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 個舊 661000)

銅陽極精煉爐采用稀氧燃燒取代傳統(tǒng)的煤氣燃燒，完全消除了煤氣燃燒存在的安全隱患；采用稀氧燃燒同時增加布袋收塵，提高了煙塵中金屬銅的回收率，有效解決了煙氣達標(biāo)排放問題；雙燃料切換模式，避免了燃料供給受外界因素的影響，確保冶煉生產(chǎn)過程的連續(xù)性和穩(wěn)定性。

稀氧燃燒； 陽極精煉爐； 燒嘴； 燃料

0 前言

火法精煉廣泛采用的回轉(zhuǎn)式精煉爐已成為煉銅廠的標(biāo)準(zhǔn)精煉設(shè)備。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。由于稀氧燃燒技術(shù)用于銅精煉上，具有節(jié)能降耗的優(yōu)點，因而被世界銅冶煉廠廣泛應(yīng)用[1-2]。自安徽銅陵有色公司2009年引進稀氧燃燒技術(shù)后，至今國內(nèi)已有10余家銅冶煉企業(yè)應(yīng)用了該技術(shù)[3-4]。云南錫業(yè)股份有限公司銅業(yè)分公司于2012年引進了稀氧燃燒技術(shù)，本文闡述了其在回轉(zhuǎn)式精煉爐上的應(yīng)用實踐。

1 回轉(zhuǎn)式精煉爐采用傳統(tǒng)燒嘴存在的問題

原云錫銅冶煉回轉(zhuǎn)式精煉爐采用的燒嘴，由90 kW助燃風(fēng)機提供燃燒風(fēng)，以煤氣燃燒同時噴射柴油的雙燃料燃燒系統(tǒng)向爐內(nèi)提供熱量。而助燃空氣中僅有21%的氧氣是燃料燃燒的有效助燃成分，76%的氮氣則作為廢氣排出。氮氣從燒嘴進入爐內(nèi)又從煙道排出，帶走大量的熱。而且回轉(zhuǎn)式精煉爐除加入熔融熱粗銅外，為提高單爐產(chǎn)量還要加入部分冷態(tài)粗銅錠等。由于廢氣帶走的熱量較多，精煉爐每小時僅能熔化3.75 t冷態(tài)粗銅錠，冷態(tài)粗銅錠單位時間處理量難以提高，導(dǎo)致精煉爐的作業(yè)成本較高。

2 稀氧燃燒技術(shù)在回轉(zhuǎn)式精煉爐上的應(yīng)用實踐

云錫銅業(yè)分公司2012年引進了稀氧燃燒技術(shù)，回轉(zhuǎn)式精煉爐由稀氧燃燒燒嘴替代傳統(tǒng)燒嘴，采用雙燃料系統(tǒng)，以柴油或天然氣作為主燃料，用制氧站制備的純度>98.5%的氧助燃，放棄了傳統(tǒng)燒嘴的煤氣燃燒，取消了90 kW助燃風(fēng)機。應(yīng)用稀氧燃燒技術(shù)后，不僅操作簡單，而且完全消除了煤氣燃燒時帶來的安全隱患。此外，單位時間冷態(tài)粗銅錠的處理能力也較之前提高了1倍。

2.1 取代煤氣燃燒 消除安全隱患

傳統(tǒng)燒嘴在煤氣燃燒的同時輔以柴油燃燒，生產(chǎn)中操作稍有不慎，煤氣輸送管道內(nèi)會積存大量的冷凝水及煤焦油，特別在彎管處更為嚴(yán)重。而為了疏通煤氣管道，需要暫停精煉爐作業(yè)，啟動水封系統(tǒng)，同時關(guān)閉兩道刀閥以斷開煤氣供給，之后通氮氣置換，待管道內(nèi)殘留的煤氣排空后，方可拆卸管道進行疏通工作。堵塞疏通耗時較長，程序繁瑣，且存在一定的安全隱患，而且如果管道內(nèi)煤氣置換不徹底，可能會有少量煤氣在管道拆卸后外泄，其接觸明火將導(dǎo)致爆炸，或?qū)е虏僮鞴と酥卸尽?/p>

此外，傳統(tǒng)煤氣燒嘴孔較大，煤氣量大，但煤氣壓力偏低。精煉作業(yè)過程中，煤氣燒嘴極易被氧化還原作業(yè)時噴濺的銅水堵塞。當(dāng)出現(xiàn)煤氣量不足或煤氣管道監(jiān)測溫度明顯偏低時，可能就是燒嘴孔或煤氣管道發(fā)生堵塞。這兩種情況都會造成煤氣供給量不足，導(dǎo)致爐內(nèi)熱量不足，從而影響正常作業(yè)或延長作業(yè)時間，增加了作業(yè)成本。此時，必須拆卸燒嘴進行清理，在清理工作開展前，需要重復(fù)煤氣管道堵塞清理時所進行的水封系統(tǒng)啟動、氮氣吹掃置換、管道內(nèi)殘余煤氣排空等繁瑣的程序化工作，只有煤氣管道內(nèi)的殘余煤氣完全置換排空后，方可拆卸燒嘴進行清理。燒嘴堵塞清理工作也耗時較長，勞動強度大，通常僅清理燒嘴孔至少需要4 h。

稀氧燒嘴由于用柴油或天然氣作為主燃料，燒嘴孔徑較小，燃料供給壓力較大，只要精心維護，燒嘴孔完全不需要清理，更不會出現(xiàn)煤氣管道堵塞問題。不僅節(jié)省了時間，消除了安全隱患，而且生產(chǎn)過程更為連續(xù)化，大大提高了有效作業(yè)時間，操作人員的勞動強度降低，也降低了單位噸陽極銅的能耗。

2.2 提高煙塵中銅的回收率，解決環(huán)保問題

傳統(tǒng)燒嘴煤氣燃燒模式下，由于采用空氣助燃，大量非助燃氣體進入煙氣，稀釋了煙氣中煙塵的濃度，該煙氣再經(jīng)脫硫塔洗滌后達標(biāo)排放。稀氧燃燒技術(shù)應(yīng)用后，由于煙氣量明顯減少，煙氣中煙塵的濃度明顯升高。為了保證煙氣洗滌后達標(biāo)排放，工廠在脫硫塔前增設(shè)了布袋收塵系統(tǒng)。目前布袋收塵系統(tǒng)運行情況良好，24 h可收集330 kg煙塵，該煙塵含銅大于20%，每天收集的煙塵中金屬銅的量達66 kg。在傳統(tǒng)煤氣燃燒模式下，煙氣經(jīng)脫硫洗滌后有66 kg的金屬銅進入石膏渣中，石膏渣含銅1%～2%，難以回收利用，只能作為棄渣堆存。而煙氣先經(jīng)布袋收塵處理后，石膏渣含銅顯著降低，僅為0.1%～0.4%。

采用稀氧燃燒技術(shù)同時增加布袋收塵系統(tǒng)后，每天可回收金屬銅66 kg，煙塵中的銅得到有效回收，提高了精煉系統(tǒng)銅的回收率。按一年330 d工作時間計算，每年可從煙塵中回收21.78 t金屬銅，按金屬銅價格5萬元/t計算，每年回收的金屬銅價值約108.9萬元。系統(tǒng)改造后，進入脫硫洗滌塔的煙氣含塵減少，緩解了洗滌塔的壓力，解決了環(huán)保問題，確保煙氣洗滌后達標(biāo)排放。

2.3 提高回轉(zhuǎn)精煉爐單位時間處理能力，節(jié)能降耗

傳統(tǒng)煤氣燃燒并輔以柴油燃燒模式下，回轉(zhuǎn)精煉爐每小時僅能熔化3.75 t冷態(tài)粗銅錠，而稀氧燃燒模式下，回轉(zhuǎn)精煉爐冷態(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)時間也由原來的24 h降至16 h，有效作業(yè)率明顯提高，故作業(yè)成本降低。此外，稀氧燃燒模式下，爐內(nèi)銅水溫度和渣液溫度可快速提高。由于渣溫略微高于之前，渣的流動性改善，更利于扒渣操作，渣含銅量也由之前的3 t/爐期降低至0.5 t/爐期以下，大大減少了渣包內(nèi)沉積銅的回爐處理量，從而也節(jié)省了燃料，控制了作業(yè)成本。表1為稀氧燃燒技術(shù)應(yīng)用前后的能源消耗比較。

表1 稀氧燃燒技術(shù)應(yīng)用前后精煉爐單位時間能源消耗比較

注：稀氧燃燒技術(shù)應(yīng)用前后柴油或天然氣使用量無變化。

從表1中數(shù)據(jù)可知，采用稀氧燃燒技術(shù)后，單臺陽極爐每小時減少能耗價值約957元，按年工作日330 d計算，每年節(jié)約的能源價值約757.9萬元，噸陽極銅的能耗比傳統(tǒng)煤氣燃燒模式降低了約50%。

2.4 雙燃料燒嘴切換模式，確保能源供給的穩(wěn)定性

云錫稀氧燃燒系統(tǒng)，采用目前國內(nèi)外獨有的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。由于云南地區(qū)地理位置特殊，當(dāng)天然氣供給受某些因素影響時，可立即切換使用柴油燃燒。切換操作很簡單，只需關(guān)閉天然氣球閥后拆除天然氣噴槍，更換柴油噴槍，打開柴油管道球閥，在控制系統(tǒng)上啟動“柴油燃燒模式”模塊，系統(tǒng)立即根據(jù)柴油燃燒模式自動計算富氧量。另外，也可在手動模式下，根據(jù)爐況調(diào)節(jié)柴油與富氧比例。

在天然氣供給穩(wěn)定的前提下，優(yōu)先使用天然氣作為主燃料。因為噸陽極銅的能耗成本使用天然氣比使用柴油略低，在一定程度上降低了噸陽極銅的生產(chǎn)成本。雙燃料燃燒切換模式保證了能源供給的穩(wěn)定性，維持了生產(chǎn)的連續(xù)和穩(wěn)定，冶煉作業(yè)完全不受能源供給的影響。

3 結(jié)論

稀氧燃燒取代傳統(tǒng)的煤氣燃燒，完全消除了煤氣燃燒存在的安全隱患，降低了操作人員的勞動強度，保證了生產(chǎn)過程的連續(xù)性，提高了有效作業(yè)時間。

應(yīng)用稀氧燃燒后增加了布袋收塵，每天可從煙塵中回收約66 kg金屬銅，由此每年可帶來108.9萬元經(jīng)濟效益，不僅緩解了脫硫塔洗滌的壓力，還有效解決了煙塵達標(biāo)排放的環(huán)保問題。

稀氧燃燒與煤氣燃燒并輔以柴油燃燒模式相比，噸陽極銅的能耗降低了50%，同時單位時間內(nèi)冷態(tài)粗銅錠物料的熔化能力得到提高，單爐期的作業(yè)時間從24 h降至16 h。

雙燃料切換模式，可根據(jù)實際情況調(diào)整燃料的種類，降低了燃料供給受外界因素的影響，確保了冶煉生產(chǎn)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。

[1]任曉雪，張衛(wèi)男，王濤，william T，Kobayashi.稀氧燃燒技術(shù)在銅冶煉中的應(yīng)用[A].第九屆全國有色金屬工業(yè)冶煉煙氣治理專利技術(shù)推廣及三廢無害化處置研發(fā)技術(shù)研討會論文集[C]，2012,8:90-95.

[2]D.B.喬治，A.C.恩里克斯，A.C.德尼斯，W.J.馬霍尼等.銅陽極精煉系統(tǒng)和方法[P].中國專利：CN201180009836.2，2011- 2- 16.

[3]熊振昆，張建坤，史興華.350 t燃煤回轉(zhuǎn)式陽極爐的生產(chǎn)實踐[J].中國有色冶金，2007,(5):36-40.

[4]吳克富，魏曉玲，李宏才.稀氧燃燒新技術(shù)的應(yīng)用實踐[J].甘肅冶金，2013,35(2)：130-105.

Applicationofdilutedoxygencombustionenergy-saving
technologyincoppersmeltingproduction

TANG Du-zuo, GU He-lin, YUAN Hai-bin

Instead of traditional gas combustion, the diluted oxygen combustion was process adopted in copper anode refining furnace, and it eliminated the hazards existing in gas combustion. Through adopting diluted oxygen combustion and adding bag dust collecting system, the recovery of copper in fume was increased, and the problem of emission standard of gas was solved. The dual fuel switching mode ensures that the fuel supply will not be influenced by the outside factors, and maintains the continuity and steady of smelting production process.

diluted oxygen combustion; anode refining furnace; nozzle; fuel

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

TF811

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