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稀氧燃烧技术在铜精炼反射炉上的应用.pdf

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    燃烧 技术 精炼 反射炉 应用
    资源描述:
    8 中国有色冶金A 生产实践篇重金属 一一。+ 一+ 、 ;重金属! t 、- - + - + , 稀氧燃烧技术在铜精炼反射炉上的应用 罗雄波 ( 铜陵有色设计研究院,安徽铜陵2 4 4 0 0 0 ) 摘要简要介绍了稀氧燃烧技术的原理,分析了应用稀氧燃烧技术的优势。铜精炼反射炉应用稀 氧燃烧技术后,在节能、环保、降低生产成本等方面取得了显著效果。 关键词铜精炼;稀氧燃烧;反射炉;节能环保 中图分类号 T F 8 1 1 文献标志码 B 文章编号1 6 7 2 6 1 0 3 ( 2 0 1 6 ) 0 5 0 0 0 8 0 3 U 月I J 舌 目前国内铜冶炼厂粗铜火法精炼炉的燃烧系统 大多采用传统的大风量助燃燃料燃烧方式,其工艺 水平不高,能耗高,污染严重。 内蒙古巴彦淖尔市飞尚铜业有限公司是一家年 产1 0 万t 阳极铜的大型铜冶炼企业。2 0 1 3 年,公司 对熔炼系统和P S 转炉吹炼系统进行了一系列的优 化升级和技改提升,2 0 1 4 年底投入运行后,主要产 品产量创历史新高,成本单耗大大降低,但是阳极炉 精炼系统仍然采用的是传统燃烧技术。2 0 1 5 年,为 了进一步节能降耗,符合国家产业政策要求,公司采 用稀氧燃烧技术对阳极精炼系统进行了优化升级和 技术改造。 1 阳极炉精炼系统的现状 飞尚铜业公司冶炼系统采用富氧熔池熔炼- P S 转炉吹炼一固定式阳极炉精炼流程,底吹熔炼炉产 出冰铜,冰铜经P S 转炉吹炼产出粗铜,粗铜送阳极 炉精炼除杂后浇铸成阳极板。 技改前,阳极炉精炼燃烧系统采用的是传统普 通空气助燃重油的燃烧方式,其存在以下问题: 作者简介 罗雄波( 1 9 8 3 一) ,男,湖南末阳人,工程师,主要从事有 色冶金设计咨询工作。 收稿1 3 期 2 0 1 5 1 2 1 8 ( 1 ) 助燃空气有效助燃成分氧气的含量仅2 1 左右,其它约7 8 的含有大量显热的氮气从烟道排 出,造成炉膛内大量的热损失,为了保证热量平衡, 必须燃烧大量的燃料,燃料消耗增加,产品单耗高。 ( 2 ) 炉内温度分布不均匀,且高温火焰对炉体 耐火材料产生不利影响,降低炉衬寿命。 ( 3 ) 需要鼓人大量的空气,导致精炼收尘系统 废气排放量大,不仅需采用大功率的助燃风机,还需要 大功率的排风机,大大增加了精炼风机系统的电耗。 ( 4 ) 阳极炉精炼系统采用粉煤作还原剂,还原阶 段未反应或未完全燃烧的还原剂呈碳黑形式排出,形 成黑烟或附着在铜液表面,造成严重的黑烟污染。 2 稀氧燃烧技术简介 目前,氧气已经被广泛应用于铜熔炼、吹炼工艺 中,用来强化冶炼过程,减少烟气烟尘排放。采 用富氧助燃的稀氧燃烧技术,具有更高效的热效率、 更低的烟气产生量、更快的提温速度和更容易控制 炉内气氛的优点,其也被有色行业所使用2 1 。国内 目前已有铜冶炼企业将稀氧燃烧技术应用于固定式 阳极炉。 2 1 稀氧燃烧技术的原理 传统燃烧技术采用普通空气作为助燃剂,这种 燃烧方式存在烟气量大、热效率低、燃料消耗高等 弊端。在烟气温度达到13 0 0 左右时,烟气带走 的热量高达6 0 以上。 万方数据 2 0 1 6 年1 0 月第5 期罗雄波:稀氧燃烧技术在铜精炼反射炉上的应用 9 稀氧燃烧技术是用氧气替代空气作为助燃剂, 氧气与燃料一起通过不同喷嘴高速射入炉膛中,通 过高速射流的卷吸搅动,燃料和氧气与炉膛内气体 混合燃烧,形成一种稳定的、漫射的、火焰分布均匀 的燃烧加热体系。这种加热体系具有低的火焰峰值 温度且传热均匀,相比传统喷嘴可以减少热点的产 生。同时,炉膛内的高温烟气因高速射流的卷吸搅 动而循环,使火焰燃烧温度降低,并且降低了氮氧化 物的排放。 2 2 稀氧燃烧装置 稀氧燃烧装置由控制阀组、燃烧烧嘴和控制系 统三部分组成。 2 2 1 控制阀组 控制阀组的管路含有氧气管路、重油管路等。 氧气管路总管上设有手动阀、减压阀、压力变送 器、气动切断阀,气动切断阀后分两支路( 中心氧、 卷吸氧) 进烧嘴,每个支路上设快速气动切断阀、流 量计、流量调节阀、压力表等。 重油管路入口设有过滤器,过滤后的重油再经 过气动切断阀、流量计、流量调节阀进入油枪。 此外还设有雾化压缩空气阀组和仪表用压缩空 气阀组等。 2 2 2 燃烧烧嘴 稀氧燃烧烧嘴由油枪、氧枪、烧嘴砖组成。其 中,油枪有3 个通道,分别用来喷射重油、雾化空气 和氧气或压缩空气;氧枪为单通道,只通氧气;烧嘴 砖用来安装固定油枪和氧枪,为铬刚玉材质整体浇 铸的圆柱体,烧嘴砖上另外还预设了用于安装火焰 探测器的火焰探测孔和用于安装点火枪的点火孔。 该烧嘴的特点是能使燃烧火焰均匀而弥散,具 有低的火焰峰值温度和均匀的传热,相比常规空气 火焰烧嘴和普通氧气烧嘴,可以减少热点的产生。 图1 为飞尚铜业公司稀氧燃烧烧嘴示意图。 2 2 3 控制系统 制氧站来的氧气进入燃烧控制阀组,燃烧控制 阀组根据系统需求分别控制其进入中心油枪和氧 枪。重油库来的经过加压、加热的重油进入燃烧控 制阀组,流量阀组根据系统需求进行流量调节进入 中心油枪。氧气、重油通过金属软管进入燃烧烧嘴, 烧嘴安装在专门的烧嘴砖上。 燃烧系统采取自动控制,所有的燃烧工艺参数 可以在人机界面进行调节,包括燃料流量手动设定, 7 氧枪留 氯气入口 火检接口 系统自动跟踪设定值维持稳定运行,氧气流量根据 预设燃烧比例自动调节控制。氧流量在铜精炼炉不 同的运行阶段,可以按比例自动跟踪重油流量,也可 以手动设定,然后自动跟踪设定值。 控制系统上还设有安全连锁控制,主要包括: ( 1 ) 火焰探测安全连锁:当某种原因造成烧嘴 熄火时,火焰探测器给出反馈信号,系统自动关断。 ( 2 ) 氧、燃料比例安全控制:在设定时间内超出 设定范围系统自动关断。 ( 3 ) 系统压力范围安全连锁:当燃料、氧气、雾 化压缩空气等压力低于设定值时,系统自动关断。 ( 4 ) 紧急停车:在紧急情况,按下紧急停止按 钮,系统自动关断。 3 稀氧燃烧技术的应用效果 2 0 1 5 年,飞尚铜业公司对阳极炉精炼系统进行 了技术升级改造,采用稀氧燃烧技术,2 台固定式 阳极炉原采用传统燃烧系统,改造后采用稀氧燃烧 系统。改造后取得了显著效果。 3 1 燃料消耗 技术改造前,阳极精炼炉以重油作为燃料提供 精炼所需热源,助燃风机提供助燃空气。公司传统 燃烧技术下吨阳极铜的燃料单耗约为3 0k g ,平均消 耗燃料约为4 5 0k g h 。 技改后,采用稀氧燃烧技术,并以浓度约为 9 0 的富氧作助燃风,根据国内相似厂家的生产经 验,吨阳极铜的燃料单耗有望降低至1 5k g 以下,平 均燃料消耗可降至2 0 0k g h 左右,下降5 0 左右。 3 2 烟气量 稀氧燃烧技术应用前后,燃烧系统采用的燃料 均为重油,其主要成分见表1 。 1 0 0k g 重油在不同燃烧技术下燃烧产生的烟气 量见表2 。 万方数据 l o 中国有色冶金A 生产实践篇重金属 表1重油主要成分 由表2 可见,稀氧燃烧技术的应用,可以使单位 重油燃烧产生的烟气量降低约7 4 以上。 阳极炉精炼系统排出的烟气除燃料燃烧产生的 烟气外,还有还原剂燃烧产生的烟气以及系统漏风 等,而且不同生产阶段产生的烟气量也不尽相同。 两种燃烧方式最终出炉的烟气量分别为:传统燃烧 技术60 0 0 11 0 0 0m 3 h ;稀氧燃烧技术30 0 0 55 0 0m 3 h 。 表2 1 0 0k g 重油两种燃烧技术燃烧烟气对比 因此,稀氧燃烧技术应用后,精炼系统的出炉烟 气可以降低5 0 左右。 3 3 风机系统 技术改造后,由于采用氧气取代空气助燃,风 机系统的电耗大大降低。对阳极炉风机系统改造如 下: ( 1 ) 由于无需鼓入空气,原4 5k W 的燃烧风机 停运。 ( 2 ) 由于精炼系统产生的烟气量大大降低,采 用功率为3 7k W 的引风机取代原功率为5 5k W 的引 风机。 3 4 能耗 按每月生产3 0d 计,传统燃烧技术和稀氧燃烧 技术的能耗对比见表3 。 表3 两种燃烧技术的能耗对比 由表3 可知,采用稀氧燃烧技术,预估每个月可 节约成本约3 8 8 万元。 3 5 环境状况 改造后,降低了燃料的使用量,烟气排放量减少 了5 0 ,C O ,的排放量也大大减少,实现了低碳排 放;同时,由于采用富氧燃烧,炉膛内氮气含量减少, 烟气中的N O ,排放量减少;碳黑在炉内进一步燃 烧,减少了黑烟冒出,大大改善了操作环境。 4 结语 ( 1 ) 采用稀氧燃烧技术后,由于炉膛内无明显 火焰,热量扩散均匀,提高了炉膛内铜水与炉膛温度 的热交换效率,同时,燃烧产生的烟气量少,被烟气 带走的热量减少,吨阳极铜的燃料消耗降低,单位加 工成本降低。 ( 2 ) 改造后,取消了助燃风机,炉况的可控性 强,操作简单,参数调整快捷,同时降低了收尘引风 机的使用功率,精炼系统的节能效果更加显著,进一 步降低了生产成本。 ( 3 ) 改造后,还原期冒黑烟问题得到改善,操作 环境得到改善。 ( 下转第1 3 页) 万方数据 2 0 1 6 年1 0 月第5 期陈涛等:I N B A 粒化工艺在铅冶炼中的应用 。1 3 现改为压缩空气吹扫,效果良好。 3 1 3 转鼓分配箱内衬材料改进 原设计转鼓分配箱内衬耐磨钢板,使用过程中 钢板磨损严重,使分配箱出现漏点。改为采用厚度 为4 0m m 大理石板,取代耐磨钢板,延长了分配箱 使用寿命,同时降低了生产成本。 3 1 4 皮带增加限位器 原设计移动胶带运输机无限位连锁,在生产过 程中经常出现皮带跑偏的现象,现于皮带两侧增加 限位器,当皮带跑偏较大,触碰到两侧的限位器时, 皮带会自动停止运行,但皮带停止会导致转鼓脱水 渣无法排出,发生转鼓被渣压死事故,故放渣时,转 鼓皮带设专人巡检,及时调节,避免跑偏过大导致皮 带急停或转鼓压死事故。 3 2 存在的问题 ( 1 ) I N B A 粒化和脱水系统的用水全部采用生 产回用水,水中氯根含量偏高,造成渣浆泵叶轮、壳 体、管路腐蚀磨损严重,转鼓筛网更换频繁。 ( 2 ) 生产中还原炉渣的粒化效果较差,主要原 因是还原炉渣成分复杂、渣性差,其次是放渣溜槽角 度大及溜槽过长,渣流速度快,渣量大导致还原炉渣 粒化效果差。 4 结语 目前,I N B A 渣粒化已广泛应用于钢铁行业,工 艺成熟可靠口 ,设备运行稳定,在铅冶炼及其他有 色冶炼行业应用还有待进一步推广。山东恒邦冶炼 股份有限公司炉渣I N B A 粒化工艺合理地利用厂房 配置,占地面积小,布局紧凑,自动化程度高,水渣质 量好,冲渣水闭路循环无外排,安全度高。此外,生 产实践证明,利用该工艺处理铅冶炼炉渣,能彻底解 决烟尘,蒸汽对环境的污染,改善车问作业环境,提 高自动化水平。 参考文献 1 王兴,吴晓松烟化炉渣粒化工艺设计分析 J 湖南有色金 属,2 0 1 4 ,3 0 ( 1 ) :2 6 2 7 2 胡文凯冲渣水压对水渣的堆比重及粒度的影响 J 钢铁研 究,2 0 0 2 ,( 1 ) :1 2 3 王茂华,汪保平,惠志刚高炉渣处理方法 J 鞍钢技术, 2 0 0 6 。( 2 ) :2 4 A p p l i c a t i o no fI N B Ag r a n u l a t i o np r o c e s si nl e a ds m e l t i n g C H E NT a o ,H A NB i n b i n ,C U IQ i - l e i ,C H A N GY u n - h u i A b s t r a c t :I N B Ag r a n u l a t i o np r o c e s si si n t r o d u c e di n t on o n f e r r o u sm e t a l ss m e l t i n gi n d u s t r yf r o mt h ei r o n - m a k i n g
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