稀氧燃烧节能技术在铜冶炼生产中的应用

唐都作， 顾鹤林， 袁海滨

(云南锡业股份有限公司， 云南 个旧 661000)

稀氧燃烧节能技术在铜冶炼生产中的应用

唐都作， 顾鹤林， 袁海滨

(云南锡业股份有限公司， 云南 个旧 661000)

铜阳极精炼炉采用稀氧燃烧取代传统的煤气燃烧，完全消除了煤气燃烧存在的安全隐患；采用稀氧燃烧同时增加布袋收尘，提高了烟尘中金属铜的回收率，有效解决了烟气达标排放问题；双燃料切换模式，避免了燃料供给受外界因素的影响，确保冶炼生产过程的连续性和稳定性。

稀氧燃烧； 阳极精炼炉； 烧嘴； 燃料

0 前言

火法精炼广泛采用的回转式精炼炉已成为炼铜厂的标准精炼设备。稀氧燃烧技术在回转式精炼炉上的应用也已较为成熟。由于稀氧燃烧技术用于铜精炼上，具有节能降耗的优点，因而被世界铜冶炼厂广泛应用[1-2]。自安徽铜陵有色公司2009年引进稀氧燃烧技术后，至今国内已有10余家铜冶炼企业应用了该技术[3-4]。云南锡业股份有限公司铜业分公司于2012年引进了稀氧燃烧技术，本文阐述了其在回转式精炼炉上的应用实践。

1 回转式精炼炉采用传统烧嘴存在的问题

原云锡铜冶炼回转式精炼炉采用的烧嘴，由90 kW助燃风机提供燃烧风，以煤气燃烧同时喷射柴油的双燃料燃烧系统向炉内提供热量。而助燃空气中仅有21%的氧气是燃料燃烧的有效助燃成分，76%的氮气则作为废气排出。氮气从烧嘴进入炉内又从烟道排出，带走大量的热。而且回转式精炼炉除加入熔融热粗铜外，为提高单炉产量还要加入部分冷态粗铜锭等。由于废气带走的热量较多，精炼炉每小时仅能熔化3.75 t冷态粗铜锭，冷态粗铜锭单位时间处理量难以提高，导致精炼炉的作业成本较高。

2 稀氧燃烧技术在回转式精炼炉上的应用实践

云锡铜业分公司2012年引进了稀氧燃烧技术，回转式精炼炉由稀氧燃烧烧嘴替代传统烧嘴，采用双燃料系统，以柴油或天然气作为主燃料，用制氧站制备的纯度>98.5%的氧助燃，放弃了传统烧嘴的煤气燃烧，取消了90 kW助燃风机。应用稀氧燃烧技术后，不仅操作简单，而且完全消除了煤气燃烧时带来的安全隐患。此外，单位时间冷态粗铜锭的处理能力也较之前提高了1倍。

2.1 取代煤气燃烧 消除安全隐患

传统烧嘴在煤气燃烧的同时辅以柴油燃烧，生产中操作稍有不慎，煤气输送管道内会积存大量的冷凝水及煤焦油，特别在弯管处更为严重。而为了疏通煤气管道，需要暂停精炼炉作业，启动水封系统，同时关闭两道刀阀以断开煤气供给，之后通氮气置换，待管道内残留的煤气排空后，方可拆卸管道进行疏通工作。堵塞疏通耗时较长，程序繁琐，且存在一定的安全隐患，而且如果管道内煤气置换不彻底，可能会有少量煤气在管道拆卸后外泄，其接触明火将导致爆炸，或导致操作工人中毒。

此外，传统煤气烧嘴孔较大，煤气量大，但煤气压力偏低。精炼作业过程中，煤气烧嘴极易被氧化还原作业时喷溅的铜水堵塞。当出现煤气量不足或煤气管道监测温度明显偏低时，可能就是烧嘴孔或煤气管道发生堵塞。这两种情况都会造成煤气供给量不足，导致炉内热量不足，从而影响正常作业或延长作业时间，增加了作业成本。此时，必须拆卸烧嘴进行清理，在清理工作开展前，需要重复煤气管道堵塞清理时所进行的水封系统启动、氮气吹扫置换、管道内残余煤气排空等繁琐的程序化工作，只有煤气管道内的残余煤气完全置换排空后，方可拆卸烧嘴进行清理。烧嘴堵塞清理工作也耗时较长，劳动强度大，通常仅清理烧嘴孔至少需要4 h。

稀氧烧嘴由于用柴油或天然气作为主燃料，烧嘴孔径较小，燃料供给压力较大，只要精心维护，烧嘴孔完全不需要清理，更不会出现煤气管道堵塞问题。不仅节省了时间，消除了安全隐患，而且生产过程更为连续化，大大提高了有效作业时间，操作人员的劳动强度降低，也降低了单位吨阳极铜的能耗。

2.2 提高烟尘中铜的回收率，解决环保问题

传统烧嘴煤气燃烧模式下，由于采用空气助燃，大量非助燃气体进入烟气，稀释了烟气中烟尘的浓度，该烟气再经脱硫塔洗涤后达标排放。稀氧燃烧技术应用后，由于烟气量明显减少，烟气中烟尘的浓度明显升高。为了保证烟气洗涤后达标排放，工厂在脱硫塔前增设了布袋收尘系统。目前布袋收尘系统运行情况良好，24 h可收集330 kg烟尘，该烟尘含铜大于20%，每天收集的烟尘中金属铜的量达66 kg。在传统煤气燃烧模式下，烟气经脱硫洗涤后有66 kg的金属铜进入石膏渣中，石膏渣含铜1%～2%，难以回收利用，只能作为弃渣堆存。而烟气先经布袋收尘处理后，石膏渣含铜显著降低，仅为0.1%～0.4%。

采用稀氧燃烧技术同时增加布袋收尘系统后，每天可回收金属铜66 kg，烟尘中的铜得到有效回收，提高了精炼系统铜的回收率。按一年330 d工作时间计算，每年可从烟尘中回收21.78 t金属铜，按金属铜价格5万元/t计算，每年回收的金属铜价值约108.9万元。系统改造后，进入脱硫洗涤塔的烟气含尘减少，缓解了洗涤塔的压力，解决了环保问题，确保烟气洗涤后达标排放。

2.3 提高回转精炼炉单位时间处理能力，节能降耗

传统煤气燃烧并辅以柴油燃烧模式下，回转精炼炉每小时仅能熔化3.75 t冷态粗铜锭，而稀氧燃烧模式下，回转精炼炉冷态粗铜锭的熔化能力提高至7.5 t/h以上，单炉期的作业时间也由原来的24 h降至16 h，有效作业率明显提高，故作业成本降低。此外，稀氧燃烧模式下，炉内铜水温度和渣液温度可快速提高。由于渣温略微高于之前，渣的流动性改善，更利于扒渣操作，渣含铜量也由之前的3 t/炉期降低至0.5 t/炉期以下，大大减少了渣包内沉积铜的回炉处理量，从而也节省了燃料，控制了作业成本。表1为稀氧燃烧技术应用前后的能源消耗比较。

表1 稀氧燃烧技术应用前后精炼炉单位时间能源消耗比较

注：稀氧燃烧技术应用前后柴油或天然气使用量无变化。

从表1中数据可知，采用稀氧燃烧技术后，单台阳极炉每小时减少能耗价值约957元，按年工作日330 d计算，每年节约的能源价值约757.9万元，吨阳极铜的能耗比传统煤气燃烧模式降低了约50%。

2.4 双燃料烧嘴切换模式，确保能源供给的稳定性

云锡稀氧燃烧系统，采用目前国内外独有的双燃料烧嘴切换模式，即可采用柴油燃烧，也可使用天然气燃烧。由于云南地区地理位置特殊，当天然气供给受某些因素影响时，可立即切换使用柴油燃烧。切换操作很简单，只需关闭天然气球阀后拆除天然气喷枪，更换柴油喷枪，打开柴油管道球阀，在控制系统上启动“柴油燃烧模式”模块，系统立即根据柴油燃烧模式自动计算富氧量。另外，也可在手动模式下，根据炉况调节柴油与富氧比例。

在天然气供给稳定的前提下，优先使用天然气作为主燃料。因为吨阳极铜的能耗成本使用天然气比使用柴油略低，在一定程度上降低了吨阳极铜的生产成本。双燃料燃烧切换模式保证了能源供给的稳定性，维持了生产的连续和稳定，冶炼作业完全不受能源供给的影响。

3 结论

稀氧燃烧取代传统的煤气燃烧，完全消除了煤气燃烧存在的安全隐患，降低了操作人员的劳动强度，保证了生产过程的连续性，提高了有效作业时间。

应用稀氧燃烧后增加了布袋收尘，每天可从烟尘中回收约66 kg金属铜，由此每年可带来108.9万元经济效益，不仅缓解了脱硫塔洗涤的压力，还有效解决了烟尘达标排放的环保问题。

稀氧燃烧与煤气燃烧并辅以柴油燃烧模式相比，吨阳极铜的能耗降低了50%，同时单位时间内冷态粗铜锭物料的熔化能力得到提高，单炉期的作业时间从24 h降至16 h。

双燃料切换模式，可根据实际情况调整燃料的种类，降低了燃料供给受外界因素的影响，确保了冶炼生产的连续性和稳定性。

[1]任晓雪，张卫男，王涛，william T，Kobayashi.稀氧燃烧技术在铜冶炼中的应用[A].第九届全国有色金属工业冶炼烟气治理专利技术推广及三废无害化处置研发技术研讨会论文集[C]，2012,8:90-95.

[2]D.B.乔治，A.C.恩里克斯，A.C.德尼斯，W.J.马霍尼等.铜阳极精炼系统和方法[P].中国专利：CN201180009836.2，2011- 2- 16.

[3]熊振昆，张建坤，史兴华.350 t燃煤回转式阳极炉的生产实践[J].中国有色冶金，2007,(5):36-40.

[4]吴克富，魏晓玲，李宏才.稀氧燃烧新技术的应用实践[J].甘肃冶金，2013,35(2)：130-105.

Applicationofdilutedoxygencombustionenergy-saving
technologyincoppersmeltingproduction

TANG Du-zuo, GU He-lin, YUAN Hai-bin

Instead of traditional gas combustion, the diluted oxygen combustion was process adopted in copper anode refining furnace, and it eliminated the hazards existing in gas combustion. Through adopting diluted oxygen combustion and adding bag dust collecting system, the recovery of copper in fume was increased, and the problem of emission standard of gas was solved. The dual fuel switching mode ensures that the fuel supply will not be influenced by the outside factors, and maintains the continuity and steady of smelting production process.

diluted oxygen combustion; anode refining furnace; nozzle; fuel

唐都作(1976—)，男，自动化仪表高级工程师，主要从事有色金属冶金自动化控制技术工作。

TF811

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