Pb快速熔炼中的蒸汽利用
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本文作者：张恩华张涛作者单位：华宝产业有限责任公司
华宝产业有限责任公司的闪速炼铅系统综合能耗很低［1］，蒸汽的综合利用是其中重要原因之一。本文介绍该生产系统中蒸汽的产出、利用及余热回收等情况［2－8］。
1蒸汽的生产和利用
闪速炉冶炼过程中产生的高温烟气经余热锅炉，温度从1250℃降低到350℃左右进入制酸系统。余热锅炉每小时可产生压力3．9MPa的高压蒸汽15t，是本生产系统的蒸汽来源。根据对生产影响的重要程度、节能效果及其它因素，我们将蒸汽的使用分为一级用户（原料干燥机）、二级用户（制氧加热器）和三级用户（辅料干燥机和原料预干燥机）。
1．1一级用户（原料干燥机）
因为闪速炉要求原料含水低于1％（这也是冶炼过程中节能的重要原因之一），且只要生产连续，原料就必须满足供应。根据生产统计，闪速熔炼所需的原料量为每小时40t左右，干燥机进口原料含水量5％～12％，出口原料含水量一般控制在0．5％以下，因为有炉顶料仓的存在，可以储存一部分合格的入炉原料，所以，干燥机每天工作时间可以控制在18～24h，这对蒸汽的分配使用非常有利。
锅炉生产出来的压力为3．9MPa的饱和蒸汽经过两级减压，压力降至0．4～0．6MPa，温度大约为150℃左右，沿管道进入干燥机，与铅精矿进行逆流换热以后冷凝下来，冷凝水进入冷凝水收集罐。
与氧气底吹炼铅不同的是，底吹炼铅入炉原料含水量在8％以下，原料中的水分需要消耗冶炼热能，而闪速炼铅原料含水量一般低于0．5％，水分基本不消耗冶炼过程中热能，对原料完成自热熔炼非常有利，原料的干燥，又是靠冶炼余热产生的蒸汽完成，蒸汽的消耗量8t／h左右，所以，将余热锅炉的蒸汽使用于原料干燥，是闪速炼铅工艺节能的重要原因之一。
冷凝水的回收方式也是节能节水的一个重要方面。因为进入干燥机的蒸汽压力在0．5MPa左右，所以，理论上冷凝水的温度也就是该压力下饱和蒸汽的温度，即151℃。在生产初期，我公司使用常压罐回收冷凝水，有大量的蒸汽从冷凝水罐上部排空，造成热量和软水的浪费。后改造为使用压力容器作为冷凝水的回收罐，冷凝水由带弯头的管道被导入回收罐的底部，在回收罐中进行汽水分离后，热水在最低处由热水泵打回余热锅炉除氧器，从除氧器顶部与补充水混合后喷淋到填料层上，蒸汽经回收罐最高处管道，靠压力回收到余热锅炉除氧器填料层的底部，与上部喷淋下来的热水逆流换热，将热水加热到104℃，达到除氧效果，蒸汽本身也大部分被冷凝下来，进入锅炉上水系统，当加热蒸汽不足时，可以从锅炉补充（整个蒸汽利用详见图1）。
在冷凝水回收过程中，需要注意以下几个问题：1）冷凝水之所以要回到除氧器，是因为余热锅炉的热水循环属于强制循环，要靠热水循环泵不断地把炉水从汽包的底部抽出，再送到锅炉的各个受热面上，并保持一定的循环倍率。因为炉水温度在250℃左右，热水循环泵本身就需要进行强制冷却，而其冷却水源就是锅炉软水箱中的合格软水，如果将干燥机的热水回到软水箱，势必造成软水箱温度急剧升高，影响泵的冷却效果。另一方面，热水回收到除氧器，可以使其在最短的时间内返回锅炉，热量损失也最小；2）热水循环泵的流量和扬程选用也要与回水量匹配，使泵在经济条件下连续稳定运行。同时，在冷凝水回收罐上增加高低液位控制仪，以液位控制泵的自动开停，保证既不满水，又不会使泵空转毁坏，从而保证干燥机的干燥效果；3）整个蒸汽及热水系统一定要做好保温措施。
1．2二级用户（制氧加热器）
闪速炼铅需要使用纯氧，在制氧工段，分子筛吸附水分达到一定程度后需要解析，我们称之为再生。再生就是把干燥的氮气加热后通过需要解析的分子筛，利用温度和氮气的饱和蒸汽压使分子筛重新变得干燥。再生可以利用电加热作为热源，也可以利用蒸汽作为热源。用电作为热源的制氧加热器分三组电热丝，每组180kW，按照加热强度需要分别启动一组、两组或三组，每天按24小时平均，每小时平均消耗功率为200kW左右，是耗能比较大的一个设备。所以，尽量保证蒸汽加热器的运行而不开电加热器，节能效果非常显著。
从余热锅炉出来的蒸汽减压到1．0MPa后送到制氧加热器，根据加热强度的需要，调节加热器进口阀门，满足工作要求，冷凝水经生活热水罐回到余热锅炉除氧器内。这里的节能措施之一就是将制氧加热器的冷凝水用作生活热水（洗浴和冬季取暖），这又有三方面原因，一是我公司的制氧工段距离生活区相对较近；二是尽量使用低位能热源节能效果更好；三是不需要生活热水时，可以直接回收到余热锅炉，达到热量的最大回收，制氧加热器提供的冷凝水不足采暖使用时，又可以通过近路阀门调配蒸汽作为补充，同样可以达到节能效果。
1．3三级用户（辅料干燥机和原料预干燥机）
闪速炼铅工艺的特点之一，就是有一个带有焦滤层的熔池［1］。从料枪喷吹出来的物料在反应塔里下落过程中与高浓度的氧气充分接触，瞬时完成氧化反应，变为熔体进入熔池。当熔体通过焦滤层时，其中的氧化铅与炽热的焦炭发生氧化还原反应，生成金属铅和一氧化碳，一氧化碳进一步与氧化铅或烟气中过量的氧气发生反应，最终生产二氧化碳进入烟气。我们知道，焦炭与氧化铅的反应是一个放热反应，而要维持焦滤层炽热，其热量来源有两个，一是焦炭从炉顶落入熔池表面的过程中，自身要求燃烧5％～10％，这时的焦炭外观已经通红；另外，待其随着熔渣的流动在熔池表面铺成一层时，会接受高温烟气辐射热。只要以上两部分热源大于氧化还原反应所消耗的热量，焦滤层就能够维持炽热状态。所以，对焦炭原料本身又会提出两个要求：一是焦粒必须保持一定的粒度，我们要求在5～20mm，刚好可以使用一些碎焦或小颗粒煤炭，价格相对较低；另一方面，焦炭的含水量必须严格控制，否则不能在下落过程中部分燃烧，大量的水分会造成焦粒的裂解，影响焦滤层的“通透性”，而且过多的水分还会吸收热量，影响反应进行，水蒸气会“稀释”一氧化碳的浓度，影响反应速度。实践表明，焦炭入炉前必须进行干燥，使得焦炭含水量控制在3％。
2讨论
进入闪速炉的原料要求含水量在1％以下，正常情况下，这一指标完全可以依靠原料干燥机实现。但在一些特殊时期，如冬季或雨季，原料精矿进厂时水分含量可能达到20％甚至更多。就会出现两个问题：一是含水量过多的精矿，很容易粘结在原料仓、核子秤、皮带等处，造成堵塞，使得生产运行困难甚至中断；二是原料干燥机的能力实际上主要是根据每小时能够干燥出的水分重量确定的，当原料含水量达到一定数值时，每小时干燥的原料重量就明显下降，很难保证生产需要。所以，我公司又配置了一台原料预干燥机，其任务就是将原料含水量降到7％～10％，当然，如果原料过于干燥，会在配料过程中产生扬尘，造成环境污染。
与辅料干燥机一样，原料预干燥机也是间断工作的。可以提前干燥出足够多的合格原料和辅料作为备用，所以，对于蒸汽的需求不是随时性的。这就给蒸汽调配带来很大方便，首先，生产出来的蒸汽要满足原料干燥机的使用，保证生产的连续稳定运行；其次，保证制氧蒸汽加热器的使用，实现节能效果；最后，在蒸汽充足时，干燥一些辅料（辅料干燥机较小，消耗蒸汽数量低）。前文叙述过，在物料制备系统中，有许多中间料仓可以储备相当数量的合格入炉原料，加上原料干燥机实际运行在较高负荷，每天只需18h就可以制备好当天生产所需的全部原料，那么，空余时间就可以集中开辅料干燥机，使其在较大负荷下实现高效节能运转，而不是长时间开车耗能、耗电。原料预干燥机、辅料干燥机与原料干燥机产生的冷凝水回收至同一个冷凝水罐，再回收到余热锅炉除氧器。
可以看出，在闪速炼铅工艺中，原料和辅料中几乎全部的水分是靠原料实现自热熔炼后副产的蒸汽进行干燥的，干燥的原料又会副产出更多的蒸汽，如此形成良性循环。多余的蒸汽用于制氧工段代替电能使用，低位能热量用到洗浴取暖等生活设施，都是节能的好措施。另外，本系统软水回收率几乎达到100％，这又有以下几个好处：1）节水，除锅炉正常运行排污率5％～10％以外，所有的软水全部循环使用，为整个生产系统的污水零排放做出贡献；2）节电，余热锅炉对水质要求很高，软水要经过反渗透和混床串联处理，电导率达到零以后才能供锅炉使用，水处理电耗相对较高，而软水回收泵的能耗要低许多；3）节能，因为回水温度较高，除氧器本省消耗锅炉蒸汽的数量大为减少；4）有利于锅炉的安全运行，锅炉水不断地蒸发冷凝，又处在一个密闭的循环系统之中，水质有保障；5）环保，除排水量小外，制水量的大幅度减少，使酸、碱、盐的使用量都得到有效控制。
尽管如此，在闪速炼铅系统中，还有很多的热量可以回收，如电炉、制酸工段的低位能热量等。如果产能提高或回收热量增多，还可以继续投入比如余热发电等节能设施，使整个生产系统的能耗进一步降低。所以，蒸汽的综合利用在闪速炼铅工艺中大有可为。
3结论
将余热锅炉的蒸汽用于原料干燥并通过调整冷凝水的回收方式加以循环利用，使得闪速炼铅系统的能耗大幅度降低。
