新時(shí)期降低陽極爐精煉銅能耗的途徑探析

張國(guó)洲

(新疆石河子職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆 石河子 832000)

煉銅陽極爐是進(jìn)行周期工作的精煉反射爐，現(xiàn)如今大國(guó)采用陽極爐精煉銅的燃料主要為重油。在20世紀(jì)80年，我國(guó)煉銅陽極爐能耗與日本煉銅陽極爐以及美國(guó)煉銅陽極爐能耗差距過大，根據(jù)熱平衡分析，煉銅陽極爐熱能的大部分被煙氣帶走，并且煉銅陽極爐爐體生產(chǎn)組織設(shè)計(jì)不合理以及散熱不合理的情況導(dǎo)致我國(guó)煉銅陽極爐熱效率通常在10%～30%。但這些問題并非不可解決，如果使用科學(xué)有效的方法就可以降低煉銅陽極爐能耗。

1 煉銅陽極爐在工作過程中存在的問題

陽極爐精煉銅是我國(guó)重要的工程之一，在20世紀(jì)因政策水平、歷史條件、建設(shè)方針、投資限額以及信息產(chǎn)業(yè)、自控技術(shù)和電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平落后的限制，導(dǎo)致與國(guó)外相應(yīng)技術(shù)差距過大。近幾年來我國(guó)通過自主開發(fā)、吸收、消化以及引進(jìn)等工作將銅冶煉廠的裝備水平與技術(shù)水平大幅度提高，其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力增強(qiáng)、成本下降以及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行了一定改善，但與國(guó)外相應(yīng)企業(yè)單位還存在很大差距，其差距表現(xiàn)為重油與液化氣消耗過大、工作效率較低以及成本過高等問題，例如國(guó)外冶煉成本約為12000元/噸，而我國(guó)冶煉成本約為16000元/噸，而在能耗方面，國(guó)外約為1噸陽極銅消耗4噸標(biāo)煤，而我國(guó)1噸陽極銅約消耗7噸標(biāo)煤。這些問題的主要原因是∶①工況不能穩(wěn)定保持，較為依賴工作人員的經(jīng)驗(yàn)以及操作；②冶金爐內(nèi)的負(fù)壓難以進(jìn)行控制；③由于在使用煉銅陽極爐進(jìn)行冶煉過程中，沒有指定相應(yīng)的燃料消耗計(jì)劃。而稀氧燃燒也會(huì)對(duì)煙氣量的產(chǎn)生造成較大的影響，在稀氧燃燒應(yīng)用以前，熱煤氣使用的可燃?xì)怏w成分含量分別為：H2占19%，CH4占1.8%，CO2占0.5%，同時(shí)不可燃?xì)怏w成分CO2占9.7%，N2占49%。針對(duì)熱煤氣中的可燃?xì)怏w來推斷其燃燒所需氧氣量，再計(jì)算所需的助燃空氣量。

2 新時(shí)期降低煉銅陽極爐能耗的有效途徑

2.1 合理化組織生產(chǎn)

在我國(guó)云南，冶煉廠原本設(shè)計(jì)為3臺(tái)煉銅陽極爐，由2臺(tái)煉銅陽極爐進(jìn)行生產(chǎn)任務(wù)，1臺(tái)煉銅陽極爐留作備用。自20世紀(jì)90年代我國(guó)開始進(jìn)行技術(shù)改造活動(dòng)，將原本開啟2臺(tái)煉銅陽極爐進(jìn)行作業(yè)改為開啟1臺(tái)煉銅陽極爐進(jìn)行作業(yè)，同時(shí)取消1臺(tái)煉銅陽極爐。與此同時(shí)，使用一比一的生產(chǎn)技術(shù)，1臺(tái)鍋爐、1臺(tái)隧道窯、1臺(tái)陽極爐、1臺(tái)轉(zhuǎn)爐和1臺(tái)電爐。將煉銅陽極爐的保溫時(shí)間由原來的每天15小時(shí)左右改為每天8小時(shí)左右，并且根據(jù)燒煤噴嘴的原理以及材料特點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，使用淺氧化技術(shù)等方式，將煉銅陽極爐的燃料耗能由20世紀(jì)80年代的每噸銅204千克標(biāo)煤降為每噸銅67千克標(biāo)煤，在同行業(yè)中能耗最低。因此，合理化組織生產(chǎn)便可以在不增加人員、不增加設(shè)備以及少量投資的情況下將燃料損耗降到最低。

2.2 合理化控制空氣過剩系統(tǒng)

當(dāng)前我國(guó)現(xiàn)有的煉銅陽極爐大多通過目視控制以及手工操作，這種情況導(dǎo)致了燃燒空氣過剩系數(shù)較大，在降低煉銅陽極爐燃燒溫度的同時(shí)將煉銅陽極爐內(nèi)的輻射熱交換進(jìn)行減弱，延長(zhǎng)了加熱時(shí)間，并且增加了煙氣量。這些問題導(dǎo)致了煙氣在離開煉銅陽極爐時(shí)大量增加了被帶走的屋里熱量，因此使用科學(xué)有效的方法控制空氣過剩系統(tǒng)可大大節(jié)約重油使用量。根據(jù)相關(guān)研究，當(dāng)煙氣離開煉銅陽極爐時(shí)溫度保持為1200℃不變，同時(shí)空氣過剩系數(shù)從1.3降為1.1時(shí)煙氣從煉銅陽極爐中帶走的物理熱損失將從67%降為57%，可將燃料節(jié)省約21%。因此如果在操作上使用恰當(dāng)比例將燃燒自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)以及燃燒器進(jìn)行調(diào)節(jié)，其燃料節(jié)約的成本將相當(dāng)可觀。

2.3 使用高溫?zé)煔忸A(yù)熱空氣

煉銅陽極爐在燃燒重油的過程中多需要的空氣在當(dāng)前的操作過程中大多不進(jìn)行預(yù)熱。加入使用北京礦冶研究總院等企業(yè)自主研發(fā)的高溫噴流輻射換熱器便可使用高溫?zé)煔獾挠酂釋⒖諝饧訜嶂?50℃～400℃，在調(diào)節(jié)燃燒溫度的同時(shí)節(jié)省了燃料的使用，從而將冶煉時(shí)間大大縮短。

株洲冶煉廠多以銅礦為工作重心，而對(duì)銅礦來說，進(jìn)行空氣預(yù)熱后將節(jié)油15%。預(yù)熱后的煙氣可達(dá)到900℃的高溫，之后再利用預(yù)熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽，便可進(jìn)行一定量煙氣余熱的回收工作。

2.4 實(shí)行爐體保溫措施

當(dāng)前我國(guó)煉銅陽極爐大多沒有使用良好的絕熱措施，導(dǎo)致煉銅陽極爐爐體本身散熱損失過大，甚至一些煉銅陽極爐爐頂溫度達(dá)到350℃，并且側(cè)墻壁溫度高達(dá)150℃。根據(jù)調(diào)查，我國(guó)云南冶煉廠煉銅陽極爐爐體散熱損失高達(dá)15%。而北京銅廠在相同的煉銅陽極爐四周黏土磚以及鎂鋁磚之間設(shè)置了一層保溫棉，其厚度約為20mm，這種方案的實(shí)施導(dǎo)致煉銅陽極爐爐體表面溫度以及壁溫下降明顯，甚至煉銅陽極爐可減少一半以上的散熱損失。

2.5 控制適宜爐壓

要想做到控制適宜的煉銅陽極爐爐膛壓力，第一要使用保溫棉將爐體和燒嘴外殼之間進(jìn)行封閉，并且在煉銅陽極爐爐氣出口的位置設(shè)置一處煙氣取樣點(diǎn)，并且對(duì)煙氣的成分進(jìn)行有效分析。

在我國(guó)云南冶煉廠中，其煙氣在保濕階段含有O2量約為8.1%，這是供入的漏入空氣量以及過剰空氣量的總和。在還原階段的煙氣含有O2含量為1.55%，這種情況可看為漏入空氣所造成的現(xiàn)象，但在實(shí)際情況中其漏入空氣量要比測(cè)量的量更多一些。其次，如果根據(jù)過剩系數(shù)為1.1來計(jì)算，那么漏入空氣量則為煙氣量的7.75%，同時(shí)若煙氣為1200℃時(shí)，那么因漏入空氣量的增加將使煉銅陽極爐的物理熱損失達(dá)到4.42%。所以，應(yīng)使用科學(xué)有效的方法對(duì)爐壓進(jìn)行調(diào)整，通過控制煙氣中O2的含量，來達(dá)到減少煉銅陽極爐熱量損失的情況，從而改善操作環(huán)境。

3 結(jié)語

總而言之，目前的煉銅陽極爐使用控制銅水溫度或者控制爐溫來實(shí)現(xiàn)控制油量的目標(biāo)，同時(shí)使用比例調(diào)節(jié)供風(fēng)，采用控制煙道閥門的方式來對(duì)煉銅陽極爐的爐膛壓力進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，與此同時(shí)安裝噴流輻射換熱器，將空氣預(yù)熱至350℃～400℃，同時(shí)給予高效率的調(diào)度管理，將會(huì)節(jié)省燃料的25%～30%，從而達(dá)到新時(shí)期降低煉銅陽極爐能耗的目標(biāo)。

[1]趙體茂.“你們實(shí)現(xiàn)了一代人的夢(mèng)想”——記豫光金鉛首家工業(yè)化應(yīng)用雙底吹連續(xù)煉銅技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐之路[J].中國(guó)有色金屬.2017(12)：50-51.

[2]姜紫毅.底吹陽極爐精煉過程優(yōu)化與多相流動(dòng)壓力數(shù)值模擬[D].昆明理工大學(xué).2016.

[3]謝小振.圓盤澆鑄機(jī)作業(yè)效率影響因素與優(yōu)化[J].安徽科技.2016(8)：44-45.