火法冶炼烟气治理实践

贺志兴，王国珍

（江西铜业集团有限公司 贵溪冶炼厂，江西 贵溪 335424）

1 引言

熔炼车间采用火法冶炼工艺，高温烟气及烟尘不可避免进入排烟系统。排烟系统宛如一个人的肺，肺活量的高低直接影响人的健康状况。随着年修期间设备的深度检修，因设备故障，引起主系统长时间停车的现象已非主因，而长周期生产后期排烟系统积灰，排烟不畅，铜酸系统被迫停车定修已成为制约工厂“均衡、稳定、高效”作业的瓶颈。如何实现定修周期≥6月/次，熔炼车间火法冶炼烟气高效整合迫在眉睫。阳极炉烟气直接排放，一是污染环境，在日益严峻的环保形势下，已不能满足现在的发展需求；二是烟气中的二氧化硫资源未得到有效回收利用。

2 工艺简介

熔炼车间生产工艺为：干燥后的精矿经中央精矿喷嘴在反应塔内进行反应，得到的冰铜和炉渣在沉淀池内分离。闪速炉产出的冰铜通过行车装入到转炉吹炼成粗铜。转炉产出的粗铜进一步在阳极炉中精炼，最终通过圆盘浇铸机浇铸成能满足电解工序要求的阳极板。闪速炉渣和转炉渣一起运至渣选矿车间浮选处理，产出的渣精矿返闪速炉熔炼。闪速炉和转炉产出的高温二氧化硫烟气经由各自的废热锅炉降温和电收尘器除尘后送往硫酸车间制酸。阳极炉产出的高温工艺烟气经废热锅炉降温和布袋收尘除尘后，直接排空。

3 存在的问题分析及对策实施

3.1 存在的问题

通过对火法冶炼烟气进行了梳理分析，闪速炉炉况波动烟尘发生率高，闪速炉及转炉电收尘收尘效率不高，导致烟灰后移，排烟系统积灰阻力大，排烟不畅。在离子液脱硫项目运行后，明显存在资源闲置，火法冶炼烟气未得到高效整合。原因有以下几点：

（1）闪速炉炉况波动，使得烟尘发生率高，大量烟尘后移；

（2）工频电源收尘效果差，闪速炉及转炉电收尘收尘效率低；

（3）转炉小混合烟道至硫酸空塔前积灰严重，导致烟道堵塞,排烟系统压差大；

（4） 离子液环集脱硫装置能力未得到充分利用。

3.2 主要对策实施

3.2.1 精细炉况管理，降低烟尘发生率

闪速炼铜优势在于产能大、综合成本低，在火法炼铜行业处于主导地位。但其本身仍存在其弱点，如烟尘发生率高［1］，较高的烟尘发生率会带来一系列问题。

3.2.1.1 烟灰发生率高的主要危害

（1）大量的熔融状烟灰随烟气进入排烟系统，加大了余热锅炉的运行负荷，降低了余热锅炉的换热效率；在电收尘入口方管粘结，造成烟气偏流，降低电收尘的收尘效率；增加排烟风机运行负荷，排烟系统负压难以受控，被迫停炉定修。

（2）烟灰以中间物料的形式返回到闪速炉，形成无效循环，造成资源和能源的浪费。烟灰埋刮板计量不精确，导致炉况的波动大，烟尘发生率高，形成恶性循环。其次烟灰实际成分无法实时跟踪并纳入冶金模型精准控制，较高的烟灰发生率再次返回到系统将直接影响到工况的稳定。

3.2.1.2 降低闪速炉烟尘发生率的主要途径

生产实践证明：入炉物料的合理配比、水分、粒度、烟灰装入量的精准控制，稳定的炉况，是降低闪速炉烟尘发生率的有效途径。

（1）入炉物料的控制，精准控制入炉物料配比，S/Cu控制在1.2左右，减少Pb、Zn、As含量高矿种使用比例，因Pb、Zn、As氧化物易造成排烟系统粘接。干燥后精矿水分控制在0.3%以下为宜，含水过高，影响反应速度。干燥后的精矿经回旋筛筛分，控制入炉物料粒度，大于200目占80%以上，精矿粒度过大，易引起精矿偏析反应不完全。

（2）给料系统优化改进，烟灰装入量通过调节埋刮板机转速来控制，默认烟灰料层均匀，不能实现在线计量，只是通过定期校验来修正烟灰埋刮板转速达到烟灰计量相对准确。实际生产过程中，受烟灰性质影响，烟灰仓易架空或流态化，烟灰料层不均，烟灰实际装入量与设定值偏差大，计量不准确，进而造成闪速炉炉况波动较大。为解决此问题，贵冶借鉴国内外同行业经验，将烟灰通过刮板带料改为失重计量带料,给料量［2］可时时计量，在线监控，能有效避免烟灰计量不准现象，稳定炉况。见图1。

图1 闪速炉烟灰失重系统改造前后效果对比图

3.2.2 加强排烟系统管理，提高电收尘收尘效率

闪速炉排烟系统主要是由余热锅炉、鹅颈烟道、沉降室、电收尘、排烟风机等组成，攻关小组对目前排烟系统的症结分析，通过技术改造及管理创新，闪速炉排烟系统的运行状况，得到了逐步改善，确保了生产稳定运行，延长了定修周期。

3.2.2.1 问题分析

（1）上升烟道开口部粘结严重，通烟面积缩小，造成烟气流速过快；

（2）余热锅炉受热面粘结，换热效率降低，造成烟尘后移；

（3）电收尘收尘效率不高，致使后序排烟管道积灰严重；

（4）漏风腐蚀严重。

3.2.2.2 主要措施

（1）通过沉淀池二次氧的分布改造。二次氧枪合理分布，覆盖整个烟气流向区域，增设的二次氧可有效与烟气中夹带精矿进行反应，减少烟气中的烟灰夹带，有效控制开口部粘结，扩大通烟面积。

（2）余热锅炉结构改造，提高锅炉的换热效率，防止烟灰后移。对闪速炉余热锅炉进行改造，在辐射部尾部增加一组辐射管屏。通过降低烟气的流速，延长烟气在辐射部的停留时间，使烟气分布更加均匀。提高换热效果［3］，以达到提高锅炉受热面除灰效率的目的，减少烟尘后移，降低后续电收尘的负荷。

（3）提高电收尘收尘效率。闪速炉电收尘做为排烟系统末端的除尘设备，提高其性能可以起到事半功倍的效果。从近几年电收尘的运行状况及经常存在的顽固性问题进行分析，并针对分析出的问题采取一系列相应的措施。随着科技创新及国内电除尘技术上的广泛应用，现使用的工频电源效率低于工艺除尘需求，严重影响电收尘收尘效率，导致出口烟气含尘量超标。烟尘移至后序管道及制酸系统，对生产有较大影响，高电压、大电流、系统不堵不漏是提高电收尘收尘效率关键。

①根据闪速炉转炉工艺特性，在电收尘本体不变的情况下，选择最优电源模式［4-5］，利用变频电源替代工频电源。通过各类电源对比，现场进行实际投运，在经过正常生产周期的设备释放二次电流电压对比，最终选型将一系统的转炉和闪速炉电源容量统一为0.4A/100kV变频电源。变频电源供电电压纹波系数在5%以下，相比工频电源可抑制电场闪络发生，高效提高电场电晕功率，大幅降低粉尘排放；变频电源具有现阶段最佳的直流供电特性，同时采用变压器和变频控制柜分离的方式——变频控制柜放置在控制室内运行可靠，检修运行方便。

②闪速炉绝缘子清扫风加热系统改造为双回路输出，转炉一系列增强绝缘子清扫风风量，转炉二系列增加一套热风吹扫装置，避免绝缘子室结露粘结；对现有的振打系统进行升级，阴极振打改为万向节传动振打，方便检修维护；振打系统断电振打优化，有利于提高阴阳极振打清灰效果，保证除尘器的长期稳定高效运行。

③为了降低除尘器绝缘瓷瓶损坏率，保证闪速炉和转炉可靠高效运行、降低除尘器本体检修率，落实采用新材料、新工艺，加强保温箱密封方式，避免漏风现象，提高保温箱保温效果，以增高支撑绝缘子室高度500mm,并改进保温箱的密封，改善瓷缸材质，对母线通道进行粉尘隔绝。确保保温箱内温度稳定在酸露点以上，具有良好的防护及减少隐患、降低检修率等效果。对现场电控柜进行断电振打的优化。

④针对加热系统改进为各测点温度实时监控，高效投入和停止加热功能；增设2套上位机系统对3台电除尘工况进行24h监测。

（4）加强系统漏风治理。工段管理细化，定期对排烟系统漏风点进行排查，减少漏风情况的发生。电收尘壳体采用了新型膏体保温材料，保温效果好，附着力强，表面平整光洁，如果某部位出现漏风，在漏风处会马上出现黑色，可以做到及时修复漏风点，同时膏体保温材料的保温效果较好，电收尘出入口温差减少10℃，提高电收尘出口温度，降低结露率。

3.2.3 创新定修新模式

近年来，随着大修检修深度的延伸，重、特大设备日常运行状况良好，熔炼一系统几次定修均因小混合烟道至硫酸空塔前积灰严重，导致硫酸一、二系列之间负压失衡，压差达1000~1500Pa，铜酸系统无法稳定、高效作业，从而安排定修清理烟道内的积灰。

（1） 降低定修对生产的影响，项目组通过前期大量数据、理论分析，决定利用硫酸双系列优势，硫酸一系列正常生产，二系列停车进行烟道清理。其中将至二系列硫酸小混合烟道盲断，阻隔SO2烟气进入二系列硫酸，使得小混合烟道具备清理作业条件。

（2） 硫酸一系列可以接收的总风量为180000 Nm3/h，SO2浓 度 为9%~12%的 烟气。FF投 料80~100t/h，闪排风机转速控制在300rpm，最大风量约为120000 Nm3/h；CF一、二系列单炉吹炼，转排转速控制在820rpm，最大风量约为60000 Nm3/h，FF+CF最大总风量180000Nm3/h，完全在一系列硫酸可以接收的风量能力内。将小混合烟道中间段增加闸板阀；利用硫酸双系列优势，二系列硫酸停车，并稳定一系列硫酸空塔前负压在0~-200Pa。

（3）在闪速炉及转炉不系统停车情况下，小混合烟道及硫酸二系列水平烟道清理积灰作业。见图2。

图2 排烟管道改进示意图

3.2.4 阳极炉烟气整合高效回收

阳极炉烟气直接排放，不仅造成二氧化硫资源浪费，还严重污染环境，既不符合绿色发展理念，也不符合江铜世界500强形象。在离子液脱硫项目投入运行后，经过充分讨论和计算，认为离子液脱硫装置［6］处理能力还有富余，在不新增设备的前提下，可将阳极炉烟气引入至离子液脱硫系统。离子液在水中电离，常温下吸收二氧化硫，高温下解析二氧化硫送至硫酸车间制酸，离子液循环利用。离子液脱硫不仅工艺稳定，脱硫效率高，二氧化硫还能高效回收制酸，优化技经指标。

4 实施效果

4.1 降低烟尘发生率及排烟系统管理

通过降低前端烟尘发生率以达到减少烟灰进入后续排烟系统的目的，同时排烟系统的管理使电收尘二次电压及二次电流均有大幅提升，见图3、4；电除尘系统收尘效率提高，降低了出口含尘浓度；转炉白烟尘收尘量较之前每天多回收2t，提高了本工艺段金属铋回收率；减少了烟道积灰，定修周期从6月/次延长到10月/次；降低了废酸原液含铜，提高了铜金属回收率。

图3 闪速炉电收尘变频及工频电源二次电压

图4 闪速炉电收尘变频及工频电源二次电流

4.2 创新定修新模式

定修是维持铜酸系统稳定、高效作业，生产设备持续、可靠运行的一种必要检修手段。但定修一次，整个铜酸系统需停车约8h，系统影响超过10h，每定修一次影响FF精矿处理量1400t、阳极铜产量1000t左右，其它如FF作业率、重油单耗、SO3发生率、Na2S单耗等各项技经指标也受不同程度影响。

4.3 阳极炉烟气回收

利用离子液脱硫装置闲置能力，在不增加能耗的前提下将阳极炉烟气引入，每年回收低浓度SO2制酸400余t，原阳极炉排烟风机为3台，一备两用，烟气引入离子液脱硫后，利用脱硫风机抽力，将排烟风机停运。取消两台，一台做为离子液脱硫装置检修时备用。不仅节约了电费，还减少了设备检修费用，现场作业环境也得到了质的提升。

5 结语

综上所述，通过火法冶炼烟气创新治理实践。降低了职工劳动强度，改善了作业环境，提高了劳动生产率。延长了定修周期，车间相关技经指标得到了提升，如闪速炉作业率等，巩固了在同行业中的领导地位，节能减排，树立绿色发展理念，维护了企业的良好形象。