有色冶煉行業(yè)低壓蒸汽利用方案介紹及效益對比

(國投金城冶金有限責任公司，河南 靈寶 472533)

0 前言

某公司采用國內(nèi)最先進的富氧底吹造锍捕金連吹工藝，將含硫的銅精礦和金精礦配比進行富氧底吹火法冶煉，回收提純各種有價金屬，使其達到工業(yè)產(chǎn)品標準。該技術(shù)不僅可回收傳統(tǒng)黃金冶煉中的金、銀、銅、硫4 種元素，還可以有效回收鉑、鈀、鎳、硒、碲、砷、鉛、鋅等10 多種有價元素，金、銀、銅的回收率大于98.5%。在充分吸收和融合現(xiàn)有同類企業(yè)所用工藝的優(yōu)勢基礎(chǔ)上，某公司大膽創(chuàng)新，多項技術(shù)實現(xiàn)重大突破，裝置自動化程度高且節(jié)能環(huán)保，尤其在環(huán)保方面采用多項前沿技術(shù)，基本滿足國家環(huán)保標準，達到了環(huán)評批復(fù)的廢棄物排放標準[1]，經(jīng)濟效益、環(huán)保效益和社會效益顯著。

隨著國家環(huán)保政策的收緊和循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展，有色冶煉行業(yè)實現(xiàn)廢水處理零排放、建設(shè)節(jié)水型企業(yè)勢在必行。一是可以充分回收各種資源，二是可以徹底根除廢水的環(huán)境污染，充分實現(xiàn)廢水的循環(huán)利用，提高廢水的使用效率，實現(xiàn)企業(yè)效益最大化。因此，針對某公司的富余低壓(0.6～0.7 MPa)蒸汽的使用情況和廢水處理情況進行深入研究。

通過對比利用廠區(qū)富余低壓蒸汽拖動1 MW 汽輪機代替硫酸循環(huán)水泵電機和將富余低壓蒸汽用于廢水處理兩種方案的效益，闡述利用低壓蒸汽處理廢水的優(yōu)勢。利用富余低壓蒸汽處理廢水，一方面可以回收低壓蒸汽的潛能和水資源，另一方面可以改善渣選系統(tǒng)現(xiàn)在的用水水質(zhì)，提高渣選效益，同時實現(xiàn)廢水按環(huán)評批復(fù)標準排放的目標。

1 富余低壓蒸汽利用方案

1.1 低壓蒸汽的生產(chǎn)情況

該公司火法熔煉系統(tǒng)正常運行時，余熱鍋爐每小時可生產(chǎn)48 t 壓力為4.6 MPa 的中壓蒸汽，該部分蒸汽經(jīng)余熱發(fā)電后產(chǎn)生低壓蒸汽。此外，生產(chǎn)輔助系統(tǒng)硫酸車間余熱鍋爐每小時生產(chǎn)12 t 低壓蒸汽。這兩部分低壓蒸汽會進行混合。該公司還建設(shè)有燃氣工業(yè)鍋爐房，每小時可生產(chǎn)20 t 額定壓力為1.25 MPa 的低壓蒸汽，用于滿足熔煉系統(tǒng)停車時廠區(qū)電解精煉車間、陽極泥車間等生產(chǎn)系統(tǒng)運行對低壓蒸汽的需求。

1.2 低壓蒸汽的使用情況

根據(jù)項目初步設(shè)計和其他同行業(yè)的蒸汽產(chǎn)出情況，該公司技術(shù)人員在建廠初期判斷，整個廠區(qū)用于生產(chǎn)系統(tǒng)的蒸汽不足。而投產(chǎn)后的三連爐工藝，在蒸汽產(chǎn)出方面顯示了巨大的優(yōu)勢，火法熔煉系統(tǒng)產(chǎn)生的中壓蒸汽經(jīng)余熱發(fā)電后生產(chǎn)的低壓蒸汽與硫酸余熱鍋爐生產(chǎn)的低壓蒸汽混合后，除滿足生產(chǎn)外，還有大量富余，富余量約為30 t/h，出現(xiàn)“天上飄銀的現(xiàn)象”，造成資源浪費。

為了避免低壓蒸汽放空造成的浪費，應(yīng)充分利用富余的低壓蒸汽，實現(xiàn)企業(yè)利益最大化。目前廠區(qū)可行的富余低壓蒸汽利用項目包括:

1)利用廠區(qū)富余低壓蒸汽拖動1 MW 汽輪機代替硫酸循環(huán)水泵電機項目。該項目可達到省電節(jié)能的目的，所用工藝經(jīng)典，成熟可靠。

2)利用低壓蒸汽處理濃水項目。該項目采用十六效石墨蒸發(fā)濃縮技術(shù)，因為濃水為高氯廢水，需選用特種非標石墨設(shè)備。十六效石墨蒸發(fā)濃縮技術(shù)雖然屬于新技術(shù)，但目前在粘膠纖維行業(yè)使用廣泛，已較為成熟。

2 富余低壓蒸汽不同利用方案的經(jīng)濟效益對比

2.1 富余低壓蒸汽不計價情況下的效益對比

2.1.1 富余低壓蒸汽拖動1 MW 汽輪機代替硫酸循環(huán)水泵電機項目的效益計算

如果每小時消耗低壓蒸汽10 t，蒸汽凝結(jié)產(chǎn)水率為80%，年生產(chǎn)日為330 d，該方案可產(chǎn)生蒸汽凝結(jié)水:10 ×24 ×330 ×0.8=63 360 t/a。

如果蒸汽凝結(jié)水單價按10 元/t 計，該方案可產(chǎn)生效益:63 360 ×10/10 000=63.36 萬元/a。

汽輪機效率按70% 計，該方案可節(jié)省電能700 kWh左右，廠區(qū)峰谷平均電價為0.66 元/kWh，因此可節(jié)約:700 ×24 ×330 ×0.66/10 000=365.90萬元/a。

因此，兩者合計，該方案可產(chǎn)生利潤429.26 萬元/a，該利潤未減除汽輪機設(shè)備折舊、投資財務(wù)費用、運營人員工資、運營維修等費用。

2.1.2 濃水處理項目效益計算

2.1.2.1 日處理500 t 濃水產(chǎn)生的利潤

該公司的生產(chǎn)廢水處理目前采用“三級硫化+三級中和+膜前預(yù)處理+膜處理”工藝。污水處理車間處理各種生產(chǎn)廢水產(chǎn)生的反滲透水按軟水回用至生產(chǎn)系統(tǒng)；為了達到環(huán)評批復(fù)的廢水排放指標，濃水基本全部回用至渣選系統(tǒng)，導致渣選系統(tǒng)設(shè)備管道腐蝕結(jié)垢嚴重，生產(chǎn)指標與同行業(yè)相比，效果較差。

根據(jù)該公司運行以來的生產(chǎn)情況，十六效石墨蒸發(fā)濃縮設(shè)施日處理500 t 濃水即可有效解決為了達到環(huán)評批復(fù)排放要求而必須把濃水排向渣選系統(tǒng)的問題。

該方案實施后可明顯改善渣選系統(tǒng)的用水水質(zhì)。一方面，500 t 濃水經(jīng)十六效石墨蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)處理后，產(chǎn)生蒸汽凝結(jié)水，這部分水可代替部分脫鹽水送往余熱鍋爐系統(tǒng)使用；另一方面，濃水經(jīng)十六效石墨蒸發(fā)濃縮處理產(chǎn)生的蒸餾水可代替部分軟水回用至軟水系統(tǒng)；此外，濃水經(jīng)十六效石墨蒸發(fā)濃縮處理產(chǎn)生的無用固體廢渣可混入中和渣，送往填埋場處中。因此，渣選系統(tǒng)將不再使用生產(chǎn)廢水，改用一次水。

渣選系統(tǒng)使用一次水可顯著改善渣選系統(tǒng)的用水條件，便于調(diào)整緩冷渣的風冷時間和水冷時間，有利于緩冷渣中的有用礦物晶體顆粒長大，從而便于浮選[2]；同時渣選系統(tǒng)使用一次水可使緩冷渣更易通過一次水進行水碎變脆，便于碎礦和磨礦，降低渣選系統(tǒng)的碎礦費用和磨礦費用，提高渣選效益和顯著改善渣緩冷渣包紅心等問題；此外，相對現(xiàn)在使用生產(chǎn)濃水，使用一次水可有效解決渣緩冷系統(tǒng)和渣選系統(tǒng)管道的腐蝕和結(jié)垢問題[3-4]。

2.1.2.1.1 金、銀、銅增收產(chǎn)生的利潤

根據(jù)該公司實驗結(jié)果，熔煉渣含銅量為4.35%，含金量為4.878 g/t，含銀量為68.21 g/t。相較于使用濃水，渣選系統(tǒng)使用一次水后，銅回收率可由93.52% 提高至95.61%，金回收率可由91.84%提高至94.41%，銀回收率可由91.47%提高至93.12%。

結(jié)合投產(chǎn)以來的生產(chǎn)實際情況，年入選熔煉渣約44 萬t，因此，渣選系統(tǒng)使用一次水后，相較于使用濃水，每年可多回收的銅、金、銀分別為:4.35% ×(95.61% -93.52%) ×440 000=400.03 t；4.878 ×(94.41% -91.84%) ×440 000=55 160.42 g；68.21 ×(93.12% -91.47%) ×440 000=495 204.60 g。

從緩冷渣至各種工業(yè)產(chǎn)品，折價系數(shù)按0.7 計算，銅價格按5 萬元/t 計，金價按400 元/g 計，銀價格按5 元/g 計，多回收的銅、金、銀分別可增收:400.03×5 ×07=1 400.10 萬元/a；55 160.42 ×400 ×0.7/10 000=1 544.48 萬元/a；495 204.6 ×5 ×0.7/10 000=173.32 萬元/a。

因此，渣選系統(tǒng)使用一次水后，每年銅、金、銀合計可增收3 117.9 萬元凈利潤。

2.1.2.1.2 軟水產(chǎn)生的利潤

根據(jù)一效石墨蒸發(fā)濃縮產(chǎn)水模擬實驗水質(zhì)檢測結(jié)果，十六石墨效蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)日處理500 t 濃水產(chǎn)生的蒸餾水可滿足廠區(qū)軟水使用要求，產(chǎn)水率按90%計，水價按5 元/t 計，可產(chǎn)生利潤約:500 ×330 ×5 ×0.9/10 000=74.25 萬元/a。

此外，采用十六效石墨蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)利用現(xiàn)廠區(qū)富余低壓蒸汽處理濃水，每噸濃水消耗0.23 t 蒸汽，低壓蒸汽產(chǎn)生凝結(jié)水，產(chǎn)水率按80%計算，凝結(jié)水價格按10 元/t 計算，可產(chǎn)生利潤約為:0.23 ×500 ×330 ×0.8 ×10/10 000=30.36 萬元/a。

因此，上述效益合計，該方案共可產(chǎn)生3 222.51萬元/a 利潤。

2.1.2.2 十六效石墨蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)日處理500 t 濃水的生產(chǎn)費用

渣選系統(tǒng)使用的一次水價格按2.65 元/t 計算，則用水成本約為:2.65 ×500 ×330/10 000=43.73萬元/a。

十六效石墨蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)日處理的500 t 濃水含鹽量為2%，每日可產(chǎn)生10 t 含鹽固體產(chǎn)物。該固體產(chǎn)物通過控制結(jié)晶工藝條件可析出元明粉和固體鹵化物，元明粉以工業(yè)產(chǎn)品出售，固體鹵化物則混入污水處理中和渣中送往填埋場處置。元明粉以工業(yè)產(chǎn)品出售產(chǎn)生的利潤大致與固體鹵化物的處理產(chǎn)生費用相抵銷。

生產(chǎn)規(guī)模500 t/d 的十六效石墨蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)需投資1 500 萬元(含土建工程+設(shè)備制造及安裝、調(diào)試、培訓等費用)，年財務(wù)費用為150 萬元，設(shè)備折舊費用為150 萬元，人工工資為40 萬元/a，運營維護保養(yǎng)費用為30 萬元/a，電費為11 × 500 ×330=181.5 萬元/a(電費單價按11 元/t 計算)。因此，十六效石墨蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)運行費用為:43.73 +150 +150 +40 +30 +181.5=595.23 萬元/a。

綜上所述，十六效蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)日處理500 t 濃水的收入項合計為3 222.51 萬元/a；支出項合計為595.23 萬元/a。收支相減，凈收入為2 627.28 萬元/a。

2.2 廠區(qū)富余低壓蒸汽按100 元/t 計價情況下的效益對比

1)在富余低壓蒸汽按100 元/t 計價情況下，利用廠區(qū)富余低壓蒸汽拖動汽輪機代替硫酸循環(huán)水泵電機項目的效益為:429.26 -10 ×24 ×100 ×330/10 000=-362.74 萬元/a。

度電成本為:10 ×100/700=1.43 元/kWh。

2) 在富余低壓蒸汽按100 元/t 計價情況下，利用廠區(qū)富余低壓蒸汽采用石墨十六效蒸發(fā)濃縮技術(shù)處理濃水項目效益為:2 627.28 -0.23 ×500 ×330 ×100/10 000=2 247.78 萬元/a。

2.3 富余低壓蒸汽使用天然氣生產(chǎn)情況下的效益對比

天然氣現(xiàn)行價格按3.5 元/m3計算，每噸蒸汽消耗70～80 m3天然氣，因此蒸汽的生產(chǎn)成本約為250 元/t。

1)利用廠區(qū)富余低壓蒸汽拖動汽輪機代替硫酸循環(huán)水泵電機項目效益為:429.26 -10 ×24 ×250 ×330/10 000=-1 550.74 萬元/a。

度電成本為:10 ×250/700=3.57 元/kWh。

2)利用富余低壓蒸汽采用十六效石墨蒸發(fā)濃縮技術(shù)處理濃水(高氯廢水)項目效益為:2 627.28 -0.23 ×500 ×330 ×250/10 000=1 678.53 萬元/a。

3 結(jié)論

通過上述效益計算、對比，可得到如下結(jié)論:

1)利用廠區(qū)富余低壓蒸汽拖動汽輪機代替硫酸循環(huán)水泵電機項目幾乎不產(chǎn)生經(jīng)濟效益、環(huán)保效益。在富余低壓蒸汽不計價的情況下，最多可產(chǎn)生429.26 萬元/a 經(jīng)濟效益；在富余低壓蒸汽按100元/t 計價和低壓蒸汽使用天然氣生產(chǎn)的情況下，產(chǎn)生利潤分別為-362.74 萬元/a、-1 550.74 萬元/a，度電成本為1.43 元/kWh 和3.57 元/kWh。

2)利用廠區(qū)富余低壓蒸汽采用十六效石墨蒸發(fā)濃縮技術(shù)處理高氯濃水的項目產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟效益、環(huán)保效益。在富余低壓蒸汽不計價、富余低壓蒸汽按100 元/t 計價和低壓蒸汽使用天然氣生產(chǎn)的情況下，通過渣選效益的提高，該方案產(chǎn)生的利潤分別為2 627.28 萬元/a、2 247.78 萬元/a、1 678.53 萬元/a。在環(huán)保方面，廢水可按環(huán)評批復(fù)要求排放；在設(shè)備使用方面，可有效減少渣選設(shè)備和管道腐蝕的結(jié)垢問題。顯而易見，采用富余低壓蒸汽處理廠區(qū)濃水，無論低壓蒸汽成本如何計價核算，通過渣選系統(tǒng)效益的提高，都可產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟效益、環(huán)保效益。