嘴排出炉体，高温烟气加热烧嘴内处于冷却状态的蓄热体，待蓄热体温度达到设定值以后，1、2#烧嘴交换工作状态，如此循环往复。这样不仅能够使燃烧废气中的能量得到回收，同时可以使熔炼炉废气温度维持在280℃。阀1～8均用做烧嘴工作状态的切换。但当蓄热体损坏时，燃烧系统的能力依然可以保证熔炼炉正常生产，但此时熔炼炉烟气温度很高。保温炉由于没有热回收装置，排烟温度很高。各炉子的烟气量均可以根据工艺条件的变化，做相应的调节。由此可以看出熔保炉组的烟气状态及烟气量变化很多。各炉子排放的烟气汇集到烟囱后排放。根据经验及计算，各炉子只有在以下四种工况下，才可能产生温度超过630℃的高温烟气，四种状态分别为：

① 熔炼炉处于不正常工作（蓄热体不工作），另一台熔炼炉处于正常工作，两台保温炉正常工作；

② 一台熔炼炉处于不正常工作（蓄热体不工作），另一台熔炼炉处于正常工作，两台保温炉烧嘴火焰最小（可以忽略不计）；

③ 一台熔炼炉处于保温阶段（主烟道不工作，设备依靠辅助烟道排气），另三台炉子处于最大烟气量；

④ 两台熔炼炉处于保温阶段（主烟道不工作，设备依靠辅助烟道排气），保温炉处于最大烟气量。

混风量的变化是比较大的，这给风量调节带来不利影响。经和甲方慎重商量后，甲方认为蓄热体损坏的可能性较小，而且在没有蓄热体的情况下工作，生产效益也受影响。可以考虑在蓄热体损坏后，炉子停炉，换上备件再恢复生产，故状态1、2 可以排除。而3、4 状态在运行中所占的比例是比较小的。在炉子工作的大多数时间里，例如四台炉子同时正常工作，或熔炼炉以最大能力工作时，烟气混合后温度均不超过400℃，混风风机不需要启动2。

烟囱混风系统设计在设计之初，为防止混风方案不合理造成排烟压力变化超出炉子本体调控的范围，影响炉子生产， 确定了以下设计的原则：烟囱中的烟气温度最低不低于300℃，最高不超过630 ℃。烟气量最多不超过四台炉子同时以最大能力工作产生的烟气量。很明显，这样的约定是偏安全的。

炉子工作时，根据来料温度及所处的工艺阶段不同，烟气温度、烟气量变化很大，实际中，烟气温度波动在800℃～1250℃之间，最大烟气量与最小烟气量的比值约为3～4。如此大的变化，必然会引起混风量很大变化。如果仅仅依靠阀门调节，很难实现。为方便调节，风机采用变频控制。

由于从混风点到烟囱温度测量点的距离比较短，而混风为质传热过程，造成的温度变化很快，在采用单台风机混风的情况下，会有如下情况：当仅有单台保温炉工作，烟气温度接近上限后，混风风机启动，此风量可能大于实际需要的混风量，造成烟气温度低于事先约定的温度（略高于最低温度），混风风机须停转。这个过程反复进行，风机频繁启停，系统反复震荡不能，达到一个稳定混风的状态。同时， 状态变化过快，炉压调节很难与之协调，影响工艺生产。为此，设两台混风风机，各风机与保温炉炉门开启电机联锁，为一一对应关系，当测量的温度超过设定温度后，对应的风机启动，强制相应风机从30Hz 启动，并保持一段时间，待混风达到一个初步稳定状态后，再由控制系统进行下一步风量调节， 有利于系统较快达到平衡状态。而风机的运行频率按烟气温度设定，使风机易于调节。 为确保温度传感器能有效工作，在炉子控制台上设报警器，传感器断路后报警，便于生产人员及时维护3。

总结由于熔保炉组烟气的真实情况十分复杂，为使一旦出现设计与实际生产情况不符时，生产还能继续进行，在控制系统设计时，考虑了手动控制与自动控制的切换。短期内可以进行手动控制，摸清实际的工艺参数后，再对设定值（如风机启动温度、风机停止温度、风机启动频率等）作出符合实际的修改，转入自动工作状态1。