李鴻巖LI Hong-yan；牛海山NIU Hai-shan

（①撫順市政府投資評審中心，撫順 113001；②遼寧石油化工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，撫順 113001）

（①Fushun Government Investment Review Center，F(xiàn)ushun 113001，China；②Liaoning Shihua University School of Mining Engineering，F(xiàn)ushun 113001，China）

0 引言

紅透山銅礦粗銅冶煉廠，1995 年7 月建成投產(chǎn)。原設(shè)計(jì)生產(chǎn)工藝為富氧密閉鼓風(fēng)爐熔煉、連續(xù)吹煉爐吹煉；凈化工序采用絕熱蒸發(fā)、封閉酸洗、部分排放的工藝流程；轉(zhuǎn)化采用四段一次轉(zhuǎn)化工藝；干吸采用一級干燥一級吸收工藝，采用亞鈉法處理制酸尾氣。設(shè)計(jì)粗銅產(chǎn)量為6309 噸，硫酸產(chǎn)量為32410 噸。由于分子篩制氧技術(shù)不過關(guān)，原設(shè)計(jì)富氧熔煉工藝一直無法實(shí)施，生產(chǎn)至今一直采用的是空氣熔煉工藝，造成燃料消耗高，鼓風(fēng)爐床能力低，冰銅品位低，煙氣二氧化硫濃度低。無法提高粗銅、硫酸產(chǎn)量。為增加粗銅、硫酸產(chǎn)量，增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，降低燃料單耗，提高冰銅品位，提高連吹爐爐壽，紅透山礦冶煉廠在現(xiàn)有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，新建富氧系統(tǒng)，通過提高熔煉強(qiáng)度，增加產(chǎn)量，降低消耗。以滿足鼓風(fēng)爐混氧后的濃度達(dá)到30%為目的，新上一座純氧量達(dá)2000m3/h 變壓吸附分子篩系統(tǒng)。

1 富氧熔煉的原理與制氧技術(shù)的選擇

1.1 富氧熔煉的原理 在有色冶煉過程中，硫化礦物的焙燒、熔煉、吹煉以及氧化礦物的還原熔煉，都是在氧與物料、燃料的直接作用下進(jìn)行的。普通空氣中幾乎有四倍于氧的氮?dú)獯嬖冢眉冄踹M(jìn)行富氧熔煉，就必然減少煙氣量，由煙氣帶走的熱量亦相應(yīng)減少，從而降低燃料率[1-2]。

采用富氧熔煉加快了燃料燃燒速度，使?fàn)t溫增高、傳熱增強(qiáng)，且由于鼓風(fēng)中氧濃度提高，大大加速熔煉過程，提高爐子生產(chǎn)能力，從而使單位產(chǎn)品的熱損失減少。在硫化銅精礦的熔煉過程中，燃料率降低，脫硫率就必然提高，脫硫率提高了，使?fàn)t料的反應(yīng)熱能夠更充分地得到利用，而氧化、造渣反應(yīng)的放熱，又給降低燃料率創(chuàng)造條件[3-4]。

1.2 制氧技術(shù)的選擇 目前用于銅冶煉行業(yè)的制氧技術(shù)一般分為深冷法和變壓吸附分子篩制氧兩種[5]。深冷法和變壓吸附分子篩制氧相比見表1。

目前應(yīng)用變壓吸附分子篩制技術(shù)的煉銅行業(yè)有富春江冶煉廠、赤峰金劍銅冶煉廠、赤峰金峰冶煉廠、壽王墳冶煉廠等。從金劍、金峰兩冶煉廠變壓吸附制氧的運(yùn)轉(zhuǎn)記錄上可以看出，金劍冶煉廠制氧設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)率達(dá)到100%。兩廠制氧系統(tǒng)開車后，只需要一名工人監(jiān)視系統(tǒng)軟件的運(yùn)行情況，記錄設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況，在不停車的情況下，定期對換向閥密封處理。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)問題時(shí)，軟件進(jìn)行報(bào)警，同時(shí)對出現(xiàn)的問題，軟件具有幫助系統(tǒng)，因此設(shè)備自動(dòng)化程度高。同時(shí)系統(tǒng)各種相關(guān)技術(shù)指標(biāo)運(yùn)行穩(wěn)定，都達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。該裝置的技術(shù)特點(diǎn)是：

表1 變壓吸附分子篩制氧與深冷法制氧（1500m3/h）的比較

①VPSA 流程具有開停車速度快（小于20 分鐘）、操作簡單、維護(hù)費(fèi)用低。②可實(shí)現(xiàn)兩塔同時(shí)連續(xù)吸附，抽真空過程仍能連續(xù)進(jìn)行，比傳統(tǒng)流程大大地提高了風(fēng)機(jī)和真空泵效率，節(jié)能效果明顯，產(chǎn)品氧氣波動(dòng)小。③采用預(yù)處理槽脫二氧化硫、除塵技術(shù)和復(fù)合吸附劑床（3 種吸附劑）技術(shù)，充分保證了主體吸附劑的長期使用壽命（大于10 年）。④采用全金屬密封自補(bǔ)償式三偏心液壓程控蝶閥，該閥具有體積小，重量輕，運(yùn)行準(zhǔn)確、平穩(wěn)，開關(guān)速度快（小于2 秒），開啟速度可調(diào)、閥門密封性能好，壽命長（大于200 萬次），自帶閥位檢測等特點(diǎn)。⑤鼓風(fēng)機(jī)和真空泵全部采用離心式結(jié)構(gòu)，不設(shè)備機(jī)，但可靠性比傳統(tǒng)羅茨設(shè)備高10 倍以上。⑥采用全自動(dòng)控制，操作簡便。

經(jīng)過比較，綜合考慮多種因素，初步認(rèn)為變壓吸附分子篩制氧優(yōu)點(diǎn)較為突出。

通過系統(tǒng)的匹配計(jì)算，經(jīng)過連吹爐、前床等局部改進(jìn)，又有同行業(yè)成熟廠家的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和冶煉廠近十年的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，采用變壓吸附分子篩制氧技術(shù)在技術(shù)上是完全可行的。

2 改造技術(shù)方案

①以現(xiàn)有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，新建富氧系統(tǒng)，將13000m3/h的空氣鼓風(fēng)爐熔煉，改為11500m3/h（富氧濃度為30%）的富氧鼓風(fēng)爐熔煉，通過提高熔煉強(qiáng)度，增加產(chǎn)量，降低消耗。②為滿足鼓風(fēng)爐混氧后的濃度達(dá)到30%，新上一座純氧量達(dá)到2000m3/h 變壓吸附分子篩系統(tǒng)。③為保證連吹爐與鼓風(fēng)爐匹配，連吹爐需擴(kuò)容3.2m2。

3 改造內(nèi)容

①鼓風(fēng)爐前床加長250mm，虹吸溜往南移1m，前床爐底重新砌筑，立柱重新部置。護(hù)板新加工4 塊。②連吹爐進(jìn)料口端加長2m，擴(kuò)大連吹爐面積（原10m2）到13.2m2，每側(cè)增加兩個(gè)明水套，每側(cè)增加6 個(gè)風(fēng)眼，使連吹爐風(fēng)眼支眼增加到34 個(gè)，滿足增產(chǎn)的需要。③新增變電所一處，滿足分子篩制氧增容的需要。④利用原設(shè)計(jì)分子篩場房（房空間夠用），新增吸附缶兩臺(tái)，真空泵兩臺(tái)，風(fēng)機(jī)一臺(tái)，以及相應(yīng)的電控部分，相應(yīng)輔屬部件。

富氧熔煉改造工程項(xiàng)目內(nèi)容見表2。

表2 工程改造項(xiàng)目內(nèi)容匯總表

4 改造數(shù)據(jù)及計(jì)算

冶煉物料平衡計(jì)算見表3，轉(zhuǎn)化工序換熱器的計(jì)算見表4，煙氣量及煙氣成份計(jì)算略。

5 工程結(jié)語

本次冶煉系統(tǒng)技術(shù)改造工程總投資800 萬元，其中分子篩520 萬元，設(shè)備投資150 萬元，材料費(fèi)用130 萬元；項(xiàng)目建設(shè)期4 個(gè)月；達(dá)產(chǎn)期1 個(gè)月；經(jīng)營費(fèi)用329.60 萬元。通過工藝改造后一年的生產(chǎn)運(yùn)行情況看，取得了明顯的效果：其中銅增產(chǎn)2500 噸，硫酸11000 噸，年增收入額為6774.74 萬元，焦碳單耗下降減支94.28 萬元，年增利潤為280.54 萬元。

表3 連吹爐吹煉物料平衡表

表4 轉(zhuǎn)化工序換熱器的計(jì)算結(jié)果匯總表

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