[回转式阳极炉稀氧燃烧技术的生产实践]阳极炉炼铜工艺

　 回转式阳极炉稀氧燃烧技术的生产实践

　作者简介：苏伟（1975～），男，冶炼中级工程师，现从事铜冶炼技术工作。

　（白银有色集团股份有限公司铜业公司，**白银 730900）

　【摘要】：氧气作为铜冶炼工艺中一种不可缺少的气体，已经广泛应用在了各种熔炼、吹炼与精炼工艺中。氧气的作用在于强化熔炼与吹炼过程，降低燃烧过程中的燃料消耗，减少烟尘与污染物排放。本文介绍了普莱克斯稀氧燃烧技术（DOC），该技术已成功应用于阳极炉精炼，不但能节约大量燃料，而且由于燃烧过程没有氮气参与，可以大大降低烟气量（达70%以上）与污染物的排放，特别是CO2与NOx的排放。本文阐述了该技术在回转式阳极炉的生产实践及技术经济分析，通过分析比较认为，回转式阳极炉采用普莱克斯稀氧燃烧技术的经济效益与环保效益非常可观，是一项成熟而又先进的技术，在铜冶炼火法精炼生产中具有很好的应用前景。

　【关键词】：普莱克斯；回转式阳极炉；稀氧燃烧；经济效益；优缺点

　一、前言

　白银有色集团股份有限公司作为国内知名的大型有色冶金企业，目前有2台300吨回转式阳极炉，回转式阳极炉在没采用稀氧燃烧技术前，生产与烤炉都需要空气-天然气燃烧技术提供热量，空气-天然气的燃烧技术能耗高、污染大，已经不适应现代铜冶炼的生产需求。一是天然气的市场价格不断攀高，过大的能源消耗造成生产成本上升；二是随着国家对安全环保生产要求的提高与铜业公司生产能力的不断扩大，空气-天然气的燃烧技术已成为影响火法系统**极精炼的一个瓶颈。而实现清洁、环保、高效、节能的生产，已成为现代铜冶炼企业的当务之急。基于以上原因，铜业公司将回转式阳极炉空气-天然气燃烧技术改造成为普莱克斯稀氧燃烧技术，该技术已在2台300吨回转式阳极炉投入使用。稀氧燃烧技术作为一项冶炼新技术，在铜冶炼过程中发挥节能、降耗、减排的目的，目前已在许多同行业中得以广泛应用。

　二、稀氧燃烧技术特点

　稀氧燃烧技术降低了氧-燃火焰的峰值温度，高速氧气与燃料射流在混合燃烧前，将卷吸大量的炉膛烟气，大大降低了燃烧火焰温度，使燃烧更加均匀，该技术在节约燃料的同时，由于燃烧过程消除了氮气，因而可以大大降低烟气量（达70%以上）与污染物的排放，特别是CO2与NOx的排放。其基本概念是：燃料与经过稀释的热的氧化剂（氧气组分在2%-10%）进行反应，从而产生低火焰峰值温度的“反应区域”。氧气与燃料由不同喷嘴射入炉内，高速氧气与燃料射流因为与炉内气体发生卷吸作用而被稀释，然后再彼此混合燃烧。此技术具有非常好的温度均匀性与极低的NOx排放，且对加热工艺与炉体耐火材料没有任何不良影响。

　三、使用情况及经济效益分析

　铜业公司回转式阳极炉稀氧燃烧使用天然气作为燃料，氧气作为助燃，氧气流量可根据预先设定的氧-燃比进行自动调节，稀氧燃烧基本参数如下：

　阳极炉容量：                              300吨

　天然气耗量：          300（Nor）～350（Max）Nm3//h

　(原空气-天然气燃烧天然气耗量：       988N Nm3/h)

　天然气压力(阀组前)：                 0.3 Mpa(g)

　氧气燃烧需要天然气喷人速度范围：  133m/s～290 m/s

　氧气流量：             500（Nor）～600（Max）Nm3//h

　氧气压力(阀组前)：      0.24MPa(g)

　氧气燃烧氧气喷人速度范围：           200m/s～250

　助燃氧气浓度（%）：                          99%

　氧-天然气比                               2：1

　阳极炉烟气温度：                   1250～1450℃

　回转式阳极炉使用稀氧燃烧技术后，显现出升温速度快、冷料处理量大、天然气消耗少等优点。

　2012年1～5月未使用稀氧燃烧技术回转式阳极炉天然气消耗表：

　表一、未使用稀氧燃烧技术回转式阳极炉天然气消耗表

　       月份

　项目                                                                                                                                        

　 1

　2

　3

　4

　5

　平均

　月产量（t）

　5995.7

　4927.6

　5729.6

　6987.3

　6459.2

　6020

　天然气月耗量（m3）

　354157

　675636

　490709

　450027

　412445

　476595

　天然气单耗（m3）

　59

　137

　86

　64

　64

　82

　2016年1～5月使用稀氧燃烧技术回转式阳极炉天然气消耗表：

　表二、使用稀氧燃烧技术回转式阳极炉天然气消耗表

　       月份

　项目                                                                                                                                                                                       

　 1

　2

　3

　4

　5

　平均

　月产量（t）

　19254

　17546

　9249

　19627

　18381

　16811

　天然气月耗量（m3）

　362155

　253423

　194648

　191702

　294860

　259358

　天然气单耗（m3）

　19

　14

　21

　10

　16

　16

　从上表可以看出，2012年1～5月天然气月平均单耗为82m3/t.Cu；2016年1～5月天然气月平均单耗为16m3/t.Cu，特别是4月份，

　天然气单耗只有10m3/t.Cu，使用稀氧燃烧技术后回转式阳极炉天然气平均每月比未使用稀氧燃烧技术节约80%，大幅度降低了回转式阳极炉的生产成本，经济效益非常可观。且随着公司产能的提高，转炉热料的充足，回转式阳极炉天然气的单耗可进一步下降。以下是费用分析：

　1、使用稀氧燃烧技术后回转式阳极炉天然气耗量平均每月比未使用稀氧燃烧技术节约80%，按照2.40元/m3天然气费用计算，则天然气每月将节省费用约为52万元。

　2、稀氧燃烧实际每月消耗氧气总量为44万m3（设计需要使用1000Nm3/h氧气，实际在600Nm3/h以下），按照0.40元/m3氧气费用计算，每月增加的费用为17.6万元；

　3、采用稀氧燃烧后取消助燃风机，节约电费每月约1.5万元

　因此，使用稀氧燃烧后每月将节约35.9万元。每年按照10个月生产时间计算，将节约359万元。

　回转式阳极炉改为稀氧燃烧技术以后，虽然回转式阳极炉余热锅炉的产气量减少很多，但是，余热锅炉对回转式阳极炉的生产影响大大减少，在未使用稀氧燃技术烧前，每个炉期余热锅炉对回转式阳极炉的影响至少15-20天，稀氧燃烧技术成功使用后，余热锅炉的故障明显减少，也减少了对生产的影响时间。

　四、稀氧燃烧技术优点及存在的缺点

　1、与常规的空气-燃料燃烧相比，稀氧氧气燃烧由于消除了氮气对燃烧过程的不利影响，因而具有许多优点

　：

　（1）、节能降耗

　稀氧氧气燃烧具有低的火焰峰值温度与均匀的传热，且火焰形状可以根据需要进行调整，所以大幅度提高了天然气燃烧热效率，减少了天然气的消耗量，从而大幅度降低了回转式阳极炉的生产成本；氧气燃烧必然带来其他一些经济上的好处，比如，由于不再使用助燃风机，烟气减少导致了风机运行电费的节约降低了回转式阳极炉的生产成本；

　（2）、减排

　增强传热与传热控制，大幅度提高燃烧热效率；减少了烟气的排放量，降低烟气排放量达到70%以上，降低烟气带走的热量达到60～70%以上，余热锅炉产气量下降，从而降低了余热锅炉的负荷量，减少了余热锅炉的故障率；降低烟气带走的热量达到70%以上；比如可以降低废气处理装置的成本及减少烟气余热回收装置的成本；设备调试周期短，易于操作与维护，运行安全、平稳、可靠；

　（3）、炉时

　从炉时比较，改造前与改造后的回转式阳极炉每炉平均炉时都约10小时，平均炉时缩短不多，主要原因是由于上道工序白银炉、转炉产能的制约，不能给回转式阳极炉提供充足的热料，使得稀氧氧气燃烧技术不能充分发挥其技术优势，随着上道工序产能的扩大，回转式阳极炉的炉时有望大幅度的缩短；

　（4）、环保

　稀氧燃烧还具有低的NOx排放优点，单位能耗降低60%以上，相应CO2排放减少60%以上，NOx降低80%，从而减少了烟气对大气的污染、改善了环境等；

　2、采用稀氧燃烧技术的存在的问题

　（1）、对炉衬耐火材料的蚀损将会加快，目前烧嘴砖使用周期只有5个月左右。延长烧嘴砖使用周期的方法是可以选用优质的耐火材料，如铬刚玉耐火材料，其含铬约26%，或者可以通过改变烧嘴砖砌筑角度及J枪与L枪的位置提高烧嘴砖的使用周期，使烧嘴砖与炉体其它部位耐火材料的使用周期达到同步。通过了解，其它公司使用铬刚玉耐火材料的烧嘴砖使用周期在8～9个月；

　（2）、由于铜业公司白银炉、转炉产能的制约，热料衔接不上，为了平衡火法系统的产能，在回转式阳极炉每炉处理固体料平均约70吨，从而一定程度上限制了稀氧燃烧技术优势的发挥。如果回转式阳极炉全部处理热料，而且热料又能及时衔接上，则可以充分发挥稀氧燃烧技术降低能源成本，实现清洁、环保、高效、节能生产的优势；

　（3）、采用稀氧燃烧技术后，在实际生产中，由于处理固体料的原因，炉时较长使得稀氧燃烧中的氧气对炉渣造成过氧化现象，在转炉处理过氧化炉渣比较困难，我厂解决的方法是将氧化炉渣铸锭冷却，然后将其作为冷料加入到转炉进行处理。

　五、结束语

　铜业公司在回转式阳极炉采用的普莱克斯稀氧燃烧技术，与常规的空气-燃料燃烧相比，稀氧燃烧技术由于消除了氮气对燃烧过程的不利影响，具有节约燃料、降低能源成本、以及减少排放的特点，具有很多优越性，使用后大幅降低了回转式阳极炉的生产成本，取得了很好的经济效益与环保效益。随着铜冶金技术的不断发展与对环保的日益重视，稀氧燃烧技术已成为铜冶炼企业节能、降耗、减排的有效手段之一，稀氧燃烧技术是现代铜冶炼火法精炼的发展方向。

　参考文献：

　朱祖泽，贺家齐 《现代铜冶金学》    科学出版社  2003年2月

　任晓雪，张卫南，王涛《稀氧燃烧技术在铜冶炼中的应用》普莱克斯（中国）投资有限公司

　苏伟，白银有色集团股份有限公司铜业公司，白银区银山路45号，8814980—9090,

　15095785368，**白银 730900。

　本文来自香当网http://www.xiangdang.net/