銅閃速吹煉煙道口結(jié)焦原因分析及控制實(shí)踐

郭引剛， 韓戰(zhàn)旗，2， 王伯義，2， 梁高喜， 田 靜，2

(1.河南中原黃金冶煉廠有限責(zé)任公司， 河南 三門(mén)峽 472000；2.河南省黃金資源綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 河南 三門(mén)峽 472000)

中原冶煉廠銅閃速吹煉自銅锍處理量提升以來(lái)，煙道口結(jié)焦問(wèn)題逐漸凸顯，為困擾生產(chǎn)系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行的主要制約因素。致密堅(jiān)硬的結(jié)焦物造成煙氣通道面積逐漸縮小，爐子操作負(fù)壓無(wú)法保證，嚴(yán)重時(shí)吹煉爐被迫停爐進(jìn)行20多h的人工清焦，作業(yè)環(huán)境差，同時(shí)效果也不太理想。為解決閃速爐煙道出口結(jié)焦這一困擾生產(chǎn)的難題，中原冶煉廠在生產(chǎn)實(shí)踐中摸索出在保證合理加入硫酸鹽化氧的前提下，通過(guò)采取調(diào)整燒嘴位置、天然氣量和煤粉加入量的方式，有效降低了結(jié)焦的影響程度。

1 上升煙道結(jié)構(gòu)及運(yùn)行狀況

上升煙道布置在閃速吹煉爐體尾部，出煙口方向與爐中心線一致。煙道為方形結(jié)構(gòu)，全部重量靠13根吊桿直接吊掛在土建鋼梁上。煙道下部為特殊設(shè)計(jì)的齒形水套；煙道上部的后端和兩側(cè)均為直立式平墻，爐墻外殼焊有多層托板來(lái)承載冷卻平銅水套、耐火磚的重量；煙氣出口迎風(fēng)面的前端墻為700傾斜式平墻，安裝有冷卻平銅水套。

上升煙道共設(shè)2個(gè)點(diǎn)檢孔和2個(gè)天然氣燒嘴安裝口。燒嘴安裝口布置在后端墻東西側(cè)，上下錯(cuò)開(kāi)布置，分別對(duì)應(yīng)煙道出口的上半部和下半部。煙道出煙口尺寸為2.5 m×3.0 m，由四塊特制的銅板鉆孔水套構(gòu)成。

隨著入爐銅锍處理量和系統(tǒng)返料煙灰量的增加，煙道口結(jié)焦問(wèn)題逐漸突出。結(jié)焦物處理不及時(shí)，會(huì)導(dǎo)致結(jié)焦物由煙道口底部和左右兩側(cè)逐漸向中間蔓延。其中，煙道口下部結(jié)焦較厚，呈“飛橋”狀，影響最為嚴(yán)重。煙道口有效面積的縮小導(dǎo)致?tīng)t內(nèi)負(fù)壓提不起來(lái)，嚴(yán)重影響銅锍處理量的提升，SO2煙氣外溢造成爐況檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境差。另外，事故狀態(tài)或檢修需要切換煙氣時(shí)會(huì)導(dǎo)致水冷閘板放下困難。煙道口結(jié)焦情況見(jiàn)圖1。

圖1 煙道口結(jié)焦情況

2 結(jié)焦成分及形成原因分析

2.1 結(jié)焦成分分析

表1為入爐粉狀銅锍、煙道口結(jié)焦以及余熱鍋爐輻射部煙灰的成分分析。對(duì)比可以看出，煙道口結(jié)焦物主要來(lái)源于未反應(yīng)或未沉降到沉淀池的銅锍、生石灰粉及返料煙塵，以及強(qiáng)氧化氣氛下熔融銅锍中的揮發(fā)性元素。X射線熒光儀分析結(jié)焦主要成分是粘附性強(qiáng)的鉛、鐵等雜質(zhì)和銅的氧化物，以及硫酸鹽等。

表1 樣品化學(xué)成分分析

2.2 結(jié)焦形成原因分析

粉狀銅锍進(jìn)反應(yīng)塔后迅速通過(guò)對(duì)流、輻射從爐內(nèi)高溫強(qiáng)氧化氣氛中獲得熱量發(fā)生氧化反應(yīng)。由于粒度和化學(xué)成分不盡相同，過(guò)程中比重較小的粒子、返料煙灰及石灰粉熔劑來(lái)不及反應(yīng)或反應(yīng)不完全，以及沉淀池中雜質(zhì)元素的揮發(fā)物被高流速煙氣帶走，隨著爐口溫度的降低而逐漸凝固沉積形成結(jié)焦。結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐，認(rèn)為結(jié)焦的形成有以下幾點(diǎn)主要原因：

①煙氣塵含量大。伴隨粉狀銅锍高投料量和返料煙灰的增加，細(xì)小熔融顆粒、煙灰及熔劑夾帶煙氣在上升煙道口溫降沉降、粘結(jié)；②頻繁的開(kāi)、停爐，爐況變差下生料等非正常操作；③企業(yè)為了擴(kuò)大利潤(rùn)空間，含雜高的精礦加入量增大，造成銅锍原料成分復(fù)雜，Pb、Zn、As等雜質(zhì)含量高，銅锍品位波動(dòng)大。

3 煙道口結(jié)焦消熔控制實(shí)踐及作用機(jī)理

根據(jù)國(guó)內(nèi)外閃速爐和澳爐的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，上升煙道出口結(jié)焦處理一般采用爆破法或使用結(jié)焦抑制劑消熔[1-4]。

為消除煙道結(jié)焦對(duì)正常生產(chǎn)的影響，在項(xiàng)目設(shè)計(jì)中中原冶煉廠采用在沉淀池頂部靠近上升煙道出口的地方均布5個(gè)斜度45°、Φ100 mm的硫酸鹽化風(fēng)管，通入壓力60 KPa、純度99%的工業(yè)純氧，鹽化氧加入量根據(jù)銅锍處理量和煙塵返料量由數(shù)模計(jì)算值進(jìn)行調(diào)整。鹽化過(guò)程反應(yīng)方程式如下：

(1)

(2)

(3)

反應(yīng)為放熱反應(yīng)?？墒篃熁液豌~锍顆粒進(jìn)一步燃燒，反應(yīng)產(chǎn)生的熱量有助于融化粘結(jié)煙灰，提高煙氣中SO3濃度，使煙塵硫酸鹽化，使粘結(jié)物結(jié)構(gòu)變?yōu)槭枭?，易清理。一般余熱鍋爐出口煙氣殘氧控制在3%～4%。鹽化氧鼓入太少，結(jié)焦消熔效果不明顯，電收塵煙灰會(huì)出現(xiàn)發(fā)黑或發(fā)紅現(xiàn)象。鹽化風(fēng)鼓入量太大，會(huì)造成煙氣露點(diǎn)上升，凈化稀酸酸濃升高，增加廢水處理成本，對(duì)電收塵系統(tǒng)及煙氣管道易產(chǎn)生冷凝酸低溫腐蝕。

為較快消熔煙道出口粘結(jié)，中原冶煉廠在生產(chǎn)過(guò)程中根據(jù)每周例行點(diǎn)檢狀況，通過(guò)調(diào)節(jié)上升煙道后端墻東、西兩側(cè)燒嘴的開(kāi)停及天然氣量來(lái)提高煙道口局部溫度，使粘結(jié)物強(qiáng)行熔化。各燒嘴天然氣總量一般控制在50～120 m3/h。一方面天然氣產(chǎn)生的熱量可以熔化部分粘結(jié)，另一方面未完全燃燒的天然氣產(chǎn)生的CO或炭黑在上升煙道周?chē)纬蛇€原性氣氛，有利于鉛、鋅及鐵等高熔點(diǎn)、粘結(jié)氧化物的還原[5]，有利于粘結(jié)的消除。天然氣補(bǔ)給過(guò)少或調(diào)解不及時(shí)結(jié)焦消熔效果不明顯。天然氣補(bǔ)給過(guò)多則結(jié)焦熔化過(guò)快，沖擊進(jìn)入輻射區(qū)的高溫?zé)煔?，產(chǎn)生的氣流夾帶結(jié)焦物進(jìn)入鍋爐區(qū)域，會(huì)在鍋爐膜式壁上、凝渣屏及對(duì)流部連接處形成大塊結(jié)焦，對(duì)輻射部受熱面、刮板機(jī)及爐體安全運(yùn)行造成一定影響。

實(shí)踐證明在煙道口頂部連續(xù)均勻加入粉煤也是控制結(jié)焦生長(zhǎng)的一種直接、有效的辦法。通過(guò)控制爐膛負(fù)壓，使大部分粉煤直接落到粘結(jié)物上燃燒并起還原反應(yīng)，將粘結(jié)物過(guò)熱熔化。中原冶煉廠在目前60 t/h冰銅處理量的情況下，粉煤加入量根據(jù)粘結(jié)高度進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整范圍在2～6 kg/h。加入過(guò)快，會(huì)使煤粉在粘結(jié)物上堆積，來(lái)不及燃燒，反而會(huì)起到降溫作用。加入過(guò)慢，煤粉燃燒釋放的熱量不足以使粘結(jié)物熔化速度大于生長(zhǎng)速度，起不到有效作用。

4 結(jié)束語(yǔ)

銅閃速吹煉生產(chǎn)過(guò)程中煙道口結(jié)焦受冰銅處理量、成分的影響較大，爐況不穩(wěn)定、爐膛負(fù)壓過(guò)大均會(huì)加劇粘結(jié)的生長(zhǎng)。為有效解決這一困擾生產(chǎn)安全穩(wěn)定運(yùn)行的難題，中原冶煉廠在加入硫酸鹽化氧的前提下，通過(guò)調(diào)整上升煙道后端墻燒嘴的開(kāi)停、天然氣量以及頂部粉煤加入量等方法，有效抑制了煙道口結(jié)焦的生長(zhǎng)，提高了系統(tǒng)開(kāi)車(chē)率。