铜冶炼企业综合节能与能源优化研究

胡俊

(金隆铜业有限公司，安徽铜陵244000)

铜冶炼企业综合节能与能源优化研究

胡俊

(金隆铜业有限公司，安徽铜陵244000)

铜冶炼企业生产能耗高，因此节能降耗是企业降低成本、提高效益的重要途径。金隆铜业近年来,在生产实践中通过与大专院校和专业厂家合作,开展企业综合节能与能源优化研究工作,改善了能源结构,提高了能源综合利用效率，经济效益显著，减少了环境污染，增强了企业竞争力。

铜冶炼企业；能源优化；节能降耗;稀氧燃烧;低压蒸汽回收

金隆铜业主工艺采用当今世界先进的闪速炼铜技术,主要流程为闪速炉富氧熔炼、PS转炉吹炼、回转式阳极炉精炼工艺。冶炼过程中产生的高温含尘SO烟气,经中压废热锅炉、电收尘器降温除尘后送入制酸系统。制酸系统采用绝热蒸发稀硫酸洗涤、2次转化和2次吸收的制酸工艺。其生产所消耗的1次能源以重油和煤为主,2次能源有电、蒸汽及氧气等。能源介质在各系统间转换、流动,最终为生产工序提供能源支持。金隆铜业近几年通过产学研合作开展企业综合节能与能源优化研究工作,在优化生产工艺的基础上,改善了企业能源结构,加强能源介质的合理利用,提高能源转换效率,加大余热资源的回收利用,从能源介质的各个子系统全面节能。

1 综合节能与能源优化研究

1.1 能源使用调查研究

铜冶炼企业在生产过程中各种能源介质相互关联，例如废热和燃煤可以转换成蒸汽，蒸汽可转换成电力或进行干燥等,而原料成分、冶炼工况变化又会对废热参数产生影响。因此如何有效及时地监测、调度各种能源介质,在保证生产质量的条件下节能降耗,成为能源管理工作的重点。2010年,金隆铜业与安徽工业大学合作开展“能耗调查研究”工作,通过对各工序、生产单元的能耗调查、统计分析,摸清了用能现状,为制定切实可行的节能改造计划提供依据。

1.2 节电研究

在节电研究方面,金隆铜业主要开展了以下2项研究：

1)电力消耗调研和谐波治理。2011年金隆铜业与安徽工业大学合作开展了 “供电系统电能质量评估及节能降耗潜能挖掘”研究工作。根据企业生产过程能源构成、负荷特点和供配电系统结构，对整个供电系统和主要负荷特性进行测试,分析影响电能质量的因素。经测试,PC1系统低压I段,负载波动频繁,电流总谐波畸变率随之波动,最大为8.7%;PC1系统低压II段，负载也存在波动,但较I段稳定,电流总谐波畸变率15%左右。通过研究,2013年对PC1电解低压系统5、7次谐波进行治理,分别在PC1的I段、II段增加了APF有源滤波柜。APF投入滤波后,PC1的I段电流总畸变率基本稳定在3%以下,电压畸变率在1%以下,PC1系统低压II段电流总畸变率基本稳定在5%左右,电压畸变率在1%以下，APF达到较好的滤波效果。

2)应用流体输送环保节能技术,开展水泵节能研究工作。2010年开始与杭州福鼎开展合作研究,应用流体输送环保节能技术,对循环水系统的水泵进行节能研究。通过对水泵运行情况检测,针对系统存在的不利因素,进行系统分析、研究。结合系统流体力学特性,构建专业流体力学数学模型,并按最佳运行工况参数定做流体输送高效环保节能泵,替换低效率运行的水泵,提高输送效率及水泵的有效利用率,达到最佳的节能效果。近3年来,公司分别完成了硫酸等4大循环水系统共9台水泵节能研究改造工作,节电达4.5×106kW·h/a。

1.3 低压蒸汽回收和利用研究

通过蒸汽平衡调研,查清余热资源回收利用的基本情况,制定实施方案并实施,将多余的低压蒸汽回收利用。

1)硫酸余热回收利用研究。2套硫酸转化工序2007年用3台热管锅炉取代 SO烟气冷却器,其中Ⅰ系统设置2台热管锅炉,分别用于回收1次和2次转化后烟气废热;Ⅱ系统设置1台热管锅炉,回收1次转化后烟气废热[1]。通过能源调研,2012年又在Ⅱ系统增加1台热管锅炉,回收2次转化后烟气废热，产生1.35 MPa饱和蒸汽16 t/h。

2)提高蒸汽干燥机能力研究。2007年扩产改造新建了1套干燥能力为110 t/h蒸汽干燥机用于干燥铜精矿,但由于蒸汽干燥能力小,原来使用重油加热的气流干燥机仍在使用。为此金隆铜业开展了蒸汽干燥机能力提高研究工作,对蒸汽盘管进行改造并于2012年5月份完成。改造后蒸汽干燥系统能力提升约50 t/h。通过提高蒸汽干燥机能力,降低气流干燥机运行率,每年可为公司节支1 500万元左右,经济效益明显。

3)蒸汽消耗存在不平衡现象,蒸汽管网主要包括4.7 MPa、1.3 MPa、0.6 MPa 3种压力,其中4.7 MPa蒸汽主要来自闪速炉和转炉，1.3 MPa蒸汽主要来自硫酸热管锅炉,0.6 MPa的蒸汽主要来自汽轮机发电机组的背压。在实际使用过程中,主要存在以下问题：(1)生产正常时,由于产汽量大于总用汽量,0.6 MPa管网平均每小时有约15 t蒸汽放空;(2)4.7 MPa管网内蒸汽不足,汽轮机进口调节汽门开度最大约70%。因此,蒸汽合理利用方案的首要工作就是寻求低压蒸汽的合理利用,为此,金隆公司开展了汽汽引射器节能技术研究,进行节能增效。通过引射器将4.7 MPa蒸汽与0.6 MPa蒸汽混合成1.3 MPa蒸汽使用,代替原来将4.7 MPa直接减压至1.3 MPa蒸汽的做法,可节省部分4.7 MPa蒸汽用于发电,节能效果明显,投入运行的2台汽汽引射器,可增加发电量约500 kW/h。

另一方面,公司还利用螺杆膨胀动力机驱动锅炉给水泵实现了“能量梯级利用”。为了实现蒸汽热能利用最大化,采用1.3 MPa饱和蒸汽作为螺杆膨胀动力机热源,经螺杆膨胀动力机降压至0.65 MPa的排汽送入0.6 MPa低压蒸汽管网,以满足生产和生活使用;螺杆膨胀动力机以1 100～1 500 r/rain转速驱动热水循环泵,使锅炉给水循环流量达到1 300 t/h左右,以满足锅炉运行要求。该项措施节能效果显著,每年可产生直接经济效益50万元[2]。

1.4 水综合回收和利用研究

为了摸清生产用水情况,公司进行了工业用水平衡调研工作。通过现场检测,掌握了各项用水量情况,建立起厂区用水的平衡关系,并通过测试与平衡的分析研究,查找用水瓶颈,制定节水措施。1)根据水平衡调研结果,2010年进行了熔炼、转阳区域部分设备冷却水的回收工作,将闪速炉排风机、干燥风机台等设备冷却水回收到硫酸循环系统使用，年节约用水800 kt。2)开展废水电化学处理项目研究工作。由于南厂区排水、脱硫废水和电解液场面水经常性出现重金属超标的情况,需进行处理。通过调研,2013年3月建设了1套处理能力为1 500 m3/d的电化学处理装置,处理后废水作为冶炼渣缓冷冷却水、硫酸循环水及道路清洗水,提高了水资源综合利用率。

1.5 能源结构优化研究

生产使用的外购能源品种较多,有重油和柴油、液化气、煤、电等。部分能源介质燃烧效率不高,如重油作为冶金炉燃烧保温燃料,粘度高，杂质高,雾化效果差,燃烧不完全,燃料消耗高。为改善能源结构,金隆公司近几年相继进行了天然气替代重油和柴油、液化气、煤研究工作,已用天然气替代的有：阳极炉还原用液化气和燃烧用的重油;阳极炉出铜溜槽保温用的空混液化气;低压锅炉用的煤;硫酸开工炉用的柴油等。天然气替代节能减排研究工作的实施,不仅满足了工艺要求,还取得节省2 300万元/a的经济效益,环保效果也显著。

1.6 研发阳极炉稀氧燃烧节能技术

阳极炉炼铜作业时,为了保持热平衡,采用常温助燃空气烧重油,存在冶炼废气量大、能耗高、反应效率低的问题。主要是燃烧系统采用传统常温大风量助燃燃料,大量含碳氧化物及氮氧化物烟气带走热损失大。金隆铜业与普莱克斯联合进行科研攻关,采用纯氧取代常温助燃风,研发出独特的稀氧卷吸性能结构燃烧设备,应用于阳极炉,实现全自动安全在线控制。通过研究开发应用,提高冶金炉生产效率,降低能耗,消除污染。天然气稀氧燃烧技术研发、应用成功后,填补我国有色冶炼行业天然气稀氧燃烧技术的空白,无论是对矿产粗铜的精炼还是2次铜精炼,综合节能至少50%以上,废气量减少70%以上,燃料单耗处于国内同行领先水平,节能创效明显[3]。

2 节能工作面临的问题和今后工作方向

天然气作为一种清洁能源,具有良好的经济性和环保性,越来越得到众多的工业和民用领域广泛应用,但国产天然气产能不足,要提高使用比例主要依赖进口,而进口价格又高,涨价成为必然趋势,这2年天然气价格不断上涨,导致企业生产成本中燃料费开支大幅增加。同时节能减排的基本国策也要求耗能企业转向使用清洁、高效的能源,因此寻找更清洁、更廉价的能源是冶炼企业今后的一个课题。目前金隆铜业正在开发研究使用更清洁、更廉价的生物油替代天然气工作,且已取得了一定成效。同时公司还探索富氧燃烧节能研究,以进一步降低能源消耗,降低生产成本。

3 结束语

节能降耗是企业的生存之本,随着企业的发展,节能是一项长期持续的工作,而且要求越来越高,难度越来越大。金隆铜业通过与大专院校和专业厂家合作,持续开展企业综合节能与能源优化研究工作,综合节能成绩显著,促进产品能源整体单耗进一步降低,生产成本下降,为企业创造良好的生存空间和发展环境。

[1] 黄国道,谢中建.热管锅炉在金隆铜业硫酸装置的应用实践硫酸工业[J].2010(3)：40-43.

[2] 黄国道,汪卫东.螺杆膨胀动力机在废热锅炉系统中的应用硫酸工业[J].2011(2)：29-32.

[3] 黄永峰,陈延进,王彤,等.稀氧燃烧技术的开发与应用有色金属(冶炼部分)[J].2011(2)：9-11.

Research on Integrated Energy Saving and Energy Optimization in Copper Smelting Enterprises

HU Jun

(Jinlong Copper Co.,Ltd.,Tongling,Anhui 244000,China)

Due to high production energy consumption in copper smelting enterprises,energy saving and consumption reduction are important ways to reduce the cost and increase efficiency for the enterprises.In recent years,Jinlong Copper Co.,Ltd has developed research on integrated energy saving and energy optimization by cooperation with collegesamp;universities and professional factories,by which it can improve energy structure,increase energy comprehensive utilization efficiency,reduce environmental pollution and enhance enterprises competitive power.

copper smelting enterprises;energy optimization;energy saving and consumption reduction;dilute oxygen combustion; low pressure steam recovery

TF087

B

1004-4345(2014)05-0038-03

2014-05-09

胡 俊(1962—),男,工程师,主要从事大型铜冶炼企业设备和能源管理工作。