吳 克 邊瑞民 閆紅杰 崔志祥 王 智

(1.中南大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院, 湖南 長(zhǎng)沙 410083；2.東營(yíng)方圓有色金屬有限公司, 山東 東營(yíng) 257091)

銅富氧底吹爐系統(tǒng)熱工診斷與節(jié)能措施

吳 克1邊瑞民2閆紅杰1崔志祥2王 智2

(1.中南大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院, 湖南 長(zhǎng)沙 410083；2.東營(yíng)方圓有色金屬有限公司, 山東 東營(yíng) 257091)

通過(guò)對(duì)銅富氧底吹爐系統(tǒng)進(jìn)行熱工測(cè)試，對(duì)其能量利用狀況、熱效率及其它相關(guān)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了分析診斷。結(jié)果表明：銅富氧底吹爐的熱效率為54.17%，余熱鍋爐的熱效率為58.53%，整個(gè)系統(tǒng)的熱效率為77.46%。根據(jù)測(cè)試分析結(jié)果提出了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)配料、節(jié)能降耗、提高熱效率等方面的措施。

銅富氧底吹爐； 熱工診斷； 熱效率； 節(jié)能措施

0 前言

氧氣底吹熔煉技術(shù)是我國(guó)自主開(kāi)發(fā)的新一代熔池強(qiáng)化熔煉技術(shù)。某公司于2005年應(yīng)用該技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化試驗(yàn)工程，新建的年產(chǎn)10萬(wàn)t規(guī)模的粗銅冶煉廠于2008年投入生產(chǎn)[1]。生產(chǎn)實(shí)踐表明：該技術(shù)具有對(duì)原料適應(yīng)性強(qiáng)、生產(chǎn)效率高、可實(shí)現(xiàn)完全自熱熔煉、氧槍壽命長(zhǎng)、能耗低、有害元素砷的揮發(fā)率高、有價(jià)元素(尤其是锍)對(duì)貴金屬的捕集率非常高等多種優(yōu)勢(shì)[1-4]。因此，自投產(chǎn)以來(lái)，氧氣底吹煉銅技術(shù)在國(guó)內(nèi)取得了快速的發(fā)展。目前，在建和設(shè)計(jì)的工程還有東營(yíng)方圓二期年處理100 萬(wàn)～150萬(wàn)t多金屬礦工程、包頭華鼎富氧熔池熔煉技術(shù)改造工程、垣曲冶煉廠處理50 萬(wàn)t/a 多金屬礦綜合捕集回收改造工程等[5]。

目前，對(duì)銅富氧底吹爐(以下簡(jiǎn)稱底吹爐)的研究為數(shù)不多。閆紅杰等[6]運(yùn)用FLUENT 軟件對(duì)底吹爐內(nèi)的高溫熔體氣液兩相流進(jìn)行數(shù)值模擬，并通過(guò)水模型實(shí)驗(yàn)對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：適當(dāng)增大氧槍傾角有利于底吹熔池熔煉過(guò)程的進(jìn)行；適當(dāng)減小氧槍直徑可以有效提高熔池氣含率。劉柳等[7]對(duì)氧氣底吹熔煉過(guò)程氣體噴吹行為、造锍熔煉化學(xué)反應(yīng)機(jī)理及熔煉爐內(nèi)熱工作狀態(tài)進(jìn)行理論分析及水模型實(shí)驗(yàn)，并對(duì)渣、銅锍和蘑菇頭進(jìn)行了物相分析。張振揚(yáng)[8]運(yùn)用田口方法，對(duì)底吹爐的氧槍尺寸、氧槍間距和氧槍傾角進(jìn)行了多目標(biāo)優(yōu)化研究，得出三個(gè)因素的最優(yōu)組合為：氧槍直徑0.06 m、氧槍間距0.98 m、氧槍角度17°。曲勝利等[9]通過(guò)試驗(yàn)研究了塊煤對(duì)冰銅成分和渣性的影響、氧化鈣對(duì)冰銅成分的影響、銅渣Fe/SiO2對(duì)爐渣性質(zhì)和冰銅成分影響。

國(guó)外，Zhao Baojun[10]依據(jù)某公司的底吹爐，建立了一個(gè)1∶12底吹爐模型來(lái)研究底吹爐的動(dòng)力學(xué)特性。作者將Ar氣從模型底部注入水中，研究氣體的流速和熔池深度對(duì)混合時(shí)間的影響。用KCl作為示蹤劑來(lái)確定混合時(shí)間。研究發(fā)現(xiàn)，混合時(shí)間隨氣體流速和熔池深度的增加而減小。

氧氣底吹煉銅技術(shù)工業(yè)應(yīng)用時(shí)間還較短，仍在研究與實(shí)踐過(guò)程中不斷改進(jìn)和完善?，F(xiàn)有的文獻(xiàn)主要是從數(shù)值模擬、水模型實(shí)驗(yàn)、生產(chǎn)試驗(yàn)這三個(gè)方面對(duì)該技術(shù)進(jìn)行理論研究和工藝優(yōu)化。然而對(duì)底吹爐生產(chǎn)狀況和能量收支等情況缺少系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和研究分析。而熱工診斷是考察設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、操作參數(shù)的合理性及能量構(gòu)成、分布、流向和利用水平的行之有效的科學(xué)手段[11]。目前，關(guān)于底吹爐的熱工診斷研究還沒(méi)有相關(guān)的文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)。在對(duì)東營(yíng)方圓公司的底吹爐系統(tǒng)進(jìn)行熱工測(cè)試，獲得其正常生產(chǎn)時(shí)各項(xiàng)熱工參數(shù)的基礎(chǔ)上，本文對(duì)底吹爐系統(tǒng)的能量利用狀況、熱效率及其它相關(guān)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析診斷，找出底吹爐在生產(chǎn)中存在的問(wèn)題和不足，挖掘其節(jié)能減排潛力，并提出相應(yīng)的節(jié)能技術(shù)改造建議，降低熱損失，提高能源利用效率，為東營(yíng)二期項(xiàng)目提供技術(shù)理論參考。

1 系統(tǒng)工藝介紹

底吹爐系統(tǒng)生產(chǎn)流程如圖1所示。底吹爐采用臥式轉(zhuǎn)動(dòng)爐，混合銅精礦不需要干燥、磨細(xì)，直接與熔劑(石英)、冷料配料后由皮帶傳輸，從爐頂加料口連續(xù)加入爐內(nèi)。氧氣和空氣通過(guò)底部氧槍連續(xù)送入爐內(nèi)的銅锍層。爐料中的Fe、S不斷被迅速氧化、造渣。銅锍從底吹爐側(cè)面的放锍口定期放出，由銅锍包吊運(yùn)至P- S轉(zhuǎn)爐進(jìn)行吹煉。爐渣從底吹爐端部定期放出，由渣包吊運(yùn)至緩冷場(chǎng)，緩冷后進(jìn)行渣選礦。煙氣進(jìn)入余熱鍋爐，經(jīng)電收塵后進(jìn)入制酸廠處理。

圖1 底吹爐系統(tǒng)工藝流程示意圖

2 測(cè)試范圍和標(biāo)準(zhǔn)

熱工測(cè)試的范圍：以底吹爐為熱平衡體系，物料平衡和熱平衡從爐料、熔劑、入爐富氧空氣至銅锍口、渣口、余熱鍋爐煙氣出口為止，爐門(mén)及爐體冷卻介質(zhì)從冷卻部件入口至出口。

測(cè)試和計(jì)算參照以下標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行：

(1)GB/T 2586—1991 《熱量單位、符號(hào)與換算》；

(2)GB/T 2587—2009 《用能設(shè)備能量平衡通則》；

(3)GB/T 2588—2000 《設(shè)備熱效率計(jì)算通則》；

(4)GB/T 17357—2008 《設(shè)備及管道絕熱層表面熱損失現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定熱流計(jì)法和表面溫度法》；

(5)GB/T 2589—2008 《綜合能耗計(jì)算通則》。

3 測(cè)試結(jié)果與分析

3.1 測(cè)試結(jié)果

3.1.1 物料平衡

根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)，結(jié)合廠方生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，按照國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算處理。所得底吹爐系統(tǒng)的物料平衡見(jiàn)表1、表2。

3.1.2 熱平衡

根據(jù)能量守恒原理，單位時(shí)間內(nèi)供入爐內(nèi)的熱量之和應(yīng)等于從爐子排出各種熱量之和，即：

Qin=Qout

(1)

其中熱收入項(xiàng)包括：入爐物料帶入物理熱、礦物氧化放熱、造渣放熱；熱支出項(xiàng)包括：出爐物料帶走物理熱、化學(xué)離解吸熱、水分蒸發(fā)吸熱、爐體表面散熱、冷卻水帶走熱等。各項(xiàng)計(jì)算方法如下：

(1)入爐物料帶入物理熱：

Qrl=mrlcrl(trl-te)

(2)

其中：mrl為入爐物料質(zhì)量，包括爐料、富氧空氣、漏風(fēng)，kg/h；crl為入爐物料比熱，kJ/(kg·℃)；trl為入爐物料入爐溫度，℃；te為環(huán)境溫度，℃。

(2)礦物氧化放熱：爐料中的礦物會(huì)分解出硫和FeS，兩者與氧氣反應(yīng)放熱：

表1 底吹爐物料平衡表

表2 余熱鍋爐物料平衡表

Qkw=mkwΔHkw

(3)

其中：mkw為硫或FeS的質(zhì)量，kg/h；ΔHkw為硫或FeS的氧化反應(yīng)熱，kJ/kg。

(3)造渣放熱：

Qzz=mzzΔHzz

(4)

其中：mzz為爐渣中Fe2SiO4的質(zhì)量，kg/h；ΔHzz為造渣反應(yīng)熱，kJ/kg。

(4)出爐物料帶走物理熱：

Qcl=mclccl(tcl-te)

(5)

其中：mcl為出爐物料的質(zhì)量，包括銅锍、爐渣、煙氣、煙塵，kg/h；ccl為出爐物料比熱，kJ/(kg·℃)；tcl為出爐物料入爐溫度，℃。

(5)化學(xué)離解吸熱。爐料中黃銅礦(CuFeS2)、黃鐵礦(FeS2)、斑銅礦(Cu5FeS4)受熱離解時(shí)，會(huì)吸收熱量：

Qlj=mljΔHlj

(6)

其中：mlj為某礦物的質(zhì)量，kg/h；ΔHlj為該礦物離解反應(yīng)吸熱，kJ/kg。

(6)水分蒸發(fā)吸熱：

Qsf=msf(hrl-hcl)

(7)

其中：msf為入爐水分的質(zhì)量，包括爐料和空氣中的水分，kg/h；hrl為入爐水分的熱焓，kJ/kg；hcl為出爐水蒸氣的熱焓，kJ/kg。

(7)爐體表面散熱：

Qlt=KA(tlt-te)

(8)

其中：K為爐體與環(huán)境空氣的綜合換熱系數(shù)，kJ/(m2·h·℃)；A為爐體表面積，m2；tlt為爐體表面溫度，℃。

(8)冷卻水帶走熱:

Qlq=mlqclq(tin-tout)

(9)

其中：mlq冷卻水質(zhì)量，kg/h；clq為冷卻水比熱，kJ/(kg·℃)；tin為冷卻水進(jìn)口溫度，℃；tout為冷卻水出口溫度，℃。

根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)與礦物分析結(jié)果，按照以上各項(xiàng)計(jì)算方法，得到底吹爐和余熱鍋爐的熱平衡表如表3、表4所示。

表5為熱工測(cè)試所得的底吹爐系統(tǒng)主要能耗指標(biāo)與經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。

3.2 測(cè)試結(jié)果分析

(1)底吹爐熱收入主要來(lái)自FeS和硫的氧化放熱。爐料中黃銅礦(CuFeS2)、黃鐵礦(FeS2)、斑銅礦(Cu5FeS4)會(huì)分解出FeS和硫。根據(jù)表3，F(xiàn)eS的氧化放熱為151 526.15 MJ/h，占底吹爐熱收入的70.17%；硫的氧化放熱為56 735.30 MJ/h，占底吹爐熱收入的26.28%；二者放熱之和占底吹爐熱收入的96.47%。因此FeS和硫的氧化放熱是實(shí)現(xiàn)底吹爐自熱熔煉的關(guān)鍵。

表3 底吹爐熱平衡表

表4 余熱鍋爐熱平衡表

表5 底吹爐系統(tǒng)主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

注：(1)體積床能率=干混合物料質(zhì)量/底吹爐反應(yīng)區(qū)體積；

(2)熱效率為有效熱支出與所有熱收入之比。有效熱為完成工藝過(guò)程所需的熱量，對(duì)于底吹爐，有效熱包括：銅锍帶走熱、爐渣帶走熱、化學(xué)離解吸熱；對(duì)于余熱鍋爐，有效熱為蒸汽帶走熱；

(3)氧料比為單位時(shí)間內(nèi)入爐氧氣與爐料之比。

(2)底吹爐出口煙氣量大，帶走了大部分熱量。表6給出了底吹爐與其他常見(jiàn)熔煉爐煙氣帶走熱的比例[12]。在這些熔煉工藝中，底吹爐煙氣帶走熱所占的比例最小。然而就底吹爐本身而言，底吹爐出口煙氣體積流量為39 667.26 Nm3/h，質(zhì)量流量為66 480.8 kg/h，占底吹爐物料收入的54.36%，其帶走熱量為62 754.69 MJ/h，占底吹爐熱收入的29.07%，為最大熱支出項(xiàng)。底吹爐出口煙氣量大，溫度高(達(dá)1 083 ℃)，帶走了大量顯熱，從而降低了底吹爐熱效率。因此，一方面要對(duì)煙氣余熱進(jìn)行回收利用；另一方面，要減少底吹爐的漏風(fēng)，如加強(qiáng)排煙口的密封性等，以減少煙氣量。

(3)爐渣帶走熱量較大。通過(guò)元素平衡計(jì)算發(fā)現(xiàn)底吹爐的爐料中有93.50%的Fe進(jìn)入渣中，爐渣質(zhì)量相對(duì)銅锍質(zhì)量較大，且爐渣排出溫度高達(dá)1 256.8 ℃。爐渣帶走熱量為62 236.8 MJ/h，占底吹爐熱收入的28.83%，如何利用爐渣帶走的大量顯熱值得探討。

表6 常見(jiàn)熔煉爐煙氣帶走熱的比例

(4)混合物料中的水分蒸發(fā)吸熱大?；旌衔锪现械乃终舭l(fā)吸熱25 081.43 MJ/h，占總熱收入的11.62%。它與煙氣帶走的熱量之和占總熱收入的40.69%，很大程度上降低了底吹爐熱效率。爐內(nèi)水分主要來(lái)源于混合物料的水分蒸發(fā)，若合理降低混合物料中的水含量，可以減少水分蒸發(fā)帶走熱，提高爐子熱效率。

(5)底吹爐保溫效果較好，但局部表面溫度過(guò)高。底吹爐冷卻水帶走的熱量?jī)H占總熱收入的1.93%，爐子表面散僅占總熱收入的1.74%，爐子保溫效果較好。

通過(guò)熱成像儀發(fā)現(xiàn)底吹爐在沒(méi)有冷卻水套的區(qū)域存在局部表面溫度過(guò)高的現(xiàn)象，溫度最高可達(dá)305 ℃。底吹爐表面溫度過(guò)高現(xiàn)象主要出現(xiàn)在靠近東端頂部的煙氣區(qū)和靠近西端底部的熔體區(qū)。經(jīng)過(guò)分析，這兩個(gè)區(qū)域是煙氣循環(huán)死區(qū)和熔體循環(huán)死區(qū)。爐體局部溫度過(guò)高易導(dǎo)致?tīng)t墻燒損。因此，可長(zhǎng)期對(duì)底吹爐表面溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，找出爐體表面局部溫度長(zhǎng)期過(guò)高的區(qū)域，采取必要措施(如增加鼓風(fēng)機(jī)散熱)來(lái)避免局部表面溫度過(guò)高，減緩此處爐墻燒損。同時(shí)可研究爐內(nèi)熔體和煙氣的流動(dòng)規(guī)律，尋求改善爐內(nèi)流場(chǎng)和溫度場(chǎng)的途徑，盡量避免爐內(nèi)出現(xiàn)流動(dòng)死區(qū)的現(xiàn)象。

(6)余熱鍋爐出口煙氣及水分帶走熱大。余熱鍋爐出口煙氣帶走熱占鍋爐總熱收入的22.70%，煙氣水分帶走熱占17.51%，兩者之和占40.21%，大大降低了余熱鍋爐熱效率。

(7)測(cè)試結(jié)果合理。表1～表4中最大誤差為6.09%，在合理范圍內(nèi)。表7為測(cè)試結(jié)果與測(cè)試前爐子正常生產(chǎn)時(shí)一個(gè)月的統(tǒng)計(jì)平均數(shù)據(jù)對(duì)比。由表7可知，測(cè)試時(shí)爐子處于正常運(yùn)行狀態(tài)，部分指標(biāo)有所改善。其中投料量增加了6.38%，銅锍產(chǎn)量增加了5.70%，銅直收率增加了4.09%，渣率降低了15.44%，煙塵率降低了62.78%。

表7 底吹爐正常生產(chǎn)期與測(cè)試期部分運(yùn)行指標(biāo)對(duì)比

3.3 節(jié)能措施

3.3.1 分析爐料的物相成分實(shí)現(xiàn)最優(yōu)配料

由前面分析可知，F(xiàn)eS和硫的氧化放熱是實(shí)現(xiàn)底吹爐自熱熔煉的關(guān)鍵。FeS和硫主要來(lái)自爐料中黃銅礦(CuFeS2)、黃鐵礦(FeS2)和斑銅礦(Cu5FeS4)這三種礦物的分解。在底吹爐的熱支出項(xiàng)中，這三種礦物的化學(xué)離解吸熱為33 191.60 MJ/h，占總熱收入的15.37%，其中主要是黃銅礦分解吸熱。

如果能明確銅精礦中礦物的物相和含量，計(jì)算其分解的FeS和硫的質(zhì)量，便可在爐料中搭配含F(xiàn)e、S低(或熔煉需要吸收大量外部熱)的銅礦，防止FeS和硫氧化放出熱量的浪費(fèi)，為入爐物料的最優(yōu)配比和入爐氧氣量的精細(xì)控制提供技術(shù)依據(jù)，從而減少生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)成本。

3.3.2 回收爐渣顯熱

目前，世界上對(duì)爐渣大部分使用濕法處理工藝。該技術(shù)簡(jiǎn)便，但容易產(chǎn)生大量污水、腐蝕性蒸汽和粉塵，且污水后期處理困難并浪費(fèi)了大量?jī)?yōu)質(zhì)的爐渣顯熱。

自20世紀(jì)70年代，國(guó)外就開(kāi)始針對(duì)高溫爐渣開(kāi)展能夠回收顯熱的干式處理技術(shù)的研究，其中主要技術(shù)有機(jī)械碎渣法、風(fēng)淬法和離心?；╗13]。而風(fēng)淬法和離心?；ㄗ罹叽硇?，關(guān)于這兩種技術(shù)的研究也最多。

俄羅斯Ural 鋼鐵研究院開(kāi)發(fā)了一套如圖2所示的風(fēng)淬余熱回收系統(tǒng)，并已投入了工業(yè)化階段的使用。這套裝置主要由一個(gè)振動(dòng)床和一個(gè)氣- 固流化床構(gòu)成。液態(tài)鋼渣由渣罐倒入中間漏斗，通過(guò)其底部噴嘴的高速氣流淬散，并送入余熱回收室，在回收室內(nèi)形成顆粒，并收集輻射熱。然后通過(guò)振動(dòng)床沿著斜面抖入流化床繼續(xù)進(jìn)行余熱收集。振動(dòng)床的作用主要是防止高溫渣粒在傾入流化床之前再次粘結(jié)而影響?；Ч?。最終經(jīng)過(guò)流化床的渣粒由鏈板運(yùn)輸機(jī)運(yùn)至儲(chǔ)料斗。這套系統(tǒng)回收到的高爐爐渣可以被冷卻至160～200 ℃[14-15]。

圖2 風(fēng)淬余熱回收系統(tǒng)

澳大利亞CSIRO的研究組成員研發(fā)了一套轉(zhuǎn)碟法余熱回收系統(tǒng)[16-20]。該系統(tǒng)分為兩個(gè)階段：首先，通過(guò)轉(zhuǎn)盤(pán)甩出的熔渣被上升氣流擊碎、?；?，溫度下降到約900 ℃，并形成玻璃體結(jié)構(gòu)。破碎的渣粒落入位于其下的填充床，進(jìn)行余熱回收。整個(gè)流程過(guò)后，渣粒可被冷卻到約50 ℃，而熱空氣溫度超過(guò)600 ℃。該系統(tǒng)余熱回收效率可達(dá)58.5%。截至2010年，該系統(tǒng)已經(jīng)完成試驗(yàn)并進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用階段。

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)爐渣熱量的有效利用還處于研究階段，尚未實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，且研究大多針對(duì)鋼鐵行業(yè)。因此可在了解底吹爐銅渣物化特性的基礎(chǔ)上，研究其降溫凝固特性、?；匦缘龋⒖家延醒芯窟M(jìn)行銅渣余熱回收試驗(yàn)和余熱回收裝置的研發(fā)。

3.3.3 合理降低混合物料含水率

測(cè)試的混合物料含水率為6.78%，在其他量(入爐和出爐物料量、出口煙氣溫度等)不變的情況下，含水率每降低0.5%，混合物料水分蒸發(fā)吸熱量就減少1 851.03 MJ/h。這部分水分在余熱鍋爐被回收的熱量為616.07 MJ/h，因而整個(gè)底吹爐系統(tǒng)熱支出減少1 234.96 MJ/h，折標(biāo)煤42.14 kg/h。若將節(jié)省的熱量轉(zhuǎn)換為有效熱，底吹爐熱效率會(huì)相應(yīng)提高，同時(shí)余熱鍋爐熱效率也隨之提高。當(dāng)混合物料含水率降低到2.78%時(shí)，整個(gè)底吹爐系統(tǒng)熱支出節(jié)省熱量9 879.66 MJ/h，折標(biāo)煤337.09 kg/h(未考慮烘干經(jīng)濟(jì)成本)。若將節(jié)省的熱量轉(zhuǎn)換為有效熱，則底吹爐熱效率可提高到61.01%，同時(shí)余熱鍋爐熱效率可提高到69%。但混合物料含水率過(guò)低會(huì)導(dǎo)致烘干經(jīng)濟(jì)成本過(guò)高，且在物料運(yùn)輸過(guò)程中易產(chǎn)生揚(yáng)塵問(wèn)題。因此要綜合考慮生產(chǎn)實(shí)際和經(jīng)濟(jì)成本等因素，經(jīng)濟(jì)合理的降低物料含水率。

3.3.4 回收低溫?zé)煔庥酂?/p>

在回收低溫?zé)煔庥酂嶂?，?yīng)定期檢修鍋爐管道，減少鍋爐漏風(fēng)，從而減少鍋爐出口煙氣量，減少煙氣和水分帶走熱，提高余熱鍋爐熱效率。而在回收利用這部分熱損失方面，在考慮與電收塵、制酸系統(tǒng)配套和經(jīng)濟(jì)成本的前提下，可優(yōu)先考慮將煙氣的余熱回收利用于生產(chǎn)工藝過(guò)程本身，如加熱烘干混合物料、預(yù)熱鍋爐給水、入爐空氣和氧氣。這樣，將煙氣中的余熱直接帶回生產(chǎn)工藝過(guò)程中，直接降低了生產(chǎn)工藝過(guò)程的能耗，比通過(guò)轉(zhuǎn)換裝置來(lái)回收煙溫的余熱更為經(jīng)濟(jì)和有效。如得不到以上利用時(shí)，再考慮通過(guò)熱泵或溴化鋰制冷機(jī)進(jìn)行冬季采暖，夏季制冷等其他利用方式。此外，有機(jī)郎肯循環(huán)發(fā)電技術(shù)(ORC)也是一條具有應(yīng)用價(jià)值的節(jié)能途徑。

3.3.5 進(jìn)一步提高數(shù)字化程度

底吹爐控制系統(tǒng)能對(duì)進(jìn)出固體物料(混合物料、銅锍、渣)的質(zhì)量、空氣和氧氣的流量、蒸汽質(zhì)量和溫度等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制。生產(chǎn)過(guò)程中的加料量、送氧量控制均通過(guò)DCS系統(tǒng)完成。此外，底吹爐的爐料、銅锍、爐渣等物料都采用X熒光進(jìn)行快速分析，用于指導(dǎo)生產(chǎn)。但不足的地方是，對(duì)某些與生產(chǎn)相關(guān)的參數(shù)(如加入爐內(nèi)的三種銅精礦的質(zhì)量、銅锍溫度、煙氣成分和溫度等)未能進(jìn)行監(jiān)測(cè)計(jì)量，且對(duì)爐料的元素分析不包括氧元素，不能獲得礦料中用于氧化放熱的物相成分和Cu、Fe氧化物等的物相成分，這些關(guān)系到底吹爐內(nèi)熔煉過(guò)程的熱平衡和耗氧量。因此底吹爐的數(shù)字化程度還可以進(jìn)一步提高。

4 結(jié)論

(1)通過(guò)熱平衡測(cè)試和計(jì)算，銅氧氣底吹爐的熱效率為54.17%，底吹余熱鍋爐的熱效率為58.53%，整個(gè)系統(tǒng)的熱效率為77.46%。系統(tǒng)的熱效率較高，但可通過(guò)采取相關(guān)措施進(jìn)一步提高熱效率。

(2)銅氧氣底吹爐系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)可進(jìn)一步加強(qiáng)完善：增加對(duì)三種入爐銅精礦質(zhì)量的分別計(jì)量；實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)氧氣、空氣、銅锍、爐渣等的溫度；實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)出口煙氣流量、溫度和成分；建立空氣和氧氣的實(shí)時(shí)調(diào)控系統(tǒng)。

(3)可進(jìn)一步對(duì)銅氧氣底吹爐進(jìn)行研究和優(yōu)化，如研究其內(nèi)部熔池的物理場(chǎng)分布以及不同層次的氧勢(shì)及熔體成分，進(jìn)而研究熔池反應(yīng)機(jī)理和流場(chǎng)流動(dòng)規(guī)律，以求更好地控制熔池溫度、爐體表面溫度、銅锍品位、渣含銅、爐渣Fe/SiO2等參數(shù)。開(kāi)發(fā)不同銅礦種類、氧料比、爐溫等條件下銅锍品位和產(chǎn)量、渣量、爐渣Fe/SiO2的預(yù)測(cè)系統(tǒng)。在上述基礎(chǔ)上，結(jié)合歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)底吹爐專家控制系統(tǒng)。

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Thermal Diagnosis and Energy-saving Measures on Copper Oxygen-enriched Bottom-blown Furnace System

WU Ke，BIAN Rui-min，YAN Hong-jie，CUI Zhi-xiang，WANG Zhi

By conducting thermal testing for copper oxygen-enriched bottom-blown furnace system, the situation of energy utilization，thermal efficiency and other related test results of the system are analyzed and diagnosed in the paper. It shows that the thermal efficiency of copper oxygen-enriched bottom-blown furnace is 54.17%, the thermal efficiency of waste heat boiler is 58.53%, and the thermal efficiency of whole system is 77.46% respectively. Then, the specific measures for copper oxygen-enriched bottom-blown furnace system, such as achieving the optimal way of mixing mineral aggregate, saving energy, improving thermal efficiency, and others are raised finally in the paper based on the analyzed result of thermal testing.

copper oxygen-enriched bottom-blown furnace； thermal diagnosis； thermal efficiency； energy-saving measures

2015-03-28

吳克(1989—)，男，湖南長(zhǎng)沙人，碩士在讀，研究方向：有色金屬冶煉工藝設(shè)備。

TF811

A

1008-5122(2015)04-0021-07