一种基于二氧化碳处理铜冶炼炉烟道的装置及方法

技术领域

本发明涉及铜冶炼炉烟道清理技术领域，具体涉及一种基于二氧化碳处理铜冶炼炉烟道的装置及方法。

背景技术

熔池熔炼是铜火法冶炼过程中常采用的处理工艺，熔池熔炼是将炉料直接加入鼓风翻腾的熔池中迅速完成气、液、固相间主要反应的熔炼方法。在熔炼的过程中，鼓风会将大量高温熔融态物料吹进后续上升烟道中，导致烟道结焦严重，堵塞烟道，影响炉内压力。目前常用的熔炼炉烟道主要有耐火砖结构及膜式壁结构两种形式，耐火砖烟道由于抗压强度较低，只能通过高温熔化的方式处理烟道结焦，通常采用燃烧柴油或天然气的方式将烟气温度加热到粘结物的熔点以上，使粘结物熔化流入炉内。由于烟道粘结物大多为高熔点的金属氧化物，高温难以完全熔化，导致处理效果不理想，处理过程中消耗大量的柴油或天然气，增加生产成本，而且柴油或天然气燃烧后，产生的烟气成分复杂，需要进行尾气处理，处理成本增加，此外，多次高温熔焦处理也会影响耐火砖的使用寿命。膜式壁烟道是在烟道的上升段使用锅炉管，锅炉管与余热锅炉管道连成一体，内部通入软化水回收烟道热量，由于锅炉管对温度有严格要求，如若使用高温熔化的方式处理烟道结焦，很容易造成爆管现象，因此膜式壁烟道通常采用炸药爆破的方式处理烟道结焦。而炸药爆破方式需要严格控制爆破过程，否则极易将锅炉管炸漏，导致大量水进入炉内，与高温熔体接触后产生爆炸，而且由于烟道内为高温环境，所以需要对爆破炸药进行耐高温处理，否则容易导致炸药受热提前爆炸，安全隐患大，此外，爆破炸药需要严格管理，导致管理保存成本高。无论是高温熔化还是炸药爆破的方式都或多或少存在处理效率低、安全隐患大、处理成本高等缺点，因此亟需一种处理效率高、安全可控、对设备影响小、处理成本低、环境友好的烟道结焦处理装置及方法。

发明内容

本发明的目的克服现有技术的不足，提供一种基于二氧化碳处理铜冶炼炉烟道的装置及方法，处理效率高、安全可控、对设备影响小、处理成本低、环境友好。

本发明的目的是通过以下技术措施达到的：一种基于二氧化碳处理铜冶炼炉烟道的装置，包括泄气头、主管、限压片、起爆装置和止飞装置，所述泄气头的一端为密封尖端，所述泄气头的另一端与主管连接，所述泄气头在靠近密封尖端的圆周方向上开设若干泄气孔，所述泄气头与主管之间密封设置限压片，所述主管内装填液态二氧化碳，所述起爆装置用于使液态二氧化碳气化，铜冶炼炉烟道的烟道壁上开设有若干处理孔，所述泄气头通过处理孔伸入烟道内，所述主管位于烟道壁外侧，所述止飞装置用于将烟道壁与主管固定连接，所述泄气头的轴向长度大于10cm，所述泄气头内设有泄气通道，所述泄气通道的一端为锥形封闭端，所述泄气通道的另一端通过限压片密封，所述泄气通道通过泄气孔与外界环境连通，所述泄气孔与锥形封闭端的最大截面之间的距离为5-10cm。

进一步地，所述锥形封闭端的锥角为85-120°。

进一步地，所述泄气孔轴中心线与泄气头轴中心线的夹角θ为0°＜θ≤90°，当θ为0°＜θ＜90°时，所述泄气孔朝向泄气头的密封尖端设置。

进一步地，所述泄气头的圆周方向上还开设有通孔，所述通孔位于所述泄气通道锥形封闭端的锥面上，所述通孔为一个以上。

进一步地，所述起爆装置包括电加热元件和启动器，所述电加热元件设在主管内，所述启动器与主管端部密封连接，所述启动器用于启动电加热元件。

进一步地，所述止飞装置包括固定环座、密封盖和环形卡箍，所述固定环座设在处理孔外侧并与烟道壁固定连接，当处理烟道时，所述泄气头穿过固定环座伸入烟道内，所述环形卡箍套装在主管外侧并通过环形卡箍圆周方向上设置的若干夹紧螺栓与主管固定连接，所述环形卡箍与固定环座卡接；当停止处理烟道时，所述密封盖与固定环座卡接。

进一步地，所述止飞装置包括固定环座和密封盖，所述主管远离泄气头的一端的圆周方向上设置多个连接环，所述固定环座设在处理孔外侧并与烟道壁固定连接，当处理烟道时，所述泄气头穿过固定环座伸入烟道内，所述连接环通过钢丝绳与烟道壁固定连接；当停止处理烟道时，所述密封盖与固定环座卡接。

进一步地，所述主管内液态二氧化碳的填充量为500-1000g。

进一步地，所述主管的直径为28-98cm。

一种基于二氧化碳处理铜冶炼炉烟道的方法，包括如下步骤：

(1)钻孔：取下密封盖，钻头由固定环座伸入处理孔内对结焦粘结物进行钻孔，所述钻孔的深度大于泄气头的长度，钻孔孔径等于或略大于泄气头的外径；

(2)致裂：将泄气头由固定环座伸入到钻孔内，主管位于烟道壁外侧，然后用环形卡箍或者钢丝绳将主管与烟道壁固定连接，最后启动起爆装置，实现液态二氧化碳膨胀做功将粘结物炸裂；

(3)密封：解锁环形卡箍或者钢丝绳，将基于二氧化碳处理铜冶炼炉烟道的装置抽出固定环座，然后将密封盖与固定环座卡接，实现烟道壁的密封。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：所述基于二氧化碳处理铜冶炼炉烟道的装置及方法，利用二氧化碳相变膨胀产生的膨胀压实现烟道结焦粘结物的炸裂，作业安全性高；无有毒有害的气体产生，环境友好；炸裂冲击力小，对设备影响小；炸裂过程安全可控；对生产影响小，无需停产除焦；除焦成本低，投入及管理成本降低；不受烟道高温环境的影响，除焦安全性好，除焦效率高；起爆装置亦可远程控制，起爆时现场无需人员看顾，操作安全性提高。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。

附图说明

图1是所述基于二氧化碳处理铜冶炼炉烟道的装置的结构示意图。

图2是所述泄气头的结构示意图。

图3是烟道处理时所述固定座的结构示意图。

图4是停止烟道处理时所述固定座的结构示意图。

其中，1、泄气头，2、主管，3、限压片，4、烟道壁，5、泄气孔，6、固定环座，7、环形卡箍，8、夹紧螺栓，9、电加热元件，10、启动器，11、通孔，12、连接环，13、钢丝绳，14、密封盖，15、处理孔。

具体实施方式

如图1至4所示，一种基于二氧化碳处理铜冶炼炉烟道的装置，包括泄气头1、主管2、限压片3、起爆装置和止飞装置，所述泄气头1的一端为封闭尖端，所述泄气头1的另一端与主管2连接，所述泄气头1在靠近封闭尖端的圆周方向上开设若干泄气孔5，所述泄气头1与主管2之间密封设置限压片3，所述主管2内装填液态二氧化碳，所述起爆装置用于使液态二氧化碳气化，进一步地，所述起爆装置可现场控制也可远程控制。铜冶炼炉烟道的烟道壁4上开设有若干处理孔15，所述泄气头1通过处理孔15伸入烟道内，所述主管2位于烟道壁4外侧，所述止飞装置用于将烟道壁4与主管2固定连接，所述泄气头1的轴向长度大于10cm。利用二氧化碳相变膨胀产生的膨胀压实现烟道结焦粘结物的炸裂，炸裂过程中不产生火花，而且二氧化碳气体为阻燃气体，避免引燃高温烟道内的易燃易爆气体，作业安全性高；无有毒有害的气体产生，减少后续烟气处理压力；炸裂过程的冲击力仅为400MPa，相较于传统炸药爆破1000-5000MPa的冲击力，二氧化碳变相膨胀不会造成炸裂块飞溅，也不会产生破坏性的冲击波影响周边设备；炸裂过程安全可控，可通过控制液态二氧化碳的装填量控制爆破力的强度；对生产影响小，无需停产除焦，除焦后产生的少了二氧化碳气体对后续烟气处理产生的压力小，无需改变后续烟气处理工序；除焦成本低，仅需消耗少量二氧化碳，无需其他易燃易爆消耗品，投入及管理成本降低；通过延长泄气头1的轴向长度，只将泄气头1伸入烟道壁4内，主管2位于烟道壁4外侧，避免烟道高温使主管2内的液态二氧化碳气化，导致爆管现象，除焦安全性好，除焦效率高；起爆装置亦可远程控制，起爆时现场无需人员看顾，操作安全性提高。此外，泄气头1的轴向长度可根据烟道结焦情况而定，若烟道结焦较厚，可采用较长的泄气头1，以便更好地实现粘结物炸裂，若烟道结焦较薄，则可适当缩减泄气头1的长度，但泄气头1的轴向长度要大于10cm，若泄气头1的长度小于10cm，则会导致泄气孔5靠近烟道壁4，二氧化碳气化膨胀的过程中会导致烟道壁4损坏。

所述泄气头1内设有泄气通道，所述泄气通道的一端为锥形封闭端，所述泄气通道的另一端通过限压片3密封，所述泄气通道通过泄气孔5与外界环境连通，所述泄气孔5与锥形封闭端的最大截面之间的距离为d，d满足5cm＜d＜10cm。当启动起爆装置时，主管2内的液态二氧化碳气化，变相膨胀产生膨胀压，当膨胀压大于限压片3的承压能力时，限压片3会被损坏，二氧化碳气体会从主管2进入泄气头1的泄气通道内并由泄气孔5排出，同时二氧化碳气体也会把损坏的限压片3一起冲入泄气通道内，泄气通道设置锥形封闭端以及泄气孔5与锥形封闭端之间设置一定距离可使限压片3被二氧化碳气体冲击到泄气孔5与锥形封闭端之间并卡紧在锥形封闭端内，以免限压片3被二氧化碳气体冲出泄气孔5对烟道壁4造成冲击，进而损坏烟道壁4。若泄气孔5与锥形封闭端之间的距离小于5cm，则限压片被二氧化碳气体冲破之后即会被冲击到锥形封闭端，导致锥形封闭端对限压片3的反作用力较大，使锥形封闭端卡不住限压片3，进而导致限压片3被反弹至泄压通道影响泄压，甚至导致限压片3被二氧化碳气体冲出泄气孔5，损坏烟道壁4；若泄气孔5与锥形封闭端之间的距离大于10cm，则由于大部分二氧化碳气体从泄气孔5泄出，导致二氧化碳气体对限压片3的冲击减弱，进而导致二氧化碳气体无法将限压片3冲击到锥形封闭端而被锥形封闭端卡住，从而影响泄压，甚至导致限压片3被二氧化碳气体冲出泄气孔5，损坏烟道壁4。

所述锥形封闭端的锥角为85-120°。85-120°的锥角可以使锥面更好的卡住限压片3，避免泄压过程中限压片3发生松动。若锥角小于85°，则导致限压片卡3住的位置靠近锥面的最大截面处，在泄气头泄压的过程中容易导致限压片3松动而掉落。若锥角大于120°，则锥形封闭端对限压片3产生的冲击力较大，不利于锥形封闭端卡住限压片3，而且锥角越大，锥面越接近平面，锥形封闭端对限压片3产生的冲击力越大，锥形封闭端越不容易卡住限压片3。

所述泄气孔5轴中心线与泄气头1轴中心线的夹角θ为0°＜θ≤90°，当θ为0°＜θ＜90°时，所述泄气孔5朝向泄气头1的密封尖端设置。具体的，所述夹角θ的大小可根据结焦粘结物与处理孔之间的位置设置，若粘结物的中心在泄气头1的轴中心线附近，则θ可为90°，此时二氧化碳气体在粘结物的中心向周围膨胀做功，可更好的将粘结物炸裂；若粘结物的中心偏离泄气头1的轴中心线，此时可适当调整θ的大小使泄气孔5的方向可朝向结物的中心，以便使二氧化碳气体从粘结物的中心向周围膨胀做功，提高破碎效果。

所述泄气头1的圆周方向上还开设有通孔11，所述通孔11位于所述泄气通道锥形封闭端的锥面上，所述通孔11为一个以上。当限压片3被二氧化碳气体冲到锥形封闭端时，限压片3与锥形封闭端之间的气体可通过通孔11排出锥形封闭端，进而使限压片3两端产生压力差，使限压片3靠近泄气孔5一侧的压力大于远离泄气孔5一侧的压力，使限压片3紧压在锥形封闭端内，更好地避免了限压片3在泄压通道内移动影响泄压，或者更好地避免了限压片3被二氧化碳气体冲出泄气孔5，损坏烟道壁。

所述起爆装置包括电加热元件9和启动器10，所述电加热元件9设在主管2内，所述启动器10与主管2端部密封连接，所述启动器10用于启动电加热元件9。具体的，所述电加热元件9为电热丝，所述启动器10可现场启动或远程控制启动。采用电加热的方式促进液态二氧化碳膨胀，避免了火药启动带来的明火，提高启动安全性，同时，电加热元件9的温度可迅速升高，使液态二氧化碳快速吸热气化，启动时间短，短时间内主管2内的二氧化碳气体即可冲破限压片3进行泄压，缩短了二氧化碳停留在主管2内的时间，减少了主管2爆管的风险。

所述止飞装置包括固定环座6、密封盖14和环形卡箍7，所述固定环座6设在处理孔15外侧并与烟道壁4固定连接，当处理烟道时，所述泄气头1穿过固定环座6伸入烟道内，所述环形卡箍7套装在主管2外侧并通过环形卡箍7圆周方向上设置的若干夹紧螺栓8与主管2固定连接，所述环形卡箍7与固定环座6卡接；当停止处理烟道时，所述密封盖14与固定环座6卡接。当二氧化碳膨胀做功使结焦粘结物炸裂时，所述的基于二氧化碳处理铜冶炼炉烟道的装置也会受到一定的反作用力，止飞装置可将主管与烟道壁4固定，将反作用力作用通过主管-止飞装置传递到烟道壁4上，即可避免主管2被推出造成其他设备或人员伤害，又可在传递过程中消耗反向推力，减少反作用力对烟道壁4的损害。

所述止飞装置包括固定环座6和密封盖14，所述主管2远离泄气头1的一端的圆周方向上设置多个连接环12，所述固定环座6设在处理孔15外侧并与烟道壁4固定连接，当处理烟道时，所述泄气头1穿过固定环座6伸入烟道内，所述连接环12通过钢丝绳13与烟道壁4固定连接；当停止处理烟道时，所述密封盖14与固定环座6卡接。

所述主管2内液态二氧化碳的填充量为500-1000g。具体的，二氧化碳的填充量可根据烟道内粘结物的厚度设定。但若填充量大于1000g会导致二氧化碳膨胀压力过大损坏烟道壁4，若填充量小于500g则膨胀力过小，不足以炸裂粘结物，需要多次炸裂，影响炸裂效果，降低炸裂效率。

所述主管2的直径为28-98cm。具体的，主管2的直径可根据液态二氧化碳的填充量设定，若填充量较多，则可采用较大直径的主管2，若填充量较少，则可采用较小直径的主管2。但若主管2直径大于98cm，会导致管壁处的液态二氧化碳距离主管中心的起爆装置较远，导致中心的二氧化碳先吸热气化而管壁的二氧化碳仍为液态，增加传热时间，进而增加起爆时间，若主管直径小于28cm，则导致液态二氧化碳在主管2内的装填长度较长，靠近泄气头1的液体二氧化碳距离起爆装置较远，亦会增加起爆时间。上述所说的较多和较少以及较大和较小均是相对而言的。

一种基于二氧化碳处理铜冶炼炉烟道的方法，包括如下步骤：

(1)钻孔：取下密封盖14，钻头由固定环座6伸入处理孔15内对结焦粘结物进行钻孔，所述钻孔的深度大于泄气头1的长度，钻孔孔径等于或略大于泄气头1的外径。

(2)致裂：将泄气头1由固定环座6伸入到钻孔内，主管位于烟道壁4外侧，然后用环形卡箍7或者钢丝绳13将主管与烟道壁4固定连接，最后启动起爆装置，实现液态二氧化碳膨胀做功将粘结物炸裂。

(3)密封：解锁环形卡箍6或者钢丝绳13，将基于二氧化碳处理铜冶炼炉烟道的装置抽出固定环座6，然后将密封盖14与固定环座6卡接，实现烟道壁4的密封。

本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。