提高焙燒爐產(chǎn)能的生產(chǎn)實(shí)踐

唐光其，張博，倪恒發(fā)

（河南豫光鋅業(yè)有限公司，河南濟(jì)源454650）

提高焙燒爐產(chǎn)能的生產(chǎn)實(shí)踐

唐光其，張博，倪恒發(fā)

（河南豫光鋅業(yè)有限公司，河南濟(jì)源454650）

通過設(shè)備挖潛、調(diào)整原料組成以及優(yōu)化工藝參數(shù)等措施，焙燒爐的產(chǎn)能得以提高，床能率由設(shè)計的5.51 t/（m2·d）提高至7.51t/（m2·d）。

沸騰焙燒爐；床能率；鼓風(fēng)量；配料；富氧鼓風(fēng)

0 前言

河南豫光鋅業(yè)有限公司一期10萬t電鋅工程2005年3月建成投產(chǎn)，二期10萬t電鋅工程2008年9月建成投產(chǎn)，兩項工程均采用常規(guī)濕法煉鋅工藝，火法系統(tǒng)采用109m2魯奇式焙燒爐生產(chǎn)焙砂。該沸騰焙燒爐采用流態(tài)化焙燒技術(shù)，具有傳熱傳質(zhì)速度快、爐內(nèi)溫度均勻、產(chǎn)品質(zhì)量好、生產(chǎn)效率高、便于實(shí)現(xiàn)連續(xù)化和自動化操作等特點(diǎn)。工廠經(jīng)過多年的技術(shù)創(chuàng)新和設(shè)備改造，焙燒爐床能率由設(shè)計的5.51 t/（m2·d）提高到7.51 t/（m2·d），提高了焙砂的產(chǎn)量。

1 沸騰焙燒爐的基本概況

精礦焙燒的目的是產(chǎn)出合格的焙砂送浸出處理，同時產(chǎn)出具有一定濃度的二氧化硫煙氣制取硫酸。公司流態(tài)化焙燒爐原設(shè)計的工藝參數(shù)為：鼓風(fēng)量48 000m3/h，焙燒溫度890±20℃，配備1臺蒸發(fā)量31 t/h余熱鍋爐和6組冷卻面積為40.2m2的冷卻盤管。所處理的鋅精礦的主要成分為(%)：Zn＞47、S28～31、Fe≤12、SiO2≤5、Pb≤1.5、H2O 8～10，產(chǎn)物焙砂可溶鋅率大于91%，脫硫率93.15%。

2 提高焙燒爐產(chǎn)能的實(shí)踐

在5年來的生產(chǎn)實(shí)踐中，工廠通過優(yōu)化焙燒爐操作工藝參數(shù)，調(diào)整入爐含鋅物料的組成，增加焙燒爐的冷卻面積，以及啟用噴淋裝置，配加熔鑄浮渣或鋅焙砂等措施,使焙燒爐床能率由設(shè)計的5.51 t/（m2·d）提高到了7.51 t/（m2·d），產(chǎn)能有了較大幅度的提高。

2.1 優(yōu)化工藝參數(shù)

2.1.1 提高焙燒爐鼓風(fēng)量

焙燒爐原設(shè)計鼓風(fēng)量為48 000 m3/h，床能率5.51 t/（m2·d），風(fēng)料比1 920m3/t（干基）。經(jīng)過實(shí)踐摸索以及借鑒同行業(yè)的經(jīng)驗，焙燒爐的鼓風(fēng)量逐步提高至55 000m3/h，余熱鍋爐蒸發(fā)量為28 t/h，床能率提高至6.31 t/（m2·d）。通過提高鼓風(fēng)量提高焙燒爐產(chǎn)能的效果明顯。

2.1.2 提高焙燒爐沸騰層溫度

原焙燒爐焙燒溫度設(shè)計為890±20℃，實(shí)踐表明，適當(dāng)提高投料量，將焙燒爐沸騰層溫度控制在920±20℃，可控制焙砂可溶鋅率大于91%，余熱鍋爐的蒸發(fā)量小于30 t/h，而繼續(xù)提高焙燒溫度，焙砂可溶鋅率迅速下降。為保證焙砂質(zhì)量和提高焙砂產(chǎn)量，沸騰層溫度由890℃提高到920℃，床能率提高0.13 t/（m2·d），達(dá)到6.44 t/（m2·d）。

2.2 調(diào)整入爐物料的組成

2.2.1 焙燒過程中鋅精礦主要組分的行為

（1）硫化鋅。硫化鋅在焙燒過程中發(fā)生以下反應(yīng)：

反應(yīng)（1）是沸騰焙燒的主要反應(yīng)，焙燒最終產(chǎn)物的比例取決于焙燒的溫度、氧分壓和SO2分壓，其中焙燒溫度易于控制。為了滿足浸出的要求，采取部分硫酸化焙燒，控制焙燒溫度在920℃左右，使大部分ZnS氧化為ZnO，同時控制焙燒產(chǎn)物中有部分ZnO·2ZnSO4，以補(bǔ)償浸出和電解過程中SO2-4的損失。

（2）硫化鐵。高溫下硫化鐵氧化主要生成Fe2O3，并與呈兩性的ZnO結(jié)合生成鐵酸鋅。硫化鐵在焙燒中還可生成高鐵硫酸鹽，其也能與ZnO結(jié)合：鋅濕法冶金過程中，鐵酸鋅的存在會降低鋅的浸出率，通常通過控制鋅精礦中的鐵含量和降低焙燒溫度來控制鐵酸鋅的生成量。

（3）二氧化硅。硫化鋅精礦中含有2%～8%的SiO2，其以石英礦物晶體形式存在。焙燒過程中SiO2可與金屬氧化物反應(yīng)生成硅酸鹽。這些硅酸鹽在浸出過程中溶于稀酸，不利于浸出礦漿的進(jìn)一步處理。因此焙燒時，要求鋅精礦中的SiO2含量嚴(yán)格控制在5%以下。

（4）硫化鉛。在焙燒溫度下，硫化鉛焙燒的產(chǎn)物主要為PbO。精礦含鉛過高時，大量的PbO與SiO2等生成低熔點(diǎn)的化合物，其中硅酸鉛的熔點(diǎn)僅為743℃，這些化合物熔化后成為一種粘結(jié)劑，將焙砂顆粒粘在一起，造成燒結(jié)事故。

在鋅精礦焙燒的特定溫度和酸性爐氣下，PbO、ZnO與硅的氧化物結(jié)合生成PbO·SiO2和ZnO·SiO2，兩者均在冷卻盤管上形成致密物質(zhì)，降低冷卻盤管的換熱效果，從而降低焙燒爐的產(chǎn)能。

生產(chǎn)實(shí)踐表明：應(yīng)控制進(jìn)入焙燒爐的鋅精礦含Pb小于1.5%，SiO2小于5%。

2.2.2 物料組成對焙燒爐產(chǎn)能的影響

在鋅精礦的流態(tài)化焙燒過程中，組成不同的鋅精礦反應(yīng)釋放的熱量不同。質(zhì)量相同的情況下，硫化鋅釋放的熱量比硫化鐵小[1]，在硫化鋅精礦焙燒過程中，為保持焙燒爐熱量平衡，低鐵高鋅物料的投料量比高鐵低鋅物料的大。實(shí)踐表明：鋅精礦中Fe含量越高，焙砂的可溶鋅率越低。因此選取低鐵高鋅物料焙燒不僅對浸出有利，而且對提高焙燒爐產(chǎn)能有利。

鋅精礦中的主要元素呈下列形態(tài)存在：ZnS、CdS、PbS、CuFeS2、Fe7S8、FeS2，其中鋅和鐵的硫化物占到90%以上，鋅精礦在焙燒爐內(nèi)反應(yīng)產(chǎn)生的熱量95%以上由ZnS和FeS與氧反應(yīng)提供。

下面是工廠實(shí)際生產(chǎn)過程中兩種不同組成的典型的混合鋅精礦，兩種精礦的組成分別為（%）：（1）Zn 47、Pb 1.5、Fe 12、SiO22.5、S 32；（2）Zn 51、Pb 1.5、Fe 8、SiO22.5、S 29。

100 kg組成為（1）的鋅精礦中（干基），ZnS與氧反應(yīng)產(chǎn)生的熱量為327 463 kJ,鐵的硫化物與氧反應(yīng)產(chǎn)生的熱量為142 462 kJ,兩者之和為469 925 kJ。

100 kg組成為（2）的鋅精礦中（干基），ZnS與氧反應(yīng)產(chǎn)生的熱量為355 332 kJ，鐵的硫化物與氧反應(yīng)提供的熱量為94 975 kJ，兩者之和450 307 kJ。

100 kg上述兩種不同組成的鋅精礦與氧反應(yīng)產(chǎn)生的熱量相差19 618 kJ。

若焙燒爐配料用的鋅精礦組成為（2），則焙燒爐的床能率v可增加：

v＝6.44×Q差/q余

式中：Q差——兩種不同組成的鋅精礦與氧反應(yīng)產(chǎn)生的熱量差，19618 kJ；

q余——每噸組成為（2）的鋅精礦反應(yīng)所放出的熱；計算得4 736 240 kJ/t。則：

v=6.44×19 618×10/4 736 240=0.27 t/（m2·d）

理論分析及生產(chǎn)實(shí)踐表明，選取高鋅、低鐵、低鉛、低硅的鋅精礦對提高焙燒爐的產(chǎn)能有利，且焙燒爐床能率可達(dá)到6.44+0.27=6.71 t/（m2·d）。

因此工廠實(shí)際生產(chǎn)中，將鋅精礦組成由成分（1）調(diào)整為成分（2），焙燒爐床能率提高0.27 t/（m2·d）。

2.3 改進(jìn)設(shè)備

2.3.1 增加焙燒爐降溫設(shè)施的換熱面積

流態(tài)化焙燒爐原設(shè)計6組冷卻盤管與余熱鍋爐連接，其有效冷卻面積為40.2m2，繼續(xù)增加冷卻面積將使余熱鍋爐超負(fù)荷。2007年5月企業(yè)自行設(shè)計、制作、安裝了一組冷卻面積約為6m2的低壓冷卻盤管，采用軟水獨(dú)立循環(huán)冷卻，降溫效果明顯。

以上計算可知，增加小盤管后每小時可提高投料量0.84 t。表1為冷卻盤管安裝前后的實(shí)際生產(chǎn)情況。

表1 冷卻盤管安裝前后的投料量（干基）t/h

由表1中的數(shù)據(jù)可以看出，焙燒爐冷卻系統(tǒng)的配置優(yōu)化后，焙燒爐投料量提高了0.86 t/h,焙燒爐床能率增加0.86×24/109=0.19t/（m2·d），與理論計算基本一致。

2.3.2 增加精礦含水及向爐內(nèi)噴水降溫

當(dāng)鋅精礦含水增加2%,即由8%提高至10%，原料中增加的水分每小時吸收的熱量Q吸為（溫度由30℃升至920℃，水的汽化熱2 407 kJ/kg）：

生產(chǎn)實(shí)踐表明，當(dāng)鋅精礦含水超過10%時，焙燒爐上料時不僅容易造成精礦倉棚料、斷料，難以處理，而且出現(xiàn)拋料機(jī)皮帶跑偏，皮帶壓死等故障，甚至導(dǎo)致焙燒爐停爐事故，嚴(yán)重影響焙燒爐運(yùn)行的穩(wěn)定性。因此工廠將鋅精礦含水由8%調(diào)整到上限10%。

另外，使用噴水槍向爐內(nèi)噴水，帶走焙燒爐的部分熱量。壓縮空氣可將水霧化均勻，不但噴水量調(diào)節(jié)方便，而且可以有效提高焙燒爐產(chǎn)能，根據(jù)計算可知：每噴淋1m3水，床能率實(shí)際可增加0.26t/（m2·d）。工廠的生產(chǎn)實(shí)踐表明：每小時噴水分別為0.5、1.0、1.5、2.0 t時，投料量可分別增加0.6、1.2、1.8、2.4 t，噴水量在0.5～2 t/h，對提高焙燒爐產(chǎn)能有利，繼續(xù)提高噴水量將影響焙燒爐及后序制酸系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，煙氣水分升高，潛熱增加，制酸凈化工序稀酸溫度升高，腐蝕加劇。

2.4 其它措施

2.4.1 入爐鋅精礦中配入熔鑄浮渣或焙砂等物料

熔鑄浮渣或焙砂等物料投入焙燒爐后不僅不產(chǎn)生熱量，而且還吸收大量的熱。為了維持焙燒爐內(nèi)的熱平衡，相應(yīng)地可多投入鋅精礦以補(bǔ)充熱量。經(jīng)驗數(shù)據(jù)表明，每天投入10 t熔鑄浮渣或焙砂等，可使焙燒爐的床能率提高0.14 t/（m2·d）。

2.4.2 采用富氧焙燒

富氧鼓風(fēng)是強(qiáng)化沸騰焙燒的重要措施之一。采用富氧鼓風(fēng)焙燒是提高騰焙燒爐生產(chǎn)能力一個的新技術(shù)思路，公司鉛冶煉系統(tǒng)已有6年富氧生產(chǎn)的經(jīng)驗，因此計劃三期電解鋅工程擴(kuò)建氧氣站后試驗富氧焙燒。

3 實(shí)施效果

通過采取設(shè)備挖潛、調(diào)整原料組成以及優(yōu)化工藝參數(shù)等措施，焙燒爐的床能率由設(shè)計值5.51 t/（m2·d）提高到了7.51 t/（m2·d），每天可多處理鋅精礦218 t，電解鋅的產(chǎn)能由設(shè)計的10萬t提高到了目前的12.3萬t，為企業(yè)創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。幾種提高焙燒爐產(chǎn)能的措施可根據(jù)浸出工序焙砂使用量適時采用。各種措施使焙燒爐床能率的增加值見表2。

表2 各種措施使焙燒爐床能率的增加值t/（m2·d）

4 結(jié)束語

經(jīng)過近5年的生產(chǎn)實(shí)踐，工廠在提高焙燒爐產(chǎn)能方面積累了豐富的經(jīng)驗，取得了顯著的成效，焙砂產(chǎn)能由設(shè)計的17.25萬t/a提高至2009年的20.56萬t/a，硫酸產(chǎn)能設(shè)計為16萬t/a，2009年提高至20.06萬t/a，電解鋅產(chǎn)能設(shè)計為10萬t/a，2009年提高到12.3萬t。焙砂的加工成本2006年為120.86元/t，2009年降低至96.75元/t，每噸焙砂的綜合能耗由2006年的19.5 kg標(biāo)煤降至2009年的17.5 kg標(biāo)煤，硫酸的加工成本由2006年的130.56元/t降至2009年的112.72元/t，每噸硫酸的綜合能耗由2006年的18.65 kg標(biāo)煤降至2009年的16.75 kg標(biāo)煤。

隨著焙燒系統(tǒng)產(chǎn)能的提高，煙氣中二氧化硫濃度由設(shè)計的7.5%提高至8.5%，在環(huán)保要求日益嚴(yán)格的今天，如何提高二氧化硫的轉(zhuǎn)化率以及尾氣脫硫系統(tǒng)的設(shè)計將成為工廠亟待解決的課題。

[1]北京有色冶金設(shè)計研究總院等.重有色金屬冶煉設(shè)計手冊[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1996.

Practice of im p roving capacity of roaster

TANG Guang-qi，ZHANG Bo,NIHeng-fa

The capacity of roaster was improved by themeasures of equipment expansion,adjusting composition of rawmaterial,optimizing parameter and so on,and the fluidized-bed efficiency of roaster increased from primarily designed 5.51t/(m2·d)to 7.51t/(m2·d).

fluidized bed roaster;fluidized-bed efficiency;blast volume;blending;oxygen-enriched blast

TF813.032.67

B

1672-6103（2010）05-0028-04

唐光其（1975—），男，四川省什邡市人，助理工程師，學(xué)士學(xué)位，從事鉛鋅冶煉生產(chǎn)、工藝技術(shù)及管理工作。

2009-08-15

2010-05-17