唐都作，顧鶴林，袁海濱

(云南錫業(yè)股份有限公司，云南個(gè)舊 661000)

稀氧燃燒節(jié)能技術(shù)在銅冶煉生產(chǎn)中的應(yīng)用

唐都作，顧鶴林，袁海濱

(云南錫業(yè)股份有限公司，云南個(gè)舊 661000)

在對(duì)云南錫業(yè)股份有限公司銅業(yè)分公司應(yīng)用稀氧燃燒技術(shù)前后生產(chǎn)情況對(duì)比的基礎(chǔ)上,詳細(xì)分析了稀氧燃燒技術(shù)在回轉(zhuǎn)式精煉爐上的生產(chǎn)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。實(shí)踐表明,采用稀氧燃燒技術(shù)可完全消除傳統(tǒng)煤氣燃燒存在的安全隱患,提高煙塵中銅的回收率,有效解決煙塵達(dá)標(biāo)排放的環(huán)保問(wèn)題,同時(shí)噸陽(yáng)極銅的能耗可下降50%,其雙燃料切換模式還能確保冶煉生產(chǎn)過(guò)程的連續(xù)性和穩(wěn)定性。

稀氧燃燒；回轉(zhuǎn)式精煉爐；雙燃料切換；回收率；節(jié)能降耗

回轉(zhuǎn)式精煉爐已成為火法煉銅廠的標(biāo)準(zhǔn)精煉設(shè)備[1-3],而稀氧燃燒技術(shù)在回轉(zhuǎn)式精煉爐上的應(yīng)用也已較為成熟。稀氧燃燒技術(shù)以其節(jié)能降耗的優(yōu)點(diǎn)在世界范圍內(nèi),被各銅冶煉廠廣泛應(yīng)用[4-5],自安徽銅陵有色公司2009年引進(jìn)該技術(shù)后,至今共有10余家國(guó)內(nèi)銅冶煉企業(yè)應(yīng)用該技術(shù)[6-7]。然而,國(guó)內(nèi)關(guān)于稀氧燃燒技術(shù)在回轉(zhuǎn)式精煉爐上生產(chǎn)應(yīng)用實(shí)踐的報(bào)道卻仍不多見(jiàn)。云南錫業(yè)股份有限公司銅業(yè)分公司于2012年引進(jìn)稀氧燃燒技術(shù),下文擬對(duì)稀氧燃燒技術(shù)在回轉(zhuǎn)式精煉爐上的生產(chǎn)應(yīng)用實(shí)踐做一詳細(xì)闡述。

1 稀氧燃燒技術(shù)應(yīng)用前的生產(chǎn)情況

云南錫業(yè)股份有限公司銅業(yè)分公司在應(yīng)用稀氧燃燒技術(shù)之前,采用傳統(tǒng)燒嘴,以90 kW助燃風(fēng)機(jī)提供燃燒風(fēng),以煤氣燃燒同時(shí)噴射柴油燃燒的雙燃料燃燒系統(tǒng)向爐內(nèi)提供足夠熱量。由于助燃風(fēng)機(jī)提供的助燃空氣中僅有21%的氧氣是燃料燃燒的有效助燃成分,76%的氮?dú)庑枳鳛閺U氣排出,在氮?dú)鈴臒爝M(jìn)入爐內(nèi)后又從煙道排出的過(guò)程中會(huì)帶走大量熱量。在使用傳統(tǒng)燒嘴期間,回轉(zhuǎn)式精煉爐除接受熔融熱粗銅外,還要加入部分冷態(tài)粗銅錠等作為提高單爐產(chǎn)量的補(bǔ)充。由于廢氣帶走的熱量較大,造成了精煉爐僅能化3.75 t/h冷態(tài)粗銅錠,冷態(tài)粗銅錠的單位時(shí)間內(nèi)的處理量難以提高,這就導(dǎo)致了傳統(tǒng)燒嘴精煉爐的作業(yè)成本較高。

2 稀氧燃燒技術(shù)應(yīng)用后的生產(chǎn)情況

該公司采用稀氧燃燒燒嘴取代了傳統(tǒng)燒嘴后，采用雙燃料系統(tǒng)，以柴油或天然氣作為主燃料，以制氧站制備的純度在98.5%以上的氧助燃,直接摒棄了傳統(tǒng)燒嘴的煤氣燃燒,還取消了90 kW助燃風(fēng)機(jī)。該技術(shù)應(yīng)用后,不僅操作簡(jiǎn)單,還完全消除了因使用煤氣燃燒而帶來(lái)的不安全作業(yè)隱患,單位時(shí)間內(nèi)冷態(tài)粗銅錠的處理能力也較之前提高了1倍。

3 稀氧燃燒技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

3.1 解決煤氣燃燒造成的生產(chǎn)安全隱患

傳統(tǒng)式燒嘴在采用煤氣燃燒的同時(shí),輔以柴油燃燒,在生產(chǎn)過(guò)程中,操作稍有不慎,煤氣輸送管道內(nèi)就會(huì)積存大量冷凝水及煤焦油,特別是在彎管處。為疏通煤氣管道,常需暫停精煉爐作業(yè),啟動(dòng)前斷水封系統(tǒng),同時(shí)關(guān)閉兩道刀閥以斷開(kāi)煤氣供給,再通過(guò)煤氣管道內(nèi)氮?dú)庵脫Q并排空管道內(nèi)殘留的煤氣后,方可拆卸管道進(jìn)行堵塞疏通工作。該堵塞疏通工作耗時(shí)較長(zhǎng),程序繁瑣,且存在一定的安全隱患,一旦管道內(nèi)煤氣置換不徹底,便有可能造成少量煤氣在管道拆卸后外泄,接觸明火導(dǎo)致爆炸或造成操作工中毒等事故。此外,傳統(tǒng)煤氣燒嘴孔較大,煤氣量大,但煤氣壓力偏低,在精煉作業(yè)過(guò)程中,極易被氧化還原作業(yè)時(shí)噴濺的銅水堵塞燒嘴孔。操作時(shí)一旦發(fā)現(xiàn)煤氣量供給不足或煤氣管道監(jiān)測(cè)溫度明顯偏低時(shí),即可判斷有燒嘴孔堵塞或煤氣管道堵塞的可能。上述兩種堵塞都將造成煤氣供給量不足,導(dǎo)致?tīng)t內(nèi)提供的熱量不足,從而影響正常作業(yè)或延長(zhǎng)作業(yè)時(shí)間，增加了作業(yè)成本。此時(shí),必須拆卸燒嘴進(jìn)行堵塞清理工作,在清理工作開(kāi)展前,必須重復(fù)疏通煤氣管道前所必須的繁瑣的程序化工作。只有煤氣管道內(nèi)殘余煤氣完全置換排空后,方可拆卸燒嘴進(jìn)行堵塞清理。燒嘴堵塞清理工作耗時(shí)也較長(zhǎng),操作工勞動(dòng)強(qiáng)度大,僅清理燒嘴孔就至少需要4 h才能完成。

然而,稀氧燒嘴使用后,由于使用柴油或天然氣作為主燃料,燃料孔徑較小,燃料供給壓力較大,只要精心維護(hù)完全可以消除燒嘴孔堵塞清理工作,更不必?fù)?dān)心發(fā)生傳統(tǒng)煤氣燃燒系統(tǒng)的煤氣管道堵塞問(wèn)題,從而完全避免了煤氣管道堵塞疏通工作,大大提高了有效作業(yè)時(shí)間,使生產(chǎn)過(guò)程更為連續(xù)化,操作工的勞動(dòng)強(qiáng)度也明顯降低,陽(yáng)極銅的單位能耗也得到降低,更消除了原煤氣燃燒存在的可能安全隱患。

3.2 提高煙塵中銅的回收率

傳統(tǒng)燒嘴煤氣燃燒模式下,由于采用空氣助燃,大量非助燃?xì)怏w進(jìn)入煙氣廢氣中,大大稀釋了煙氣中的煙塵濃度,該煙氣經(jīng)脫硫塔洗滌后達(dá)標(biāo)排放。然而,應(yīng)用稀氧燃燒技術(shù)后,由于煙氣量明顯減少,使得單位時(shí)間內(nèi)煙氣中的煙塵濃度明顯升高。為保證煙氣經(jīng)洗滌后能達(dá)標(biāo)排放,在脫硫塔前增加了布袋收塵系統(tǒng),目前布袋收塵使用的情況較為良好,24 h進(jìn)行收塵,可收集到330 kg/a的煙塵。該煙塵取樣化驗(yàn)結(jié)果顯示,煙塵含銅>20%,即每天可收集到66 kg的金屬銅量。銅冶煉工廠按每年生產(chǎn)330 d計(jì)算,每年還可從煙塵中回收到21.78 t金屬銅,按5萬(wàn)元/t金屬銅的市場(chǎng)價(jià)計(jì)算,每年回收到的金屬銅的經(jīng)濟(jì)價(jià)值約為108.9萬(wàn)元。該系統(tǒng)的改造不僅提高了煙塵中銅的回收率,還提高了精煉系統(tǒng)銅的總回收率，同時(shí)還因進(jìn)入脫硫洗滌塔內(nèi)的煙氣含塵量減少而緩解了洗滌塔的壓力,解決了環(huán)保問(wèn)題,確保了煙氣洗滌后能達(dá)標(biāo)排放。傳統(tǒng)煤氣燃燒模式下,洗滌后的石膏渣含銅常在1%～2%而難再回收利用，只能作為棄渣堆存。而經(jīng)布袋收塵后,石膏渣含銅僅在0.1%～0.4%，石膏渣含銅顯著降低。

3.3 提高物料處理能力

傳統(tǒng)煤氣燃燒并輔以柴油燃燒模式下,每小時(shí)僅能熔化3.75 t冷態(tài)粗銅錠,而稀氧燃燒模式下，冷態(tài)粗銅錠的熔化能力提高至7.5 t/h以上,單爐期的作業(yè)時(shí)間也由原來(lái)的24 h降低至16 h,明顯提高了有效作業(yè)率,可降低作業(yè)成本。此外,稀氧燃燒模式下,其明顯優(yōu)越的升溫效果,可快速提高爐內(nèi)銅水溫度和渣液溫度。由于渣溫略微高于原有溫度,渣的流動(dòng)性好,更有利于扒渣,渣含銅量也明顯由原來(lái)的每爐期3 t降低至每爐期0.5 t以下,大大減少了渣包內(nèi)沉積銅的回爐處理量，從而也節(jié)約了燃料,控制了作業(yè)成本。由于柴油或天然氣使用量較之前不變,表1僅比較稀氧燃燒技術(shù)應(yīng)用前后改變的作業(yè)成本。

表1 稀氧燃燒應(yīng)用前后精煉爐運(yùn)行參數(shù)

從表1可知,單臺(tái)陽(yáng)極爐每小時(shí)將可節(jié)約能耗的經(jīng)濟(jì)價(jià)值約為957元,銅冶煉廠每年按330個(gè)工作日計(jì)算,每年將可因使用稀氧燃燒技術(shù)節(jié)約能耗約757.9萬(wàn)元，與之前的傳統(tǒng)煤氣燃燒模式相比,噸陽(yáng)極銅的能耗約下降了50%。隨著國(guó)家大力推進(jìn)低碳經(jīng)濟(jì),要求有色行業(yè)的能耗技術(shù)指標(biāo)的進(jìn)一步降低,該技術(shù)將越發(fā)凸顯其降低能耗所帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)。

3.4 雙燃料燒嘴切換，能源供給穩(wěn)定

該公司使用的稀氧燃燒系統(tǒng)采用了雙燃料燒嘴切換模式,即可采用柴油燃燒,也可使用天然氣燃燒。雙燃料燃燒切換模式,可保證能源供給的穩(wěn)定性,確保生產(chǎn)的連續(xù)性和穩(wěn)定性,確保冶煉作業(yè)完全不受能源供給的任何影響。由于云南地理位置的特殊性,當(dāng)天然氣供給受到某些因素的影響時(shí),可立即切換使用柴油燃燒。該切換過(guò)程極其簡(jiǎn)單,只需關(guān)閉天然氣球閥后拆除天然氣噴槍,更換柴油噴槍,打開(kāi)柴油管道球閥后,在控制系統(tǒng)上啟動(dòng)“柴油燃燒模式”模塊,系統(tǒng)即會(huì)立即根據(jù)柴油燃燒模式來(lái)自動(dòng)計(jì)算富氧量;如有必要也可在手動(dòng)模式下,根據(jù)爐況需要來(lái)自由調(diào)節(jié)柴油與富氧比例。在天然氣供給穩(wěn)定的前提下，可優(yōu)先使用天然氣作為主燃料。這是因?yàn)閺膰嶊?yáng)極銅的能耗看，使用天然氣的成本會(huì)比使用柴油的成本略微低些,可在一定程度上控制噸陽(yáng)極銅的生產(chǎn)成本。

4 結(jié)論

綜上所述,采用稀氧燃燒取代傳統(tǒng)的煤氣燃燒,可完全消除煤氣燃燒存在的安全隱患,降低操作工的勞動(dòng)強(qiáng)度,保證生產(chǎn)過(guò)程的連續(xù)性,提高了有效作業(yè)時(shí)間。稀氧燃燒應(yīng)用后增加了布袋收塵，每天可從煙塵中回收到約66 kg金屬銅量,每年將可因此而創(chuàng)收108.9萬(wàn)元經(jīng)濟(jì)效益,這不僅緩解了脫硫塔洗滌的壓力,還有效解決了煙塵達(dá)標(biāo)排放的環(huán)保問(wèn)題。與之前的煤氣燃燒并輔以柴油燃燒模式相比,采用稀氧燃燒的噸陽(yáng)極銅能耗下降了50%,不僅降低了噸陽(yáng)極銅的能耗,還提高了單位時(shí)間內(nèi)冷態(tài)粗銅錠物料的熔化能力,單爐期的作業(yè)時(shí)間還從原來(lái)的24 h降低至16 h。雙燃料切換模式可根據(jù)實(shí)際情況,調(diào)整燃料種類(lèi)的使用,降低了燃料供給受外界因素影響的風(fēng)險(xiǎn),確保了冶煉生產(chǎn)過(guò)程的連續(xù)性和穩(wěn)定性。

[1] 許并社,李明照.銅冶煉工藝[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2010:148-158.

[2] 北京有色冶金設(shè)計(jì)研究總院.重有色金屬冶煉設(shè)計(jì)手冊(cè):銅鎳卷[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1996:1-2.

[3] 黃永峰,陳延進(jìn),王彤,等.稀氧燃燒技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用[J].有色金屬(冶煉部分),2011(2):9-11.

[4] 任曉雪,張衛(wèi)男,王濤,等.稀氧燃燒技術(shù)在銅冶煉中的應(yīng)用[C]//中國(guó)有色金屬學(xué)會(huì)冶金設(shè)備學(xué)術(shù)委員會(huì),重有色金屬冶金學(xué)術(shù)委員會(huì).第九屆全國(guó)有色金屬工業(yè)冶煉煙氣治理專(zhuān)利技術(shù)推廣及三廢無(wú)害化處置研發(fā)技術(shù)研討會(huì)論文集,2012:90-95.

[5] D.B.喬治，A.C.恩里克斯，A.C.德尼斯，等.銅陽(yáng)極精煉系統(tǒng)和方法:中國(guó),CN201180009836.2[P].2011-2-16.

[6] 熊振昆,張建坤,史興華.350 t燃煤回轉(zhuǎn)式陽(yáng)極爐的生產(chǎn)實(shí)踐[J].中國(guó)有色冶金,2007(5):36-40.

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Application of Technology of Dilute Oxygen Combustion and Energy Saving in Copper Smelting Production

TANG Duzuo,GU Helin,YUAN Haibin
(Yunnan Tin Company Limited,Gejiu,Yunnan 661000,China)

Based on production comparison before/after application of technology of dilute oxygen combustion in copper branch of Yunnan Tin Company Limited,the paper analyzes advantages of production and application of technology of dilute oxygen combustion in rotary refining furnace.It shows in practice that application of technology of dilute oxygen combustion can fully remove potential safety hazard existed in traditional gas combustion,improve copper recovery in flue dust,resolve environmental protection problems on dust emission,meanwhile,energy consumption of anode copper can reduce to 50%,dual-fuel switching mode can ensure continuity and stability in smelting production period.

dilute oxygen combustion;rotary refining furnace;dual-fuel switching;recovery;energy saving and consumption reduction

TF811

B

1004-4345(2015)01-0021-02

2014-07-01

唐都作(1976—),男,高級(jí)工程師,主要從事有色金屬冶金自動(dòng)化控制技術(shù)工作。