回轉(zhuǎn)式陽極爐的節(jié)能減排措施和效果

宋興誠， 袁海濱， 李國生

(云南錫業(yè)股份有限公司銅業(yè)分公司， 云南 個舊 661000)

回轉(zhuǎn)式陽極爐的節(jié)能減排措施和效果

宋興誠， 袁海濱， 李國生

(云南錫業(yè)股份有限公司銅業(yè)分公司， 云南 個舊 661000)

敘述了云南錫業(yè)股份有限公司銅業(yè)分公司回轉(zhuǎn)式陽極爐的生產(chǎn)實踐，介紹了在節(jié)能減排方面采取的措施和取得的成效。

回轉(zhuǎn)式陽極爐； 節(jié)能減排； 粗銅； 精煉

1 背景

回轉(zhuǎn)式陽極爐被廣泛應(yīng)用于粗銅火法精煉，其突出的優(yōu)點是：勞動強(qiáng)度低、系統(tǒng)穩(wěn)定性高、生產(chǎn)效率高、機(jī)械化程度高、環(huán)境污染小等[1-3]。近些年，陽極爐精煉技術(shù)、裝備等均得到了進(jìn)一步的發(fā)展，逐漸發(fā)展成更加節(jié)能減排、更加大型化的新型陽極爐[4-7]。本文通過云南錫業(yè)股份有限公司銅業(yè)分公司回轉(zhuǎn)式陽極爐的生產(chǎn)實踐、技術(shù)改進(jìn)、裝備技改等，總結(jié)回轉(zhuǎn)式陽極爐的一些節(jié)能減排措施，分析其效果，以期為同行提供參考。

2 生產(chǎn)概況

云錫銅業(yè)分公司回轉(zhuǎn)式陽極爐為350 t/臺×2，原設(shè)計使用發(fā)生熱煤氣為燃料，但由于發(fā)生煤氣熱值低、煤焦油成分多，造成煤氣管道易堵塞、燒嘴孔易堵塞，人工清理勞動強(qiáng)度大，嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)作業(yè)，導(dǎo)致生產(chǎn)周期長、生產(chǎn)效率低、噸銅能耗高等問題。同時，還帶來環(huán)境方面的問題：如使用空氣作助燃介質(zhì)，不但燃料燃燒效率低，而且廢氣排放量大，部分金屬粉塵隨廢氣進(jìn)人脫硫系統(tǒng)，造成環(huán)境污染、金屬損失等。為此，云錫銅業(yè)分公司技術(shù)團(tuán)隊開展了相關(guān)技術(shù)攻關(guān)與節(jié)能減排改造，逐一解決上述問題，降低了粗銅精煉過程的能耗，減少了廢氣、粉塵的排放。

3 節(jié)能減排措施及其效果

3.1 富氧助燃技術(shù)的應(yīng)用

富氧助燃燒嘴取代傳統(tǒng)煤氣+柴油+空氣燒嘴后，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98.5%以上的氧助燃，直接摒棄了傳統(tǒng)燒嘴的煤氣燃燒，并取消了原來的90 kW助燃風(fēng)機(jī)。該技術(shù)應(yīng)用后，不僅操作更加簡單，還完全消除了使用煤氣的安全隱患。表1為富氧助燃技術(shù)應(yīng)用前后單臺陽極爐的運行參數(shù)。

表1富氧助燃技術(shù)應(yīng)用前后單臺陽極爐運行參數(shù)

柴油量熱煤氣量富氧量助燃風(fēng)機(jī)合計應(yīng)用前230kg/h3000m3/h090kW/h應(yīng)用后230kg/h0550m3/h0費用變化0-1077元+165元-45元-957元

從表1可知，單臺陽極爐每小時節(jié)能的經(jīng)濟(jì)價值約為957元，按每年330 d工作日計算，使用富氧助燃技術(shù)銅冶煉廠每年節(jié)能降耗的經(jīng)濟(jì)價值約為757.9萬元，2臺回轉(zhuǎn)式陽極爐將節(jié)省757.9×2=1 515.8萬元，與之前的傳統(tǒng)熱煤氣燃燒模式相比，噸陽極銅的能耗降幅超過60%。隨著國家大力推進(jìn)低碳經(jīng)濟(jì)，要求有色行業(yè)的能耗指標(biāo)進(jìn)一步降低，該技術(shù)越發(fā)凸顯其降低能耗的優(yōu)勢。

3.2 提高冷粗銅物料及殘極板熔化能力

富氧助燃技術(shù)應(yīng)用于回轉(zhuǎn)式陽極爐后，通過改變富氧與燃料的比例，只需將正常燃燒比例由2.2∶1提高到(2.7～3.0)∶1，陽極爐熔化冷粗銅物料能力就由原來的3.75 t/h提高到了15 t/h、該過程不需要調(diào)節(jié)燃料量，只需保持正常值，就能實現(xiàn)熔化冷粗銅能力增加，從而降低噸粗銅能耗。

提出利用回轉(zhuǎn)式陽極爐低耗處理電解殘極板，實現(xiàn)回轉(zhuǎn)式陽極爐精煉過程節(jié)能減排，降低噸陽極銅生產(chǎn)成本。電解殘極板只在回轉(zhuǎn)式陽極爐還原結(jié)束后再加入爐內(nèi)處理；對電解殘極板的化學(xué)成分通常只要求電解殘極板板面干凈，無明顯陽極泥等雜物粘結(jié)，僅有少量硫酸銅也可。在回轉(zhuǎn)式陽極爐進(jìn)入還原作業(yè)前，對還原過程控制參數(shù)有所調(diào)整。根據(jù)粗銅還原起始溫度進(jìn)行調(diào)整，陽極爐燒嘴助燃介質(zhì)空氣或氧氣量提高到正常燃燒的30%～50%，燃料供給量也可適當(dāng)提高到正常燃燒的10%～30%，向爐內(nèi)鼓入富余的氧，使陽極爐內(nèi)銅水表面的還原劑充分燃燒，釋放熱量，以達(dá)到提高銅水溫度的目的，確保還原結(jié)束銅水溫度高于1 220 ℃以上，甚至更高些。粗銅還原結(jié)束后，測粗銅溫度，溫度達(dá)1 210 ℃以上，根據(jù)每加1 t電解殘極板可降低粗銅溫度3 ℃的原則，計算粗銅溫度降低至1 180 ℃的目標(biāo)值可加人的電解殘極板量，據(jù)此向回轉(zhuǎn)式陽極爐內(nèi)投加電解殘極板。加入電解殘極板后，只要蓋好回轉(zhuǎn)式陽極爐爐蓋，等待20 min即可進(jìn)行陽極板澆鑄，不必再測粗銅溫度，爐內(nèi)粗銅溫度可滿足陽極板澆鑄要求。

3.3 縮短作業(yè)時間

富氧助燃技術(shù)應(yīng)用于回轉(zhuǎn)式陽極爐后，對氧化過程脫硫影響較大，脫硫速率明顯加快。該技術(shù)應(yīng)用前，爐內(nèi)熔融粗銅含硫約0.6%～0.8%時，通常氧化作業(yè)時間至少3～4 h。富氧助燃技術(shù)應(yīng)用后，在爐內(nèi)熔融粗銅含硫等同的情況下，氧化作業(yè)僅需1～1.5 h。這是因為，富氧助燃精煉在氧化作業(yè)待料或熔料期間，回轉(zhuǎn)式陽極爐可提前改變?nèi)紵Ｊ剑m當(dāng)提高富氧與柴油的比例系數(shù)至2.7～3.0，從而調(diào)整爐內(nèi)氧化氣氛，爐內(nèi)有大量富余氧氣，通過爐底透氣磚氮氣的攪拌作用，加快銅水中硫與氧的氧化反應(yīng)，將氧化作業(yè)時間提前，后續(xù)氧化作業(yè)時間縮短，有效作業(yè)率提高，提高了產(chǎn)能，降低了能耗。

精煉過程最佳脫硫溫度為1 120～1 150 ℃，溫度高于1 200 ℃，脫硫速率將越低。而回轉(zhuǎn)式陽極爐在氧化作業(yè)前，除接收足夠的吹煉熱粗銅外，通常還適當(dāng)補(bǔ)充部分冷粗銅或其他雜銅，以增加單爐處理量。在陽極爐進(jìn)入氧化作業(yè)前，爐內(nèi)熔融銅水溫度常在1 120 ℃左右，偏低的銅水溫度不利于快速脫硫。為加快脫硫速率，必須提高溫度至1 150 ℃左右。富氧助燃技術(shù)具有熱利用率高，煙氣帶走熱量少，銅水提溫較快的特點，對銅水的提溫明顯快于煤氣燃燒模式，尤其在1 120～1 150 ℃的溫度范圍內(nèi)，富氧助燃的提溫更明顯，耗時較短。這也是富氧助燃技術(shù)應(yīng)用后能在較短時間內(nèi)完成氧化作業(yè)脫硫過程的原因之一。

富氧助燃技術(shù)應(yīng)用對陽極爐還原過程帶來的益處更是顯而易見。傳統(tǒng)的作業(yè)方式，氧化結(jié)束溫度至少達(dá)1 150 ℃，即可進(jìn)入還原作業(yè)。然而，當(dāng)還原過程操作不當(dāng)時，有可能導(dǎo)致還原結(jié)束溫度低于1 180 ℃，低于澆鑄陽極板所需的最低溫度，不能滿足澆鑄作業(yè)時，常需再次氧化后又還原，以提高銅水溫度確保澆鑄過程的順利進(jìn)行。然而，富氧助燃技術(shù)應(yīng)用后，1 150 ℃左右甚至1 180 ℃以上均可停止燒嘴槍運行，取出J槍和L槍，在還原過程不向爐內(nèi)供柴油或供氧氣，直接噴還原劑還原，還原結(jié)束銅水溫度仍可保證在1 180 ℃以上。如果氧化結(jié)束銅水溫度在1 120～1 150 ℃，即可進(jìn)入還原作業(yè)。此時，富氧助燃的柴油槍和氧槍不能停止工作，操作上需做適當(dāng)調(diào)整，略微提高柴油量，同時增加富氧量，富氧與柴油量的比例提高即可，通過部分富余氧氣使銅水表面未完全反應(yīng)的還原劑充分燃燒，達(dá)到提高銅水溫度的目的。

3.4 收集煙氣中的金屬粉塵

在改造前，煙氣經(jīng)余熱回收熱管鍋爐熱交換后，直接送往煙氣洗滌塔，主要針對煙氣中SO2及煙塵進(jìn)行洗滌，洗滌液為石灰乳。煙氣洗滌塔洗滌壓力大，洗滌后的煙氣含塵常處于略高于80 mg/m3的超標(biāo)狀態(tài)，對進(jìn)煙囪前的接力風(fēng)機(jī)機(jī)殼內(nèi)泄漏出的煙塵進(jìn)行化驗，煙塵含Cu>20%，而脫硫塔產(chǎn)出的石膏渣在陽極爐煙塵的影響下含Cu偏高(達(dá)到1.0%～2.0%)，造成金屬流失和環(huán)境污染。石膏渣化驗分析數(shù)據(jù)見表2。

從表2可以看出，石膏渣中含銅較高，達(dá)1.0%～2.0%，高于熔煉電爐尾渣拋渣含銅<0.32%的要求，然而該石膏渣只能作為危廢渣堆存，卻難以回收其中的有價金屬。

為了有效回收陽極爐煙氣中的金屬粉塵，經(jīng)過分析研究，決定在陽極爐精煉系統(tǒng)增加布袋收塵系統(tǒng)。圖1是回轉(zhuǎn)式陽極爐布袋收塵配置示意圖。

表2 石膏渣化驗分析數(shù)據(jù) %

對精煉煙氣增設(shè)布袋收塵裝置，日常使用過程中，必須確保煙氣溫度始終在90 ℃以上，滿足布袋收塵裝置的工作溫度要求，確保收塵裝置99%收塵效率。

使用陽極爐精煉煙氣布袋收塵系統(tǒng)后，經(jīng)檢測，排放至空氣中的煙氣含塵低至10 mg/m3以下，每天布袋收塵收集的煙塵量300～400 kg，其含銅18%～24%、銀1 800～2 600 g/t、鉛8～13%，實現(xiàn)了有價金屬的有效回收，減少了金屬粉塵的排放損失，降低了粉塵對環(huán)境的污染。

1—陽極爐；2—沉降換熱室；3—余熱鍋爐；4—第一引風(fēng)機(jī)；5—布袋除塵器；6—第二引風(fēng)機(jī)；7—脫硫裝置；8—引風(fēng)管道及其閥門；9—環(huán)保煙囪圖1 精煉煙氣布袋收塵配置示意圖

3.5 爐口及煙氣口水套防護(hù)

銅火法冶煉設(shè)備上經(jīng)常使用鋼水套，如陽極爐爐口、煙道口等。而陽極爐爐口要做扒渣操作，渣中含有一定氧化度的銅水，該銅水與爐口鋼水套接觸后，鋼水套上的Fe很容易與銅水中的氧化銅發(fā)生還原反應(yīng)，多次反應(yīng)后，鋼水套表面被逐漸洗刷剝蝕，當(dāng)鋼水套被剝蝕到內(nèi)部水循環(huán)層，將發(fā)生水套中的水遇銅水爆炸的安全事故，陽極爐被迫停爐檢修更換鋼水套，陽極爐的正常作業(yè)被打亂，再次恢復(fù)作業(yè)還需烘爐升溫，額外消耗較多的能源。

只有從根本上解決該問題，才能延長爐口鋼水套的使用壽命，避免水套通漏爆炸事故的發(fā)生。目前有部分冶煉企業(yè)對爐口水套進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，更換材質(zhì)，甚至直接取消鋼水套。對鋼水套的技術(shù)改進(jìn)，主要是用耐熱合金板替代原鋼水套，內(nèi)部不通循環(huán)冷卻水，避免循環(huán)冷卻水通漏引發(fā)爆炸事故。但是耐熱合金板的加工非常昂貴，且不通循環(huán)冷卻水長時間使用后，耐熱合金易出現(xiàn)變形，包括直接取消鋼水套，這些都將導(dǎo)致后期陽極爐口以及煙道口受熱變形。陽極爐口和煙道口鋼殼變形后，爐磚更換檢修時，將影響爐磚的砌筑質(zhì)量，嚴(yán)重者或?qū)?dǎo)致爐磚坍塌事故。只有帶循環(huán)冷卻水的水套，才能有效防止陽極爐口及煙道口的爐體鋼殼變形。裸露的爐口鋼水套和煙道口水套，又存在水套被洗刷通漏和被煙氣腐蝕通漏的風(fēng)險。

陽極爐口和煙道口的鋼水套新安裝好后，在鋼水套表面平整或錯位焊接長度約60～80 mm爪釘，同時在鋼水套邊緣焊接寬度約60～80 mm、長度尺寸與鋼水套一致的鐵制模具，見圖2所示。在焊接好的鐵制模具內(nèi)澆鑄配置好的鋁碳質(zhì)澆注料，同時將鋁碳質(zhì)澆注料振打填充扎實。澆注好鋁碳質(zhì)耐火材料后，保養(yǎng)8 h陽極爐即可正常點火烘爐升溫，鋼水套上的鋁碳質(zhì)澆注料隨爐內(nèi)溫度的升高被燒結(jié)、煅燒致密，使陽極爐口鋼水套被耐火材料保護(hù)，隔離銅水或渣，防止鋼水套被洗刷通漏事故發(fā)生；煙道鋼水套被耐火材料保護(hù)，起防腐蝕作用，隔離煙氣對鋼水套的腐蝕，。陽極爐口和煙道口鋼水套鋁碳質(zhì)耐火材料澆注后，粘結(jié)性好，使用壽命長，一般都在3 a以上，基本與陽極爐耐火磚更換檢修時間同步。

1—鐵制模具；2—焊接爪釘；3—鋼水套；4—鋼水套進(jìn)出水管口圖2 鋼水套防護(hù)示意圖

4 結(jié)論

(1)采用富氧助燃技術(shù)取代煤氣燃燒系統(tǒng)后，噸陽極銅的能耗較之前的傳統(tǒng)熱煤氣燃燒模式降幅超過60%。

(2)調(diào)節(jié)燃燒過程的富氧與燃料比例，只增加富氧量，不增加燃料供給量，陽極爐熔化冷粗銅物料能力由原來的3.75 t/h提高到15 t/h。還原過程，提高富氧量，確保還原結(jié)束銅水溫度高于1 220 ℃以上，根據(jù)每加1 t電解殘極板可降低粗銅溫度3 ℃的原則，計算粗銅溫度降低至1 180 ℃的目標(biāo)值，利用陽極爐消化電解殘極板，無需額外增加任何能耗。

(3)爐內(nèi)熔融粗銅含硫約0.6%～0.8%時，通常氧化作業(yè)時間至少需3～4 h。富氧助燃技術(shù)應(yīng)用后，在待料期間，提高富氧量，利用氮氣攪拌作用，可加速爐內(nèi)銅水脫硫，在爐內(nèi)熔融粗銅含硫等同情況下，氧化作業(yè)時間僅需1～1.5 h。

(4)增設(shè)布袋收塵對陽極爐精煉煙氣進(jìn)行處理，排放至空氣中的煙氣含塵低至10 mg/m3以下，每天布袋收塵產(chǎn)塵量300～400 kg，含銅18%～24%，有效地實現(xiàn)了有價金屬的回收，減少了金屬粉塵隨煙氣排放的損失，降低了粉塵對環(huán)境的污染。

(5)對陽極爐爐口、煙氣口水套進(jìn)行防護(hù)處理，避免水套被銅水侵蝕或被煙氣腐蝕，減少了陽極爐停爐更換水套造成的經(jīng)濟(jì)損失，降低了能耗，實現(xiàn)了節(jié)能減排。

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Measures and effects for energy conservation and emission reduction of rotary anode furnace

SONG Xing-cheng，YUAN Hai-bin，LI Guo-sheng

This paper introduces production experience and practice of rotary anode furnace in copper branch of Yunnan tin Ltd. as well as the energy conservation and emission reduction measures and effects.

rotary anode furnace; energy conservation and emission reduction; blister copper; refining

宋興誠(1966—)，男，云南麗江人，正高級工程師，主要從事有色冶金科研和技術(shù)管理工作。

2015-12-25

TF811

B

1672-6103(2016)02-0021-04