蘇鳳來(lái)，王國(guó)標(biāo)，黃兆驅(qū)，趙 永

（紫金礦業(yè)集團(tuán)穆索諾伊礦業(yè)簡(jiǎn)易股份有限公司，剛果（金） 盧瓦拉巴）

銅是一種金屬元素，密度為8.92 g/cm3，熔點(diǎn)可達(dá)1 083 ℃，沸點(diǎn)可達(dá)2 567 ℃，以上性質(zhì)使得銅具有較高的熱導(dǎo)率、電導(dǎo)率以及較強(qiáng)的化學(xué)穩(wěn)定性。另外，銅的抗拉強(qiáng)度最高可達(dá)50 kg/mm2，因此它在延展性、可塑性以及耐蝕性方面具有較強(qiáng)的優(yōu)越性。銅可與鉛、鋅、錳、錫、鋁、鎳、鈷、鐵等金屬形成合金，有利于熔接。銅具有優(yōu)越的物理化學(xué)性能，被廣泛應(yīng)用于電氣、輕工、機(jī)械制造、建筑工業(yè)、國(guó)防工業(yè)等領(lǐng)域，是中國(guó)有色金屬材料中消費(fèi)量?jī)H次于鋁的金屬。

剛果（金）蘊(yùn)藏多種有色金屬、稀有金屬和非金屬礦，重要有色金屬超過(guò)20 種，包括鈷、銅、錳、鈾、鉭、鋅、錫、鉻、鍺、鎘等，其中銅儲(chǔ)量約為7 500 萬(wàn)t，占全球的15%，鈷礦儲(chǔ)量為450 萬(wàn)t，占全球儲(chǔ)量的一半，其在世界上占有重要地位，被稱(chēng)為世界原料倉(cāng)庫(kù)。某礦業(yè)集團(tuán)積極響應(yīng)國(guó)家“走出去”發(fā)展戰(zhàn)略，于2014年12月收購(gòu)剛果（金）某礦業(yè)公司，成為其控股股東。該礦業(yè)公司擁有的礦山以氧化銅為主，采用浮選-熔煉后得到粗銅和冰銅[1]，該工藝浮選后得到的氧化銅品位可達(dá)23%，氧化銅經(jīng)兩臺(tái)風(fēng)口區(qū)斷面面積11.6 m2的密閉鼓風(fēng)爐熔煉得到產(chǎn)品，同時(shí)回收熔煉過(guò)程產(chǎn)生的煙塵。

銅精礦和生產(chǎn)輔料焦炭含有0.6%～1.0%的硫，還原熔煉過(guò)程不可避免地會(huì)生成SO2，故鼓風(fēng)爐煙氣經(jīng)重力和離心力初步收塵后，還需經(jīng)過(guò)動(dòng)力波酸堿中和收塵，經(jīng)過(guò)脫硫后達(dá)到排放要求。投產(chǎn)初期，該套動(dòng)力波系統(tǒng)在長(zhǎng)周期運(yùn)行時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)噴嘴堵塞、填料塔格柵壓差上升等問(wèn)題，嚴(yán)重影響鼓風(fēng)爐的安全平穩(wěn)運(yùn)行。動(dòng)力波系統(tǒng)為冶煉廠濕式收塵除硫系統(tǒng)，承擔(dān)著收塵和除硫的雙重任務(wù)，即經(jīng)濟(jì)效益+環(huán)境效益，它是收塵的最后一道工序，也是環(huán)境保護(hù)的核心工序，因此該系統(tǒng)的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。

1 動(dòng)力波洗滌技術(shù)

1.1 動(dòng)力波原理

20世紀(jì)70年代，美國(guó)首先研發(fā)出動(dòng)力波煙氣洗滌技術(shù)，但該技術(shù)當(dāng)時(shí)僅應(yīng)用于小范圍內(nèi)的工業(yè)煙塵處理，應(yīng)用范圍窄，應(yīng)用量小。后來(lái)，美國(guó)認(rèn)識(shí)到該技術(shù)的價(jià)值，對(duì)其進(jìn)行可行性研究，率先建成并成功運(yùn)行世界上第一臺(tái)動(dòng)力波煙氣洗滌工業(yè)裝置[2]。動(dòng)力波煙氣洗滌技術(shù)原理[3]是運(yùn)用流體力學(xué)理論，氣體能量流和液體能量流在動(dòng)力波反應(yīng)器的逆噴管中相遇，在氣液兩相的相互作用下，氣體通道中建立巨大的泡沫層，利用泡沫層氣液接觸面積大、更新速度快的特點(diǎn)，進(jìn)行高效的傳熱傳質(zhì)，另外，逆噴管內(nèi)形成的泡沫層可以隨氣液動(dòng)量的變化在逆噴管內(nèi)上下運(yùn)動(dòng)，以適應(yīng)不同煙氣量的變化[4]。

1.2 動(dòng)力波系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該冶煉廠采用的動(dòng)力波系統(tǒng)主要由一級(jí)動(dòng)力波和二級(jí)動(dòng)力波組成，整套系統(tǒng)由耐腐蝕的304 不銹鋼制造而成，布置于排煙系統(tǒng)的最末端。一級(jí)動(dòng)力波設(shè)置有逆向噴射洗滌塔，內(nèi)部安裝有向上的噴嘴，堿性循環(huán)液通過(guò)噴淋泵從噴嘴噴出在上方形成氣液傳質(zhì)區(qū)域，堿液與進(jìn)入動(dòng)力波系統(tǒng)的煙氣形成逆流噴射。在一級(jí)動(dòng)力波區(qū)域，煙氣得到降溫并能脫除大部分的SO2與粉塵。堿性循環(huán)液自流至循環(huán)槽內(nèi)，通過(guò)循環(huán)泵進(jìn)入二級(jí)動(dòng)力波內(nèi)，通過(guò)填料逐層下落與經(jīng)一級(jí)動(dòng)力波凈化后的煙氣再次形成逆流交互傳質(zhì)，最終煙氣通過(guò)二級(jí)動(dòng)力波頂部的捕沫器除去水霧，然后經(jīng)引風(fēng)機(jī)達(dá)標(biāo)排放。該套動(dòng)力波系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 動(dòng)力波系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.3 動(dòng)力波系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

動(dòng)力波系統(tǒng)是一種氣-液直接接觸傳質(zhì)設(shè)備，同時(shí)能達(dá)到煙氣降溫效果，具有突出優(yōu)點(diǎn)[5-6]。一是煙氣處理量大。利用泡沫洗滌技術(shù)接觸面積大的優(yōu)勢(shì)，凈化除塵效率高（大于99%），相對(duì)于高塔等傳統(tǒng)設(shè)備，能以較低能量獲得較高的除塵率。二是氣量波動(dòng)范圍大。洗滌塔面積大，泡沫可隨氣體量上下浮動(dòng)，以適應(yīng)不同的氣體流量，處理的氣體量可在50%～100%范圍內(nèi)變化，而不降低除塵率。該氣體除塵設(shè)備具有造價(jià)低、易安裝、占地面積小等優(yōu)勢(shì)。氣體入口為噴嘴設(shè)計(jì)，可使得動(dòng)力波反應(yīng)器的逆噴管氣體流速大，氣液暢通，設(shè)備可靠性好，運(yùn)行周期長(zhǎng)?？烧{(diào)節(jié)循環(huán)液，以滿(mǎn)足不同條件的尾氣達(dá)標(biāo)排放要求，滿(mǎn)足各種環(huán)保要求。

2 動(dòng)力波系統(tǒng)長(zhǎng)周期運(yùn)行的影響因素

鼓風(fēng)爐所產(chǎn)生的煙氣在進(jìn)入動(dòng)力波系統(tǒng)凈化之前只進(jìn)行簡(jiǎn)單的重力收塵和旋風(fēng)收塵，進(jìn)入動(dòng)力波系統(tǒng)的含塵量經(jīng)常超過(guò)200 mg/Nm3。動(dòng)力波系統(tǒng)配置1 臺(tái)過(guò)濾面積60 m2的板框壓濾機(jī)，循環(huán)液在沉降池沉淀后底流開(kāi)路能力不足，經(jīng)常造成循環(huán)堿液含固量超標(biāo)。這導(dǎo)致動(dòng)力波填料塔噴頭及各支管堵塞，造成堿液循環(huán)總量下降，進(jìn)一步造成填料堵塞、透氣性變差，最終使得填料塔氣液接觸面積和停留時(shí)間不夠，影響填料塔脫硫除塵效果[7]。經(jīng)重力收塵和旋風(fēng)收塵后，未凈化的細(xì)小粉塵隨煙氣進(jìn)入動(dòng)力波系統(tǒng)，通過(guò)氣液傳質(zhì)交互后進(jìn)入循環(huán)堿液，粉塵顆粒不斷碰撞并聚集變大，形成細(xì)泥狀物質(zhì)堵塞噴頭。當(dāng)排煙系統(tǒng)的引風(fēng)機(jī)頻率提高較大時(shí)，鼓風(fēng)爐內(nèi)負(fù)壓過(guò)大，造成排煙系統(tǒng)煙塵后移，大量粉塵進(jìn)入動(dòng)力波系統(tǒng)，循環(huán)堿液含固量迅速提高。

冶煉廠動(dòng)力波系統(tǒng)采用堿中和法進(jìn)行脫硫，通過(guò)添加碳酸鈉控制循環(huán)堿液pH 在7.2～7.4，但隨著礦山原礦性質(zhì)的變化，氧化精礦的含硫量逐年提高，入爐精礦含硫量最高可達(dá)1%，超出鼓風(fēng)爐含硫控制要求。原料含硫量增加勢(shì)必造成煙氣中SO2濃度上升，在酸堿中和過(guò)程中，亞硫酸鈉生成量同步增加，長(zhǎng)周期運(yùn)行會(huì)造成循環(huán)液內(nèi)亞硫酸鈉過(guò)飽和，并在循環(huán)液內(nèi)與懸浮物生成結(jié)晶，亞硫酸鈉結(jié)晶除少部分經(jīng)循環(huán)液壓濾開(kāi)路被去除外，其余均在系統(tǒng)內(nèi)，時(shí)間一長(zhǎng)便會(huì)在動(dòng)力波填料和噴頭上析出，造成堵塞。部分外界雜質(zhì)進(jìn)入循環(huán)堿液，也會(huì)造成噴頭堵塞，動(dòng)力波系統(tǒng)的雜質(zhì)來(lái)源主要是人工補(bǔ)堿。動(dòng)力波系統(tǒng)采用碳酸鈉維持循環(huán)液的pH，需要人工添加固體碳酸鈉（袋裝）配制堿液，其間或多或少會(huì)帶入編織袋纖維和固體碳酸鈉中的不溶性雜質(zhì)。進(jìn)入動(dòng)力波系統(tǒng)循環(huán)堿液后，這些外界帶入的不溶性雜質(zhì)極易與循環(huán)液內(nèi)的懸浮物造成噴頭堵塞。

3 動(dòng)力波長(zhǎng)周期運(yùn)行的優(yōu)化技改措施

經(jīng)過(guò)多年生產(chǎn)實(shí)踐，針對(duì)影響動(dòng)力波系統(tǒng)長(zhǎng)周期運(yùn)行的因素，冶煉廠管理團(tuán)隊(duì)不斷地進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。

做好精細(xì)爐況控制，減少鼓風(fēng)爐內(nèi)料面捅打次數(shù)，僅捅打上火嚴(yán)重和棚料區(qū)域，降低煙氣粉塵濃度，同時(shí)通過(guò)技改將鼓風(fēng)爐出口負(fù)壓和引風(fēng)機(jī)頻率連鎖自動(dòng)控制，及時(shí)調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)頻率，保持鼓風(fēng)爐內(nèi)微負(fù)壓環(huán)境，避免人工調(diào)整不及時(shí)而出現(xiàn)爐內(nèi)負(fù)壓過(guò)大，導(dǎo)致煙塵后移，減少動(dòng)力波系統(tǒng)的煙塵量。將動(dòng)力波系統(tǒng)的循環(huán)泵吸入口由原來(lái)的罐底上移至距罐底1 m 位置，避免循環(huán)槽底部含固量高的堿液進(jìn)入系統(tǒng)循環(huán)，通過(guò)自然沉降將循環(huán)液內(nèi)的懸浮物控制在循環(huán)槽底部，并在其底部增加6 個(gè)大型排泥口，通過(guò)每天定期排放循環(huán)液底流對(duì)含固量高的循環(huán)液進(jìn)行開(kāi)路，開(kāi)路含固量高的底流流入新建的三級(jí)沉降池進(jìn)行固液分離，上清液返回循環(huán)系統(tǒng)，高濃度分離液打回壓濾系統(tǒng)回收含銅物料，含高濃度亞硫酸鈉的濾液開(kāi)路至沖渣水池。動(dòng)力波系統(tǒng)格柵壓差存在上漲趨勢(shì)時(shí)，加大循環(huán)底流的開(kāi)路量，增加循環(huán)液中懸浮物的開(kāi)路，開(kāi)路大量的循環(huán)液后，要重新補(bǔ)充循環(huán)液，以降低動(dòng)力波系統(tǒng)循環(huán)液內(nèi)亞硫酸鈉濃度，減少過(guò)飽和結(jié)晶析出。

利用鼓風(fēng)爐定期檢修停風(fēng)的契機(jī)，定期用高壓水沖洗二級(jí)動(dòng)力波塔內(nèi)的填料，減少填料表面的黏結(jié)物，增加填料透氣性。通過(guò)二級(jí)動(dòng)力波循環(huán)液的噴淋壓力判斷噴頭堵塞情況，在噴淋壓力上漲至0.15 MPa以上時(shí)，利用停風(fēng)檢修間隔進(jìn)入二級(jí)動(dòng)力波塔內(nèi)對(duì)堵塞的噴頭進(jìn)行清理或更換，以確保堿液循環(huán)噴淋效果。在碳酸鈉溶堿池固體加堿口和沉降槽溢流堰出口等位置安裝鋼絲網(wǎng)，在系統(tǒng)外部對(duì)循環(huán)堿液進(jìn)行有效過(guò)濾，杜絕碳酸鈉包裝袋和其他雜質(zhì)進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)部循環(huán)液，減少編織袋纖維堵塞填料塔噴嘴的概率。將循環(huán)液pH 調(diào)節(jié)和補(bǔ)充堿液泵啟停建立自控連鎖，及時(shí)補(bǔ)加堿液，準(zhǔn)確調(diào)節(jié)循環(huán)液pH，確保循環(huán)液pH 的穩(wěn)定性，以免堿液過(guò)量造成系統(tǒng)結(jié)晶堵塞噴頭。

4 優(yōu)化后實(shí)際運(yùn)行效果

2022年，在冶煉廠鼓風(fēng)爐的全生命周期運(yùn)行中，動(dòng)力波系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，其間沒(méi)有因噴頭堵塞或二級(jí)動(dòng)力波內(nèi)格柵壓差過(guò)大而被迫停風(fēng)對(duì)動(dòng)力波系統(tǒng)進(jìn)行檢修。按冶煉廠歷史生產(chǎn)實(shí)踐，當(dāng)格柵壓差增大時(shí)，每三個(gè)月需要停風(fēng)重新更換填料，每次作業(yè)時(shí)間為6 h，對(duì)作業(yè)率的影響不大。通過(guò)優(yōu)化，減少鼓風(fēng)爐停機(jī)檢修時(shí)間，提升單臺(tái)鼓風(fēng)爐氧化精礦處理量和冶煉廠的經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)多年的生產(chǎn)實(shí)踐，該冶煉廠動(dòng)力波系統(tǒng)得到持續(xù)優(yōu)化和改進(jìn)，動(dòng)力波噴頭堵塞明顯減少，填料透氣性得到保持，在保證鼓風(fēng)爐作業(yè)環(huán)境安全的前提下，避免生產(chǎn)中被迫停機(jī)更換噴頭和填料。整個(gè)動(dòng)力波系統(tǒng)在鼓風(fēng)爐一個(gè)生產(chǎn)周期內(nèi)無(wú)須停風(fēng)大修，提高設(shè)備年度運(yùn)轉(zhuǎn)率，提高單臺(tái)設(shè)備年度氧化精礦處理量，降低噸銅成本。