李昱民，王國(guó)珍

（江西銅業(yè)股份有限公司貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

銅冶煉主要分熔煉、吹煉和精煉三個(gè)工序。陽(yáng)極爐為陽(yáng)極銅精煉的冶金爐，產(chǎn)出的高溫?zé)煔饨?jīng)降溫、除塵和脫硫等過程達(dá)標(biāo)后排放。陽(yáng)極爐工序自采用稀氧燃燒技術(shù)后，煙氣量大幅減小。原設(shè)計(jì)的陽(yáng)極爐余熱鍋爐體積龐大、散熱量較多、產(chǎn)汽量很少，同時(shí)余熱鍋爐為強(qiáng)制循環(huán)，熱水循環(huán)泵的運(yùn)行還要消耗大量電能，因此能耗高，經(jīng)濟(jì)效益差，已不再適用。多數(shù)銅冶煉企業(yè)改用噴霧冷卻器、兌冷風(fēng)加板式換熱器、小型余熱鍋爐等方式來進(jìn)行降溫，但陽(yáng)極爐煙氣熱能［1］均未得到合理的回收利用。

2 陽(yáng)極爐煙氣特性分析

陽(yáng)極爐精煉為周期性作業(yè)，分為加料期、氧化期、還原期、澆鑄期四個(gè)周期。每個(gè)周期持續(xù)時(shí)間不同，單爐周期為12h。陽(yáng)極爐各周期排出的煙氣量、煙氣溫度和煙氣成分各有不同。氧化、還原階段煙氣中含有一定的半熔融顆粒及未燃燒干凈的炭黑。陽(yáng)極爐余熱鍋爐入口的煙氣［2］參數(shù)見表1。從表1的數(shù)據(jù)可以看出，陽(yáng)極爐煙氣量小、煙氣溫度高、含塵量大、氧化期含硫高、煙氣溫度隨不同周期的波動(dòng)大。

表1 陽(yáng)極爐余熱鍋爐入口的煙氣參數(shù)

3 自然循環(huán)鍋爐運(yùn)行情況概述

3.1 前期論證

陽(yáng)極爐煙氣處理是一個(gè)系統(tǒng)工程，設(shè)備設(shè)計(jì)人員應(yīng)與工藝設(shè)計(jì)人員加強(qiáng)溝通和配合，充分地掌握工藝需求，綜合考慮整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性。選擇設(shè)備時(shí)，首先要結(jié)合后序工況來滿足工藝要求，同時(shí)要能夠合理地應(yīng)用從煙氣中回收的熱能，盡量減少水資源損失，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的。

為適應(yīng)現(xiàn)有的精煉工藝，貴溪冶煉廠陽(yáng)極爐工序通過分析現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)際并結(jié)合陽(yáng)極爐煙氣特性、參數(shù)進(jìn)行了可行性論證分析［3］，決定對(duì)現(xiàn)有陽(yáng)極爐余熱鍋爐進(jìn)行改造。拆除原有一次、二次燃燒室，在一次、二次燃燒室的基礎(chǔ)上建立陽(yáng)極爐自然循環(huán)鍋爐。

陽(yáng)極爐自然循環(huán)鍋爐結(jié)構(gòu)緊湊、散熱量小，可以使陽(yáng)極爐煙氣熱能得到充分的回收利用，提高了余熱鍋爐的熱回收效率和經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 工作原理

余熱鍋爐設(shè)計(jì)為膜式水冷壁結(jié)構(gòu)，具有降溫降塵回收余熱的效果。高溫?zé)煔膺M(jìn)入余熱鍋爐后，通過輻射釋放出來的熱量被水冷壁吸收，溫度迅速降低。在煙氣與水冷壁換熱過程中，煙氣攜帶的半熔融狀態(tài)顆粒會(huì)冷卻到凝固點(diǎn)溫度以下并沉降下來。

陽(yáng)極爐自然循環(huán)余熱鍋爐設(shè)計(jì)為QC6.2/1250-4-1.27型。結(jié)構(gòu)上采用上鍋筒與左右膜式水冷壁管及底盤組成燃燒室。上下鍋筒間布置有對(duì)流管束，以保證煙氣良好的換熱效果。余熱煙氣由前墻進(jìn)煙口進(jìn)入燃燒室，與水冷壁輻射換熱后進(jìn)入對(duì)流管束區(qū)。對(duì)流管束被隔成三個(gè)區(qū)域，可使煙氣在對(duì)流管束得到充分對(duì)流換熱。經(jīng)對(duì)流管束充分對(duì)流換熱后的煙氣通過煙管進(jìn)入布袋收塵器［4］，最后由排煙風(fēng)機(jī)送至車間有機(jī)胺脫硫系統(tǒng)［5］。煙氣在有機(jī)胺脫硫系統(tǒng)得到進(jìn)一步凈化，并在達(dá)標(biāo)后排入大氣。陽(yáng)極爐自循環(huán)余熱鍋爐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見圖1，設(shè)計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo)見表2。

圖1 陽(yáng)極爐自然循環(huán)余熱鍋爐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

3.3 性能特點(diǎn)

陽(yáng)極爐自然循環(huán)余熱鍋爐主要具有以下特點(diǎn)：

（1）采用雙鍋筒縱向布置，結(jié)構(gòu)緊湊、便于安裝，基建投資少；

（2）供水、供汽、進(jìn)煙氣操作簡(jiǎn)單、方便，易于管理；

（3） 升溫、升壓快，短時(shí)間內(nèi)即可達(dá)到工作壓力；

（4）配套輔機(jī)、儀表、閥門齊全，性能好，接通水和電即可運(yùn)行。

3.4 在銅冶煉應(yīng)用中出現(xiàn)的問題

熔煉車間陽(yáng)極爐精煉工序配有630t回轉(zhuǎn)式陽(yáng)極爐和1套能力為110t/h的雙圓盤澆鑄機(jī)。陽(yáng)極爐余熱鍋爐于2021年12月改造成自然循環(huán)鍋爐后整體運(yùn)行平穩(wěn)，但也存在一些缺陷。

自然循環(huán)鍋爐運(yùn)行過程中存在的主要問題有：

（1）由于鍋爐燃燒室空間偏小，煙氣中帶有的半熔融顆粒在燃燒室區(qū)域內(nèi)不能完全沉降，導(dǎo)致鍋筒煙氣入口處的對(duì)流管束容易結(jié)塊，從而增大陽(yáng)極爐爐膛負(fù)壓的工作負(fù)荷，進(jìn)而導(dǎo)致陽(yáng)極爐煙氣不暢通，鍋筒積灰。鍋筒內(nèi)積灰多，會(huì)使蒸汽產(chǎn)量隨之減少。

表2 陽(yáng)極爐自然循環(huán)余熱鍋爐設(shè)計(jì)主要技術(shù)指標(biāo)

（2）鍋爐本體直接與陽(yáng)極爐Z型煙道相連，沒有設(shè)計(jì)旁通煙道。鍋爐故障時(shí)，陽(yáng)極爐爐膛輻射熱源無(wú)法切斷。

（3）鍋筒冷卻時(shí)間受爐膛輻射熱影響，檢修時(shí)間偏長(zhǎng)，影響工序生產(chǎn)節(jié)奏。

3.5 解決方案

結(jié)合陽(yáng)極爐工序生產(chǎn)實(shí)際，制定以下措施來解決鍋爐在生產(chǎn)應(yīng)用中遇到的問題：

（1）擴(kuò)大鍋爐燃燒室底盤灰斗空間，使煙氣中的半熔融顆粒能夠更充分地冷卻、沉降。

（2）在鍋筒煙氣入口處增設(shè)吹灰裝置，用以在氧化、還原作業(yè)后對(duì)鍋筒煙氣入口的對(duì)流管束進(jìn)行吹掃，避免對(duì)流管束之間積灰結(jié)塊。

（3）利用陽(yáng)極爐爐體檢修時(shí)段把鍋爐燃燒室加長(zhǎng)，并在燃燒室內(nèi)增設(shè)煙氣擋墻，使煙氣在燃燒室內(nèi)成S型流向，保證煙氣中含有的半熔融顆粒在進(jìn)入鍋筒對(duì)流管束前沉降80%以上。

（4）利用陽(yáng)極爐爐體檢修時(shí)段在鍋爐燃燒室頂部增設(shè)旁通煙管，并在鍋筒煙氣入口前端增設(shè)水冷閘板。

陽(yáng)極爐自然循環(huán)鍋爐改造后的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見圖2，改造后的實(shí)物圖見圖3

圖2 陽(yáng)極爐自然循環(huán)鍋爐改造后結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

3.6 使用效果

貴溪冶煉廠陽(yáng)極爐自然循環(huán)鍋爐于2021年12月下旬改造后，整體運(yùn)行平穩(wěn)，操作更簡(jiǎn)易，未出現(xiàn)鍋爐設(shè)備故障。陽(yáng)極爐鍋爐產(chǎn)蒸汽量統(tǒng)計(jì)表見表3。

圖3 陽(yáng)極爐自然循環(huán)鍋爐改造后實(shí)物圖

陽(yáng)極爐余熱鍋爐改造前產(chǎn)蒸汽量很少，同時(shí)由于余熱鍋爐為強(qiáng)制循環(huán)，熱水循環(huán)泵的運(yùn)行還要消耗大量電能。2臺(tái)余熱鍋爐改造成自然循環(huán)鍋爐后每月總計(jì)產(chǎn)蒸汽量在1500t以上。通過對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，改造后的自然循環(huán)鍋爐經(jīng)濟(jì)效益更好。

表3 陽(yáng)極爐鍋爐產(chǎn)蒸汽量統(tǒng)計(jì)表 t

4 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前，有多種技術(shù)途徑可以實(shí)現(xiàn)銅冶煉的煙氣熱能回收，但是由于受到地域、企業(yè)規(guī)模、生產(chǎn)工藝等方面的影響，不同的銅冶煉企業(yè)煙氣熱能回收的技術(shù)［6］存在一定的差異性。少數(shù)銅冶煉企業(yè)的余熱煙氣通過空氣冷卻器或冷卻塔等方式直接排入大氣，不僅會(huì)造成大氣污染，而且還會(huì)造成資源浪費(fèi)。

使用自然循環(huán)鍋爐對(duì)陽(yáng)極爐煙氣熱能回收再利用，可以將陽(yáng)極爐高溫?zé)煔鉄崮苻D(zhuǎn)化為低壓蒸汽，達(dá)到節(jié)能和環(huán)保的雙重效果，在銅冶煉行業(yè)內(nèi)具有先進(jìn)性和示范性。