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        傳統(tǒng)式銅陽極爐砌筑及陽極火法精煉廠建設(shè)中的若干問題(續(xù))

        2011-11-03 02:32:14劉樹景朱文峰山東金升有色金屬集團(tuán)有限公司
        資源再生 2011年10期
        關(guān)鍵詞:收塵爐子水冷

        □文/劉樹景 朱文峰山東金升有色金屬集團(tuán)有限公司

        傳統(tǒng)式銅陽極爐砌筑及陽極火法精煉廠建設(shè)中的若干問題(續(xù))

        Problems of Traditional Anode Furnace Masonry and Refi nery Construction in Copper Industry (II)

        □文/劉樹景 朱文峰
        山東金升有色金屬集團(tuán)有限公司

        在再生金屬行業(yè)中,銅物料再生為電銅的主要流程是:

        銅物料(挑選、打包)→陽極爐→陽極板→電解精煉→電銅

        我國使用傳統(tǒng)式陽極爐進(jìn)行銅的火法精煉,生產(chǎn)銅陽極板的工廠占有相當(dāng)大的比重。因此,對(duì)該種類型的工廠(車間)建設(shè)中的問題進(jìn)行深入的探討尤為必要。在今年9月南昌舉辦的中國再生銅產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展論壇上,《資源再生》雜志曾邀請(qǐng)山東金生有色金屬集團(tuán)有限公司的劉樹景高級(jí)工程師來贛講學(xué),因項(xiàng)目建設(shè)正在緊張運(yùn)行之中而未能成行,本期“俱樂部”欄目分兩期刊發(fā)他的講課大綱以供讀者討論。

        (上接2011年 第九期 第57頁)

        六、煙氣凈化及通風(fēng)除塵設(shè)備的選擇

        陽極爐熱平衡計(jì)算表明,燃料燃燒產(chǎn)生的熱量60%以上由煙氣帶走,致使陽極爐煙氣量大、溫度高。由于陽極爐為周期作業(yè)使得各階段煙氣量有非常大的波動(dòng),因處理原料的不同,導(dǎo)致產(chǎn)生煙氣中雜質(zhì)變化非常復(fù)雜。

        由于陽極爐煙氣具有復(fù)雜的理化特性,因此,從陽極爐煙氣中獲取二次能源、凈化工藝煙氣已經(jīng)成為有色科技人員必須研究的重大課題。

        1. 工藝煙氣凈化系統(tǒng)

        余熱鍋爐流程:余熱鍋爐可將高達(dá)1 300℃的出爐煙氣降溫至300℃~400℃,產(chǎn)出飽和蒸汽,同時(shí)捕集大量煙塵。目前,國內(nèi)典型的余熱鍋爐凈化煙氣流程如下:

        出爐煙氣-余熱鍋爐-表冷器-布袋收塵-煙囪排空

        出爐煙氣-余熱鍋爐-助燃空氣的熱風(fēng)換熱器-布袋收塵-煙囪排空

        但“余熱鍋爐凈化煙氣流程”在傳統(tǒng)式陽極爐生產(chǎn)中所占的比重并不大,主要是因?yàn)樵摿鞒滩⒉煌晟?,存在著如下問題:余熱鍋爐一次性投資巨大;余熱鍋爐可以產(chǎn)飽和蒸汽,但陽極爐的綜合能源能耗并不一定更低;該流程的生產(chǎn)工藝并不穩(wěn)定,如余熱鍋與陽極爐的煙道接口、余熱鍋爐前部、隔墻以及頂蓋有短期生產(chǎn)就燒損的現(xiàn)象。

        選擇余熱鍋爐流程可以采取的措施:余熱鍋爐與陽極爐的連接通常在架空6.00米處,不設(shè)置煙道閘板,致使余熱鍋爐與陽極爐之間的溫度梯度很小,這是造成綜合能源消耗高的主要原因。若將陽極爐煙道落地,設(shè)置煙道閘板,可使陽極爐的直接能源消耗降至最低,雖然產(chǎn)生的飽和蒸汽量要減少,但可以保證綜合能耗降低。在實(shí)施上述措施后,可以減小余熱鍋爐產(chǎn)能,降低固定資產(chǎn)一次性投入,解決余熱鍋爐短期使用就燒損的問題。合理的進(jìn)行陽極爐的二次能源利用,是再生有色金屬行業(yè)要走的一條必由之路。

        2. 噴霧冷卻器流程

        以壓縮空氣為動(dòng)力,冷卻水以霧狀與高溫含塵煙氣混合,是噴霧冷卻器的原理。該設(shè)備是一種高效、快速的冷卻設(shè)備,設(shè)備阻力僅為300Pa。自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用,可以控制煙氣的溫度,滿足布袋收塵器的要求。有國內(nèi)陽極爐廠家已應(yīng)用該技術(shù),也有廠家準(zhǔn)備采用。筆者認(rèn)為,噴霧冷卻器與電收塵器聯(lián)合流程優(yōu)勢(shì)最為明顯。

        3. 煙道設(shè)置水冷排管

        煙道設(shè)置水冷排管和一些輔助手段相配合使煙氣降溫,再經(jīng)布袋收塵器,形成最簡易的煙道水冷排管流程。該流程的特點(diǎn)是:水加熱后,可送至蒸汽鍋爐,有一定的節(jié)能效果;簡單易行,適用于老廠改造。

        4. 沖擊式水浴收塵器

        該流程集降溫、收塵為一體,適合于環(huán)保要求十分嚴(yán)的二、三類地區(qū)。陽極爐用沖擊式水浴收塵器與鍋爐用同類產(chǎn)品有重要的兩點(diǎn)區(qū)別:其一,煙道為鋼制水套;其二,循環(huán)水量大。其最大弱點(diǎn)是污水難處理。綜上所述,陽極爐工藝煙氣凈化的各種流程種類繁多,但均不成熟。

        5. 爐口通風(fēng)除塵

        爐口通風(fēng)除塵可直接選用布袋收塵器。野風(fēng)閥的設(shè)置必不可少,這一設(shè)置陽極爐行業(yè)中應(yīng)用的較為統(tǒng)一,只是煙罩布置應(yīng)更加完美。

        七、陽極爐主生產(chǎn)廠區(qū)

        陽極爐主生產(chǎn)廠區(qū)占地面積(以2臺(tái)100噸為例)應(yīng)大于或等于10 000m2。

        八、生產(chǎn)廠房

        陽極爐主生產(chǎn)廠房與鑄型副廠房最好分為兩跨布置,見平面配置圖(圖1)和立面圖(圖2)。

        廠房的結(jié)構(gòu)形式:

        方案之一: 全部鋼構(gòu),造價(jià)約為800±元/m2,特點(diǎn)是價(jià)格較低;不利之處在于:房蓋易腐蝕,難以維修。

        方案之二:砼尾面板,造價(jià)約為1 300±元/m2;不利之處是價(jià)格較貴,優(yōu)點(diǎn)是房蓋不腐蝕,免維修。筆者建議,在有條件的情況下,應(yīng)選擇方案之二。

        九、陽極爐的砌筑

        (以100噸天然氣陽極爐為例,圖3)

        1.陽極爐最佳的工藝孔布置(涉及至平面布置):爐頭雙燒頭孔;爐尾設(shè)置扒渣口;爐子正面設(shè)置雙爐門;全部處理冷料:設(shè)置兩個(gè)加料門。

        如果是冷熱料各半:可設(shè)置一個(gè)加料門、一個(gè)倒熱態(tài)銅的門;爐子后面設(shè)置一個(gè)出銅口(對(duì)應(yīng)單圓盤鑄型機(jī)),或兩個(gè)出銅口(對(duì)應(yīng)雙圓盤鑄型機(jī))。

        2. 爐子的標(biāo)高根據(jù)整體立面圖設(shè)置。

        3. 爐子的總重量按500噸考慮(土建基礎(chǔ)條件)。

        4. 爐子幾何尺寸的選擇原則

        (1)床面積≥20m20m22。

        (2)長寬比:粉煤爐長寬比最大,接下來依次是重油爐長寬比、天然氣爐長寬比、煤氣爐長寬比。

        圖1 陽極爐平面配置圖

        圖2 陽極爐立面圖

        (3)爐膛高度:在能夠順利加料的前提下,爐膛高度越低越好。加料爐口上部的三角水套拱梁最大的優(yōu)勢(shì)是可將爐膛高度控制得較低。

        圖3 100噸天然氣陽極爐砌體圖

        (4)熔池深度:原料的化學(xué)質(zhì)量較好可適當(dāng)?shù)募由钊鄢亍?/p>

        (5)煙氣出口面積:該面積可選0.7±m(xù)2,若選擇了爐尾扒渣,取煙氣出口寬比高略大一些。

        (6)直升煙道斷面積:該面積可選≥1m2。

        (7)各種不同燃料的陽極爐火橋長度由大到小排序?yàn)椋悍勖籂t火橋、重油爐火橋、天然氣爐火橋、煤氣爐火橋。

        5. 陽極爐的磚體結(jié)構(gòu)

        (1)爐底花垛高度可為55層磚:5×67=335mm;磚垛面積≥1/3;通風(fēng)面積≤2/3。

        (2)爐底的厚度組成(由下至上)可為:鑄鐵板40mm;石棉板10mm;粘土磚5層 5×67=335mm;搗打料65mm;爐底鎂鉻反拱磚 460mm,合計(jì)厚度:910mm。

        注:鎂鉻反拱磚可選特異形磚:460×150×75/82(立)。

        (33)爐墻

        爐墻的厚度組成(由外至內(nèi))可為:鑄鐵板 40mm,石棉板 10mm,粘土磚 230mm,鎂質(zhì)磚內(nèi)襯 450~460mm,墻體的總厚度740mm。渣線鎂質(zhì)磚內(nèi)襯可選高檔鎂鉻磚砌筑3層。

        (4)煙道小施:可選雙層旋磚砌筑,以增加其強(qiáng)度。

        (5)加料門旋磚:若加料門不采用三角水套梁,可選臥式旋磚:460×250×70/80(臥)進(jìn)行砌筑,以增加其強(qiáng)度。

        (6)燒孔φ300mmm 22個(gè):可選230×115×35/65(立)環(huán)砌,此結(jié)構(gòu)強(qiáng)度非常高,造價(jià)低。

        (7)爐頂(單位:mm ) :爐頂施磚:380×150×70/80(立、單眼);配磚:460×150×75(雙眼)(每環(huán)約6塊);100噸陽極爐不必吊掛爐頂,但每塊磚之間必須插入連接鐵釘。

        (8)出爐煙道

        出爐煙道有必要加厚,逐步減厚度至230mm。當(dāng)考慮到余熱回收時(shí),可將煙道外皮砌筑輕質(zhì)粘土磚,其厚度可為115mm。煙道拱腳后面可將輕質(zhì)磚改為粘土磚。

        6. 爐子的主鋼架結(jié)構(gòu)

        爐底鑄鐵板:厚度可選40mm;爐子主柱:靠近工藝口門,承受較高溫度的立柱需要設(shè)置為水冷立柱。100噸陽極爐的立柱高度模數(shù)可確定為4 500mm,加料門兩側(cè)的水冷立柱直接制成5 500mm,以安置加料爐門。拉筋:圓鋼φ56mm,螺紋M54,接頭可為螺紋連接。

        鑄鐵爐墻板:厚度模數(shù)40mm,尺寸較大的板設(shè)置加強(qiáng)筋。加料門下部的爐墻可制防加料機(jī)撞擊的擋鐵。

        工藝孔門的水冷保護(hù):加料門、扒渣門需設(shè)置水冷保護(hù)套,爐門也需水冷。

        燒火孔也可設(shè)置水冷保護(hù)套及水冷活動(dòng)擋板。爐子可設(shè)置φ200mm橫梁支撐環(huán)保除塵煙罩,取消煙罩支撐立柱。烤爐的時(shí)間通常為15晝夜;低溫段水汽蒸發(fā)(800℃);必須有嚴(yán)格的恒溫過程。在烤爐末期,純銅滲透爐底——洗爐(新爐)。

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