煙氣成分檢測(cè)數(shù)據(jù)看出，爐內(nèi)的燃燒反應(yīng)中氧氣飽和，地下煙道中的氧氣全來(lái) 源于助燃氧氣，爐內(nèi)氣體含量比例為〇2:曰％，〇):6%，此:0%，0)2:(1%，其他氣體:6%。假定 進(jìn)入地下煙道的氣體占總氣體的比例與高溫氣體體積膨脹比的乘積為K，則，純氧燃燒時(shí)地 下煙道中氣體總流量Q為：
純氧燃燒時(shí)，地下煙道內(nèi)爆炸下限最低的測(cè)量點(diǎn)的氣體成分如表3所示： 表3純氧燃燒時(shí)爆炸下限最低的測(cè)量點(diǎn)的氣體成分
[0023] ②通入空氣時(shí) 在銅精煉的還原過(guò)程中，通入空氣和純氧對(duì)天然氣進(jìn)行燃燒下稱(chēng)"混合燃燒"）時(shí)， 天然氣和純氧流量不變，設(shè)進(jìn)管空氣流量為Z ，從表2可W看出純氧已有富余，所W通 入的空氣全部進(jìn)入地下煙道，有： 混合燃燒時(shí)地下煙道中氣體總流量Q' = Q+ZXK (2); 因地下煙道中會(huì)有外部空氣進(jìn)入，且其最后會(huì)排入空氣中，所W按地下煙道中煙氣最 高溫爆炸下限來(lái)計(jì)算。因數(shù)據(jù)較小或難W檢測(cè)，計(jì)算時(shí)忽略混合氣體中二氧化硫和氮氧化 物，空氣按氧氣和氮?dú)饣旌衔镉?jì)算。
[0024] 通入空氣后，因一氧化碳、氨氣、二氧化碳來(lái)源與助燃?xì)怏w無(wú)關(guān)(空氣中二氧化碳 量忽略），所W其流量近似與純氧燃燒中氣體流量相等，在表3的基礎(chǔ)上，新的地下煙道成分 如表4所示： 表4混合燃燒時(shí)地下煙道中爆炸下限最低的測(cè)量點(diǎn)的氣體成分
[0025] 將煙氣中可燃性氣體與惰性氣體分為一氧化碳與二氧化碳、氨氣與氮?dú)鈨山M，根 據(jù)表4計(jì)算： (1) 一氧化碳與二氧化碳 C〇2 與 C0 的體積百分比之和:V1=978Y/(Z+13.64Y) (3)； 體積百分比之比:0)2與CO的體積百分比為1.25; 圖5中橫坐標(biāo)代表惰性氣體與可燃?xì)怏w的含量比，縱坐標(biāo)代表爆炸極限。一氧化碳與二 氧化碳中，二氧化碳為惰性氣體，一氧化碳為可燃?xì)怏w。根據(jù)二氧化碳和一氧化碳的體積百 分比，由圖5可W看出，一氧化碳與二氧化碳混合氣爆炸下限α為:一氧化碳與二氧化碳的體 積比達(dá)到32%，即α = 32%。 (2) 氨氣與氮?dú)?氨氣的體積百分比為:V2 = 104Υ/ (13.64Υ+Ζ) (4)； 根據(jù)表1，氨氣爆炸下限β為4%。 因?yàn)闊煹乐袣怏w最高溫度Tmax為1000°C左右，所W氨氣、一氧化碳和二氧化碳混合氣 體爆炸下限Vmin為：
巧):； 代入ν?、ν2、β、α的值后，Vmin的計(jì)算式如下：
欲防止爆炸的發(fā)生，只需讓一氧化碳、二氧化碳、氨氣的混合氣體的體積分?jǐn)?shù)比在爆炸 下限之下，即：Vl+V2<100*Vmin (8)； 即 計(jì)算得到：
Ζ〉39.1Υ; 考慮到空氣過(guò)多，進(jìn)入地下煙道的氣體流量隨之增大，爐內(nèi)的熱量減小。實(shí)際生產(chǎn)中Ζ/ Υ取值為39.5，即空氣流量、天然氣流量、氧氣流量比例為： Ζ:Υ:Χ = 39.5:1:2.15〇
[0026] 下面介紹本實(shí)施例中使用的用于銅精煉的燃燒控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于執(zhí)行上述的 用于銅精煉的燃燒控制方法。
[0027] 如圖1所示，用于銅精煉的燃燒控制系統(tǒng)，包括燒槍、用于測(cè)量氨氣濃度的氨氣傳 感器、用于測(cè)量一氧化碳濃度的一氧化碳傳感器、用于測(cè)量二氧化碳濃度的二氧化碳傳感 器和控制燃燒方式的遠(yuǎn)程控制裝置。所述燒槍具有純氧管道、空氣管道和天然氣管道，所述 空氣管道上設(shè)置有控制空氣管道導(dǎo)通和關(guān)閉的控制閥；純氧管道用于通入純氧，空氣管道 用于通入空氣，天然氣管道用于通入天然氣。
[0028] 所述遠(yuǎn)程控制裝置包括用于計(jì)算氨氣、一氧化碳、二氧化碳的濃度和的第一燃爆 氣體濃度計(jì)算模塊、判斷濃度和是否超過(guò)爆炸下限的第一濃度檢測(cè)模塊、對(duì)控制閥進(jìn)行控 制的空氣管道控制模塊W及對(duì)第一燃爆氣體濃度計(jì)算模塊、第一濃度檢測(cè)模塊、空氣管道 控制模塊進(jìn)行綜合控制的微處理器，該微處理器可W采用一般的CPU、單片機(jī)、FPGA等可編 程裝置;所述氨氣傳感器、二氧化碳傳感器和一氧化碳傳感器設(shè)置在地下煙道內(nèi)，第一燃爆 氣體濃度計(jì)算模塊具有Ξ個(gè)輸入端，Ξ個(gè)輸入端與一氧化碳傳感器、二氧化碳傳感器、氨氣 傳感器 對(duì)應(yīng)相連（即一氧化碳傳感器、二氧化碳傳感器、氨氣傳感器各連接到一個(gè)輸入 端上），接收3種傳感器檢測(cè)到的氣體濃度并計(jì)算出氨氣、一氧化碳、二氧化碳3種氣體的濃 度和;第一濃度檢測(cè)模塊的輸入端與第一燃爆氣體濃度計(jì)算模塊的輸出端相連，輸出端與 空氣管道控制模塊相連，用于在氨氣、二氧化碳、一氧化碳的濃度和等于或高于爆炸下限時(shí) 控制空氣管道控制模塊打開(kāi)控制閥，低于爆炸下限時(shí)控制空氣管道控制模塊關(guān)閉控制閥； 所述空氣管道控制模塊的輸出端與控制閥相連，用于在氨氣、二氧化碳、一氧化碳的濃度和 等于或高于爆炸下限時(shí)，打開(kāi)控制閥，當(dāng)氨氣、二氧化碳、一氧化碳的濃度和低于爆炸下限 時(shí)，關(guān)閉控制閥。本實(shí)施例中，控制閥采用電磁閥，控制閥打開(kāi)時(shí)，空氣管道接通，燒槍通入 空氣，空氣和純氧同時(shí)作為助燃?xì)怏w對(duì)天然氣進(jìn)行燃燒，此時(shí)是混合燃燒模式；電磁閥關(guān)閉 時(shí)空氣管道關(guān)閉，燒槍停止通入空氣，僅通入純氧進(jìn)行燃燒，此時(shí)是純氧燃燒模式。
[0029] 本實(shí)施例中，在銅精煉的還原過(guò)程中，根據(jù)地下煙道中氨氣、二氧化碳和一氧化碳 的濃度，在氨氣、二氧化碳、一氧化碳的濃度和等于或高于爆炸下限時(shí)通入空氣對(duì)天然氣進(jìn) 行燃燒，增加惰性氣體的保護(hù)，還能降低廢氣的溫度，防止進(jìn)入地下煙道的廢氣發(fā)生爆炸。 在氨氣、二氧化碳、一氧化碳的濃度和低于爆炸下限時(shí)，停止通入空氣對(duì)天然氣進(jìn)行燃燒， 保證較好的還原效果。本實(shí)施例中通過(guò)通入空氣在兩種燃燒方式中切換，確保氨氣、二氧化 碳、一氧化碳的濃度和不會(huì)長(zhǎng)時(shí)間、持續(xù)地超過(guò)爆炸下限，防止發(fā)生爆炸。并不一直采用空 氣助燃可W防止空氣降低爐內(nèi)溫度，保證良好的還原效果和還原效率。
[0030] 實(shí)施例2: 在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，本實(shí)施例中對(duì)遠(yuǎn)程控制裝置進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)： 如圖4所示，所述第一燃爆氣體濃度計(jì)算模塊包括加法器A1和加法器A2,氨氣傳感器、 一氧化碳傳感器、二氧化碳傳感器中的其中兩種傳感器的輸出端各連接到加法器A1的一個(gè) 輸入端上，另一種傳感器的輸出端連接到加法器A2的一個(gè)輸入端上;加法器A2的另一個(gè)輸 入端連接加法器A1的輸出端，加法器A2的輸出端為第一燃爆氣體濃度計(jì)算模塊的輸出端。 本實(shí)施例中，氨氣傳感器、一氧化碳傳感器連接到加法器A1的兩個(gè)輸入端上，使加法器A1對(duì) 氨氣濃度化2和一氧化碳濃度Vco進(jìn)行求和計(jì)算，加法器A2對(duì)加法器A1的計(jì)算結(jié)果與二氧化 碳傳感器采集的二氧化碳濃度Vco2進(jìn)行求和計(jì)算，并輸出給第一濃度檢測(cè)模塊。本實(shí)施例 中的加法器A1和A2都采用同相加法器。實(shí)際應(yīng)用中，在氨氣傳感器、一氧化碳傳感器、二氧 化碳傳感器的輸出端還可W設(shè)計(jì)一些信號(hào)調(diào)理電路，例如但不限于濾波電路、放大電路對(duì) 濃度信號(hào)進(jìn)行調(diào)理后再送入加法器中。
[0031] 所述第一濃度檢測(cè)模塊包括比較器U1、提供濃度上限闊值的第一分壓電路;所述 第一分壓電路由電阻R1、電阻R2串聯(lián)構(gòu)成，電阻R1連接電源VCC，電阻R2接地，比較器U1的反 向輸入端連接在電阻R1和電阻R2的公共端上、正向輸入端連接第一燃爆氣體濃度計(jì)算模塊 的輸出端，比較器U1的輸出端即第一濃度檢測(cè)模塊的輸出端，其與空氣管道控制模塊的輸 入端相連。在第一分壓電路中，電阻R2上分得的電壓即為設(shè)定的濃度闊值，對(duì)應(yīng)于爆炸下 限。實(shí)際使用中，第一分壓電路中的兩個(gè)電阻可W由其中一個(gè)電阻或全部電阻采用可變電 阻，W根據(jù)需要調(diào)整濃度闊值。
[0032] 所述控制閥采用電磁閥，所述空氣管道控制模塊包括Ξ極管Q1、限流電阻R3和第 一繼電器，Ξ極管Q1的基極連接第一濃度檢測(cè)模塊的輸出端，集電極連接電源VCC，限流電 阻R3-端連接Ξ極管Q1的發(fā)射極，另一端連接第一繼電器的線(xiàn)圈；第一繼電器的兩個(gè)觸點(diǎn) 一個(gè)連接電磁閥的電源，另一個(gè)連接電磁閥的線(xiàn)圈。
[0033] 本實(shí)施例中，遠(yuǎn)程控制裝置的工作原理如下： 加法器A1和A2計(jì)算出氨氣、二氧化碳、一氧化碳的濃度和， (1) 當(dāng)濃度和小于爆炸上限時(shí)，比較器U1正向輸入端上的電壓值小于R2上的電壓值，比 較器U1輸出低電平信號(hào)，Ξ極管Q1截止，電磁閥的線(xiàn)圈不通電，電磁閥不工作，空氣管道關(guān) 閉； (2) 濃度大于和爆炸上限時(shí)，比較器U1正向輸入端上的電壓值大于R2上的電壓值，比較 器U1輸出高電平信號(hào)，Ξ極管Q1導(dǎo)通，電磁閥的線(xiàn)圈通電，電磁閥工作，燒槍空氣管道打開(kāi) 通入空氣。
[0034] 本實(shí)施例中，第一燃爆氣體濃度計(jì)算模塊、第一濃度檢測(cè)模塊、空氣管道控制模塊 實(shí)現(xiàn)了根據(jù)氨氣、二氧化碳和一氧化碳的濃度控制燒槍空氣管道的打開(kāi)和關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn) 了燃燒方式的控制。
[0035] 實(shí)際應(yīng)用中，控制閥還可W進(jìn)一步采用開(kāi)度可調(diào)式閥口，空氣管道控制模塊可W 多設(shè)置幾個(gè)比較器進(jìn)行濃度和比較和閥口開(kāi)度的控制，從而通過(guò)控制閥口的開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)