羅雄波

(銅陵有色設(shè)計(jì)研究院， 安徽 銅陵 244000)

銅陵有色集團(tuán)金冠銅業(yè)分公司座落于銅陵市循環(huán)經(jīng)濟(jì)工業(yè)園，公司采用世界先進(jìn)的閃速熔煉、閃速吹煉、永久不銹鋼陰極法電解、動(dòng)力波洗滌、兩轉(zhuǎn)兩吸、“非衡態(tài)”高濃度制酸等銅冶煉工藝處理銅精礦。目前，閃速熔煉爐、閃速吹煉爐和冰銅磨等系統(tǒng)生產(chǎn)設(shè)備使用的燃料為天然氣。

天然氣作為一種清潔能源，現(xiàn)在被很多銅冶煉企業(yè)應(yīng)用到火法生產(chǎn)工藝上，但隨著化石燃料特別是石油、天然氣的日趨緊張，以及環(huán)保形勢的嚴(yán)峻，化石燃料的價(jià)格一路攀升，對于像銅陵這樣遠(yuǎn)離能源產(chǎn)地的城市，氣源的穩(wěn)定性差，天然氣價(jià)格不斷上漲，生產(chǎn)成本面臨逐步上升的局面。自2012年4月該公司開始使用天然氣進(jìn)行試生產(chǎn)以來，當(dāng)?shù)靥烊粴鈿庠淳鸵呀?jīng)呈現(xiàn)不足，無法保證生產(chǎn)需要，同時(shí)天然氣的使用成本也在不斷提高。因此，尋找替代燃料降低燃料的運(yùn)行成本，同時(shí)，保證對環(huán)境的影響最小化，提升企業(yè)競爭力，是該公司甚至每個(gè)銅冶煉企業(yè)都需面對的問題。

而與該公司同在銅陵循環(huán)經(jīng)濟(jì)園區(qū)的銅陵新亞星焦化有限公司二期投產(chǎn)后將可提供低熱值焦?fàn)t煤氣，氣量約4×104m3/h，有足夠氣量的焦?fàn)t煤氣滿足本公司閃速熔煉爐和閃速吹煉爐的生產(chǎn)需求。而且，焦?fàn)t煤氣的來源穩(wěn)定，價(jià)格較低，可以有效降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的競爭力。

為此，該公司擬對閃速熔煉爐、閃速吹煉爐系統(tǒng)進(jìn)行改造，保留原天然氣燃燒系統(tǒng)作為備用，增加焦?fàn)t煤氣燃燒系統(tǒng)，焦?fàn)t煤氣作為正常生產(chǎn)和保溫點(diǎn)檢用燃料。

1 工藝簡介

銅閃速熔煉- 閃速吹煉技術(shù)是美國肯尼柯特公司和芬蘭奧托昆普公司合作開發(fā)的清潔煉銅工藝。“雙閃”工藝自從1995年肯尼柯特銅冶煉廠投產(chǎn)以來,經(jīng)過十多年的發(fā)展和完善,已成為穩(wěn)定可靠的銅冶煉技術(shù)。其主要優(yōu)點(diǎn)是吹煉過程得到強(qiáng)化,煙氣量小而且穩(wěn)定,SO2濃度高，煙氣制酸設(shè)備體積小,系統(tǒng)密閉,無SO2低空污染，熔煉爐和吹煉爐獨(dú)立作業(yè),互相不干擾,系統(tǒng)作業(yè)率高[1]。

閃速爐由反應(yīng)塔、沉淀池和上升煙道三部分組成。

閃速熔煉爐的流程為：含水低于0.3%的干銅精礦輸送至爐頂料倉與煙塵等物料混合后，通過風(fēng)動(dòng)溜槽加入精礦噴嘴內(nèi)與工藝風(fēng)混合。混合好的物料通過噴嘴噴入反應(yīng)塔，在反應(yīng)塔的高溫空間內(nèi)迅速完成熔煉反應(yīng)。反應(yīng)生成的熔體在沉淀池內(nèi)分離成冰銅和爐渣，冰銅定期通過溜槽流入冰銅?；b置和脫水裝置，爐渣定期通過渣溜槽流入渣包。產(chǎn)生的高溫?zé)煔鈴纳仙裏煹琅湃胗酂徨仩t回收余熱后送制酸工序[2]。

閃速吹煉爐的流程為：由熔煉工段產(chǎn)出的含水約4%～6%的濕冰銅先輸送到冰銅磨系統(tǒng)進(jìn)行干燥和研磨。其中磨碎至粒度小于74 μm，含水低于0.3%的合格冰銅被氣流帶出磨機(jī)，進(jìn)入布袋，收集后送至吹煉爐爐頂料倉。合格冰銅與其它物料通過風(fēng)動(dòng)溜槽一起送入閃速吹煉爐冰銅噴嘴中與工藝風(fēng)混合?；旌虾玫奈锪贤ㄟ^噴嘴噴入反應(yīng)塔，在反應(yīng)塔的高溫空間內(nèi)迅速完成吹煉反應(yīng)。反應(yīng)生成的熔體在沉淀池內(nèi)分離成粗銅和爐渣。粗銅定期通過溜槽流入陽極爐內(nèi)進(jìn)行精煉，爐渣定期通過渣溜槽流入渣包，產(chǎn)生的高溫?zé)煔鈴纳仙裏煹琅湃胗酂徨仩t，回收余熱后送制酸工序。

2 天然氣使用現(xiàn)狀及問題分析

目前，在閃速熔煉爐的精礦噴嘴中央和閃速吹煉爐的冰銅噴嘴中央均設(shè)有天然氣燒嘴或油槍。同時(shí)，在閃速熔煉爐和閃速吹煉爐的反應(yīng)塔頂部的噴嘴周圍均均勻設(shè)置了3個(gè)天然氣燒嘴，在反應(yīng)熱量不足的情況下補(bǔ)燒天然氣。

自2012年4月該公司開始使用天然氣進(jìn)行試生產(chǎn)以來，當(dāng)?shù)靥烊粴鈿庠淳统尸F(xiàn)不足，無法保證生產(chǎn)需要，同時(shí)天然氣的使用成本也較高。所以，尋找替代燃料，降低燃料的運(yùn)行成本，同時(shí)，保證對環(huán)境影響的最小化，提升企業(yè)的競爭力，是金冠公司現(xiàn)在面臨的課題。

3 焦?fàn)t煤氣方案的探討

3.1 焦?fàn)t煤氣方案的可行性

焦?fàn)t煤氣與天然氣一樣屬于氣體燃料，但是焦?fàn)t煤氣的價(jià)格更便宜，燃燒產(chǎn)物對空氣污染低，且氣源點(diǎn)的位置在本公司附近，因此，供熱燃料由天然氣改為焦?fàn)t煤氣在理論上是可行的。

3.2 改造內(nèi)容

本項(xiàng)目主要改造內(nèi)容包括：

(1)閃速熔煉爐及閃速吹煉爐新增焦?fàn)t煤氣燃燒系統(tǒng)，主要包括焦?fàn)t煤氣燃燒系統(tǒng)及相應(yīng)的管道。

焦?fàn)t煤氣燒嘴位置與原天然氣燒嘴安裝位置一致。焦?fàn)t煤氣燒嘴利用原天然氣助燃風(fēng)和燒嘴風(fēng)管，只將燒嘴中原天然氣噴槍更換成焦?fàn)t煤氣噴槍，同時(shí)將燒嘴端部面板更換成利于更換噴槍的新面板。通過本次改造，即能滿足焦?fàn)t煤氣的使用，也能滿足天然氣的使用，且兩種氣源間可靈活切換。焦?fàn)t煤氣燒嘴通過新增燒嘴閥組進(jìn)行控制。

(2)閃速熔煉爐及閃速吹煉爐的溜槽燒嘴的用氣管道在車間煤氣總管道上預(yù)留接口。

3.3 冶金計(jì)算

為便于分析焦?fàn)t煤氣替代后的可行性，對爐體熱平衡及產(chǎn)生煙氣進(jìn)行理論計(jì)算。

3.3.1 基礎(chǔ)資料

(1)主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 主要設(shè)計(jì)參數(shù)表

(2)焦?fàn)t煤氣成分及熱值見表2，溫度按25 ℃計(jì)。

(3)單位體積焦?fàn)t煤氣燃燒參數(shù)見表3，助燃風(fēng)溫度按25 ℃計(jì)。

3.3.2 計(jì)算結(jié)果

3.3.2.1 熱平衡計(jì)算結(jié)果

(1)天然氣作燃料時(shí)，熱平衡計(jì)算結(jié)果見表4、表5。

(2) 焦?fàn)t煤氣作燃料時(shí)，熱平衡計(jì)算結(jié)果見表6、表7。

3.3.2.2 煙氣計(jì)算結(jié)果

閃速熔煉、閃速吹煉爐出口煙氣計(jì)算結(jié)果見表8。

表2 焦?fàn)t煤氣成分及熱值表

表3 單位體積焦?fàn)t煤氣燃燒參數(shù)表

表4 閃速熔煉爐總熱平衡表

表5 閃速吹煉爐總熱平衡表

3.3.2.3 燃料對比

閃速熔煉、閃速吹煉爐使用燃料對比見表8，出口煙氣條件見表9。

3.3.2.4 燃燒風(fēng)量計(jì)算

由表8和表9，可以得到：

改造前全年理論需助燃風(fēng)量為：

909.6×104×10=9 096×104m3

改造后全年理論需助燃風(fēng)量為：

1 082.5×104×5=5 412.5×104m3

改造后系統(tǒng)所需助燃風(fēng)量可以得到保證，同時(shí)系統(tǒng)內(nèi)不增加設(shè)備，阻力損失基本不變，因此，項(xiàng)目改造后原助燃風(fēng)機(jī)可以滿足使用需求。

3.4 結(jié)果分析

從冶金計(jì)算中可以看出：

(1)閃速爐熔煉爐內(nèi)溫度主要由精礦產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)熱提供，燃料的使用僅作用為輔助補(bǔ)充熱能；

(2)采用焦?fàn)t煤氣替代天然氣后，爐體熱平衡可行；

(3)采用焦?fàn)t煤氣替代天然氣后，燃料使用量及煙氣的產(chǎn)生量與改造前相差不大，因此，對收塵系統(tǒng)和硫酸系統(tǒng)的影響可以忽略不計(jì)。

因此，采用焦?fàn)t煤氣替代天然氣后，對生產(chǎn)幾乎無影響。

表6 閃速熔煉爐總熱平衡表

表7 閃速吹煉爐總熱平衡表

表8 燃料對比表

表9 出口煙氣條件表

4 改造的效果

4.1 節(jié)能效益分析

由表8可知：改造前，天然氣的全年理論燃燒耗氣量為：909.6×104m3，

改造后，焦?fàn)t煤氣的全年理論燃燒耗氣量為：1 082.5×104m3。

計(jì)算可得，天然氣消耗(包含天然氣的全年理論燃燒耗氣量和天然氣理論需要的助燃空氣耗氣量)合計(jì)折合標(biāo)煤(當(dāng)量)：

909.6×104×1.2143÷103+9 096×104×0.04÷103=1.5×104(t標(biāo)煤)

焦?fàn)t煤氣消耗(包含焦?fàn)t煤氣的全年理論燃燒耗氣量和焦?fàn)t煤氣理論需要的助燃空氣耗氣量)合計(jì)折合標(biāo)煤(當(dāng)量)：

1 082.5×104×0.6÷103+5 412.5×104×0.04÷103=0.9×104(t標(biāo)煤)

由此可見，采用焦?fàn)t煤氣與天然氣后，可節(jié)約能源約合0.6×104t標(biāo)煤。

4.2 環(huán)保效益分析

從表3中可以看出，焦?fàn)t煤氣與天然氣一樣，燃燒后的主要產(chǎn)物為氮?dú)?、水、二氧化碳，且由于焦?fàn)t煤氣中碳含量要低于天然氣中碳含量，所以焦?fàn)t煤氣產(chǎn)生的二氧化碳要低于同體積下的天然氣。焦?fàn)t煤氣中以CnHm形式存在的高碳鏈可燃成分所占的比例小，高溫下CnHm裂解產(chǎn)生的碳黑少，且絕大部分以CO2的形式進(jìn)入煙道[3]，對操作環(huán)境和環(huán)保的影響小，符合國家低碳環(huán)保的能源環(huán)保政策，有利于提升企業(yè)競爭力。

由表1和表7中數(shù)據(jù)計(jì)算可得，

天然氣燃燒時(shí)全年CO2理論排放總量：

64 500×0.056×345×24×0.95+27 500×0.037 4×345×24×0.90=3 607.6×104m3

約合7.1萬t CO2。

焦?fàn)t煤氣燃燒時(shí)全年CO2理論排放總量：

61 829×0.055 9×345×24×0.95+23 125×0.026 7×345×24×0.90=3 178.8×104m3

約合6.3萬t CO2。

由計(jì)算結(jié)果可知，采用焦?fàn)t煤氣與天然氣相比，焦?fàn)t煤氣少排放0.8萬t CO2，減少CO2排放約11%。

4.3 經(jīng)濟(jì)效益分析

計(jì)算依據(jù)如下：

(1)天然氣價(jià)格為3.15元/m3，焦?fàn)t煤氣價(jià)格為0.83元/m3，均為含稅價(jià)；

(2)改造前后燃料消耗量由表8計(jì)算可得：

天然氣年消耗成本：

909.6×104×3.15=2 865.24萬元

焦?fàn)t煤氣年消耗成本：

1 082.5×104×0.83=898.475萬元

由此可知，采用焦?fàn)t煤氣替代天然氣后可以節(jié)約成本約1 967萬元。

5 結(jié)語

用焦?fàn)t煤氣代替天然氣作為燃料,可以有效地發(fā)揮地區(qū)資源的優(yōu)勢,節(jié)約能源，降低生產(chǎn)成本,保護(hù)環(huán)境，同時(shí)作為一種清潔能源，它能帶給企業(yè)更好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 余亮良,施群,袁劍平.“雙閃”銅冶煉工藝研究進(jìn)展[J].有色冶金設(shè)計(jì)與研究，2013，34(1):14-16.

[2] 《重有色金屬冶煉設(shè)計(jì)手冊》編輯部.重有色金屬冶煉設(shè)計(jì)手冊.銅鎳卷[M].北京：冶金工業(yè)出版社， 2012.

[3] 康敬樂.城市煤氣在銅精煉反射爐的應(yīng)用實(shí)踐[J].中國有色冶金，2008(2):20-23.