張振國，彭俊超，皮忠斌

(云南馳宏鋅鍺股份有限公司，云南會澤 654200)

云南馳宏鋅鍺股份有限公司會澤冶煉分公司硫酸廠鋅精礦流態(tài)化焙燒系統(tǒng)投運了1臺爐床面積為109 m2的沸騰爐。該爐為魯奇式沸騰爐，焙燒爐床能率為5.8 t/(m2·d)。近年來，鉛鋅外部市場條件持續(xù)利好，鉛鋅價格持續(xù)走高，生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)能隨之加大。為保證濕法原料持續(xù)供給，鋅精礦流態(tài)化焙燒系統(tǒng)產(chǎn)能需不斷提升，現(xiàn)爐床實際能率已經(jīng)達(dá)到8.03 t/(m2·d)，關(guān)鍵設(shè)備的穩(wěn)定性受到極大地考驗。該廠鋅精礦流態(tài)化焙燒系統(tǒng)設(shè)備具有自動化程度高、整體關(guān)聯(lián)性強的生產(chǎn)特點，系統(tǒng)設(shè)備能否穩(wěn)定運行直接關(guān)系到系統(tǒng)的產(chǎn)能。該廠為提升設(shè)備穩(wěn)定性、減少設(shè)備非計劃性停機、實現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)，對流態(tài)化焙燒系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行了優(yōu)化改造。

1 鋅精礦流態(tài)化焙燒系統(tǒng)

鋅精礦流態(tài)化焙燒系統(tǒng)設(shè)備由備料系統(tǒng)和焙燒系統(tǒng)兩部分組成：1）備料系統(tǒng)包括配料行吊、給料機、1號皮帶輸送機、2號皮帶輸送機、振動篩。2）焙燒系統(tǒng)包括鼓風(fēng)系統(tǒng)圖、沸騰爐、焙砂輸送系統(tǒng)、余熱鍋爐、收塵系統(tǒng)、引風(fēng)系統(tǒng)。其設(shè)備連接示意如圖1所示。

圖1 沸騰焙燒主要設(shè)備連接示意

從圖1中可以看出，整個焙燒系統(tǒng)中鼓風(fēng)機為焙燒爐提供助燃劑并且輸送焙砂的介質(zhì)，高溫風(fēng)機SO2煙氣提供接力動力，將煙氣送至制酸系統(tǒng)。這兩臺設(shè)備是焙燒系統(tǒng)穩(wěn)定生產(chǎn)的關(guān)鍵裝置，裝置本身的穩(wěn)定性至關(guān)重要。因此，下面專門針對高溫風(fēng)機和鼓風(fēng)機的穩(wěn)定性提升進(jìn)行研究。

2 關(guān)鍵設(shè)備穩(wěn)定性提升研究

2.1 高溫風(fēng)機運行穩(wěn)定性的提升

2.1.1 高溫風(fēng)機存在問題

長期以來，沸騰焙燒引風(fēng)系統(tǒng)高溫風(fēng)機故障率居高不下，其主要表現(xiàn)在：風(fēng)機兩端軸承振動較大，風(fēng)機變頻器頻率達(dá)到42 Hz以上，風(fēng)機軸承振動急劇上升，無法正常運行。開蓋對軸及軸瓦進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)兩者都有不同程度的損傷。于是，對軸瓦及軸進(jìn)行了修復(fù)或更換，然而軸承振動在1～2個月內(nèi)又會逐步加劇，軸瓦溫度逐步升高，超出設(shè)備運行振動標(biāo)準(zhǔn)。開蓋進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)軸瓦及軸再次受損。1年內(nèi)，該故障多次反復(fù)出現(xiàn)，導(dǎo)致焙燒系統(tǒng)非計劃性停機，嚴(yán)重影響了焙燒系統(tǒng)的穩(wěn)定運行并增加了大量的檢修費用。高溫風(fēng)機半年內(nèi)檢修情況見表1。

表1 高溫風(fēng)機半年內(nèi)檢修情況

2.1.2 高溫風(fēng)機運行異常的原因分析

通過對風(fēng)機本體全面系統(tǒng)檢查發(fā)現(xiàn)，風(fēng)機潤滑油油溫、油壓、油量正常，風(fēng)機安裝及檢修符合規(guī)范。對風(fēng)機電機進(jìn)行檢查，電機潤滑及振動正常、溫度正常,但電機運行頻率和電流波動一直較大。在相同工況條件下，將頻率設(shè)定為45 Hz時，風(fēng)機運行電流在23～59 A之間反復(fù)無規(guī)則波動，波動幅度可達(dá)36 A以上，見圖2。偶爾出現(xiàn)過負(fù)荷現(xiàn)象、風(fēng)機轉(zhuǎn)矩限幅報警。頻率反饋在41～43 Hz之間波動，見圖3。

圖2 風(fēng)機正常運行時運行電流曲線

圖3 風(fēng)機運行頻率反饋曲線

針對以上的異常情況及表象，認(rèn)為可能的異常原因包括：1）電流信號及頻率信號在傳輸過程中存在干擾，導(dǎo)致上述現(xiàn)象發(fā)生。通過現(xiàn)場檢測，發(fā)現(xiàn)信號傳輸正常，排除信號干擾原因。2）變頻器給定信號不穩(wěn)定。當(dāng)給頻率設(shè)定為42 Hz時，輸出頻率卻在41～43.5 Hz之間波動，變頻器控制屏幕上的“轉(zhuǎn)速給定”一直在82%～87%之間波動，電機處于反復(fù)地加減速過程，風(fēng)機轉(zhuǎn)速忽快忽慢，導(dǎo)致風(fēng)機運行電流和頻率反饋值波動大幅度波動見圖3。另外，由于風(fēng)機在運行過程中轉(zhuǎn)速不停波動，潤滑油膜難以形成，軸瓦長期潤滑不良導(dǎo)致磨損受傷，振動逐步上升。

2.1.3 處理措施及效果評價

當(dāng)信號波動幅度較大時，可考慮增加信號隔離器，完善信號電纜接地[1]，并優(yōu)化PLC信號濾波程序，使PLC的頻率給定接收信號及變頻器頻率輸出信號不再波動，輸出頻率波動值在1 Hz以內(nèi)，從而消除電機反復(fù)加減速現(xiàn)象。處理后頻率反饋曲線和電流反饋曲線分別如圖4、圖5所示。

圖4 處理后變頻器頻率反饋曲線

圖5 處理后電機電流反饋曲線

2017年該廠采取優(yōu)化措施后，高溫風(fēng)機平穩(wěn)運行至今，未發(fā)生軸瓦及軸損傷故障。高溫風(fēng)機運行穩(wěn)定后，消除了之前設(shè)備故障帶來的隱患，保障了設(shè)備的穩(wěn)定運行。

2.2 鼓風(fēng)機運行穩(wěn)定性的提升

2.2.1 鼓風(fēng)機存在問題

焙燒系統(tǒng)鼓風(fēng)機一直存在振動檢測信號突變的現(xiàn)象，導(dǎo)致技術(shù)人員無法正確判斷設(shè)備的運行狀態(tài)，無法投入設(shè)備連鎖保護(hù)，導(dǎo)致關(guān)鍵設(shè)備存在運行隱患，多次處理后的效果均不理想。鼓風(fēng)機高壓端、低壓端振動值、軸位移問題：1）所有振動值頻繁出現(xiàn)超量程波動；2）波動周期沒有規(guī)律。

2.2.2 原因分析與處置措施

通過以下幾個方面對鼓風(fēng)機現(xiàn)象進(jìn)行檢查分析：1）傳感器安裝校正。在測量軸振動時，最優(yōu)的方式是在每個軸承平面的直徑方向安裝2個互成90°夾角的非接觸電渦流傳感器（圖6），以便能測量到轉(zhuǎn)動軸的動態(tài)軸心軌跡。這些信息不但可以對機器的損壞起到停車保護(hù)作用，還可以用來對機器故障進(jìn)行診斷分析，以便提前對機器進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)，避免可能發(fā)生的經(jīng)濟損失。根據(jù)傳感器的安裝規(guī)范對其進(jìn)行校正。

圖6 振動傳感器安裝位置要求

2）傳感器—延長線—前置放大器的匹配性。針對電渦流振動傳感器的特性，所使用的傳感器與延長線以及前置放大器必須嚴(yán)格匹配，通過特定的放大倍系數(shù)配置特定長度的電纜保證測量精度[2]。經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)，部分傳感器的延長線不匹配，故進(jìn)行了延長線的更換。

3）傳感器—前置器—變送器的接線。電渦流振動傳感器輸出的信號為電壓信號，基準(zhǔn)值為10 V，信號容易受到干擾，需保證良好的信號接地，系統(tǒng)接線見圖7。檢查信號線的連接情況，發(fā)現(xiàn)前置器到變送器的屏蔽線接地系統(tǒng)達(dá)不到要求。因此，對振動傳奇?zhèn)鬏斝盘柕慕拥剡M(jìn)行處理，增加了信號隔離裝置，對5個傳感器的信號電磁屏蔽進(jìn)行了優(yōu)化。

圖7 系統(tǒng)接線示意

4）變送器參數(shù)設(shè)置。檢查變送器參數(shù)設(shè)置，量程等是否合理。處置措施：檢查變送器的所有參數(shù)設(shè)置，無誤。

5）信號處理PLC的接線問題。風(fēng)機控制系統(tǒng)采用S7300 PLC，接入模擬量信號需要將M端短接，以避免共模干擾。經(jīng)過檢查，發(fā)現(xiàn)從變送器輸出的振動模擬信號接入PLC通道后，部分端子的M端未短接，故將卡件的M端進(jìn)行重新短接，并對PLC信號增加了濾波程序[2]。

2.2.3 效果評價

1）振動曲線結(jié)果比對。處理前，鼓風(fēng)機振動值會在滿量程（0～220μm）之間進(jìn)行跳變，一天之內(nèi)會出現(xiàn)若干次。處理后，運行曲線平穩(wěn)，無跳變現(xiàn)象發(fā)生。

2）處理后，將振動探頭信號接入美國國家儀器有限公司(National Instruments,簡稱“NI”)分析儀，型號USB4431，并通過Labview軟件編寫程序?qū)︼L(fēng)機的在線運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，處理效果可由時域波形圖、頻譜圖、軸心軌跡圖顯示。處理后，時域波形穩(wěn)定，幅值與現(xiàn)場儀表監(jiān)測一致，風(fēng)機頻譜為50 Hz，與實際一致，軸心軌跡圖穩(wěn)定、無毛刺，處理效果良好。

3 總結(jié)

鼓風(fēng)機和高溫風(fēng)機作為鋅精礦焙燒流態(tài)化系統(tǒng)的關(guān)鍵旋轉(zhuǎn)設(shè)備，是保證工藝穩(wěn)定運行的核心。任何1臺設(shè)備的非計劃性停機都可能導(dǎo)致焙燒爐死爐停產(chǎn)或造成SO2煙氣外溢。只有在關(guān)鍵旋轉(zhuǎn)設(shè)備運行穩(wěn)定的前提下，才能提高焙燒爐的作業(yè)率，實現(xiàn)焙燒工藝的連續(xù)穩(wěn)定運行。對于關(guān)鍵旋轉(zhuǎn)設(shè)備要實時關(guān)注每一個運行參數(shù)，確保設(shè)備時刻處于穩(wěn)定運行狀態(tài)。通過對高溫風(fēng)機和鼓風(fēng)機優(yōu)化改進(jìn)，保證關(guān)鍵設(shè)備穩(wěn)定運行，既提高了產(chǎn)能，又降低了運行成本。