【doc】 铜回转式阳极炉燃煤工艺技术的探讨

【doc】 铜回转式阳极炉燃煤工艺技术的探讨 铜回转式阳极炉燃煤工艺技术的探讨 2005年10月第5期铜回转式阳极炉燃煤工艺技术的探讨——张建坤等?39? 铜回转式阳极炉燃煤工艺技术的探讨 张建坤王勇杨小琴聂新如 (云南铜业股份有限公司,云南昆明650102) 【摘要】介绍了云南铜业股份有限公司利用新建的2台350t回转式阳极炉进行以粉煤作为燃料的工 艺技术开发情况.提出了铜火法精炼回转式阳极炉用粉煤作燃料在工艺和 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 施工中存在的问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 和难 点.对比 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 了燃煤回转式阳极炉具有的优势. 【关键词】粗铜;火法精炼;固定式反射炉;回转式阳极炉;燃料;粉煤 【中图分类号】TF811.031.1【文献标识码】B【文章编号】1672—6103(2005)05一0039—05 l概述 目前.国际原油价格猛涨.给中国这样一个石 油资源短缺,经济发展迅猛,高度依赖国际石油市 场供给的国家带来了严重的危机.多年以前国家就 针对我国煤资源丰富的特点.展开了以煤代油能源 战略的开发和研究.铜火法冶炼是能耗大户.国内 铜火法精炼大多用重油作为燃料.目前国内电解铜 产量已达到206.14万t.按不完全统计,国内年产 200万t电解铜时.铜火法精炼所需重油就多达lO, 22.5万t.预计我国电解铜产能很快将突破300 万t,所耗重油将升至l5,33万t,这一趋势的发展 加重了我国”多煤少油”的能源结构矛盾. 粗铜火法精炼是冰铜吹炼和电解精炼之间的 一 道重要工序.精炼炉炉型有固定式反射炉,倾动 式阳极炉和回转式阳极炉.倾动式阳极炉一般用于 再生铜生产(处理固体物料).机械化程度高.但一 次性投资大.很少被采用.固定式反射炉是早期传 统的精炼炉设备.其原料和燃料适应性好.可处理 热料也可处理冷料,燃料有液体(重油,柴油等),气 体(天然气等)和固体(粉煤等)多种形式,固定式反 射炉具有结构简单,操作容易,投资省,建设周期短 等优点,但操作环境差,出铜操作的安全性差.劳动 强度大.回转式阳极炉主要用于处理热料.很少处 理冷料,燃料大多采用重油或天然气.回转式阳极 炉机械化程度高,操作可控制性好,劳动生产率高, [作者简介]~(1975--),男,云南巍山人,昆明理工大学冶金系 有色金属冶金专业毕业,工学学士,工程师,从事生产技术管理工作. 出铜操作安全性较反射炉好.国内外大型的炼铜企 业一般都选用回转式阳极炉. 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 1列出了部分厂家 火法精炼炉炉型和燃料情况 从表1可看出.采用煤作为精炼炉的燃料.成本 低的优势非常明显.国内回转式阳极炉没有采用粉 煤作为燃料的先例.燃煤回转式阳极炉是铜火法精 炼的新工艺技术.具有一定的创新性和挑战性,是 值得研究和开发的技术项目 云南铜业股份有限公司铜火法精炼系统现有3 台设计能力为150t的固定式反射炉,2004年火法 精炼系统生产阳极板约3O万t.设备已达满负荷状 态.工人劳动强度大,车间作业条件差.在熔炼,转 炉,电解相继实行扩产及技术改造后.产量发展要 求和生产能力不足的矛盾将更加明显.火法精炼系 统如不实施改造.将成为限制公司发展的薄弱环 节. 要提高公司火法精炼工宇的技术装备水平.必 须将传统落后的固定式反射炉改为现代先进的回 转式阳极炉.重油是铜火法精炼回转式阳极炉严重 依赖的燃料.如果回转式阳极炉采用重油作为燃 料.按公司近期生产目标35万t阴极铜计算,每年 需要重油17000多t,这将给公司燃料采购和运输 造成巨大的压力.重油供给将是一个”瓶颈”.如果 改用煤作为铜回转式阳极炉的燃料.按重油价格2 300元/t,吨铜燃料消耗4Ok:,煤的价格570元/t计 算.云铜每年将少支出燃料费2500万元以上.所 以.云南铜业股份有限公司采用燃煤回转式阳极炉 工艺技术势在必行. ? 40?中固有色冶4t-口工艺改进 注:为云铜固定式反射炉的实际指标. 2铜回转式阳极炉燃煤工艺技术的可 行性 根据对铜回转式阳极炉采用粉煤作为燃料存 在问题和关键技术的认知和研究,以及对应对措施 粉煤———T_一 粗铜(自转炉 空气l环状天平计重机系统 精炼渣 t 返转炉 或方案的长期试验和论证,认为铜回转式阳极炉燃 煤工艺技术是可行的. 2.1工艺流程 云南铜业股份有限公司在新建的2台350t回 转式阳极炉上实施燃煤工艺技术,工艺流程见图1. 氧化压缩空气还原剂(固体 回转式阳极炉 自动定量双圆盘浇铸 不合格阳极板 t 返转炉 合格阳极板 t 送电解精炼 图1工艺流程图 目前,云铜燃煤回转式阳极炉工程施工已接近尾声. 云铜燃煤回转式阳极炉由阳极炉本体及回转 支撑系统,驱动系统,托轮和减速机润滑系统,供风 系统,炉体冷却水系统,粉煤接收与燃烧系统,烟气 收集和处理系统,供配电系统,炉子倾转控制系统 等组成.与国内其它燃油回转式阳极炉相比,云铜 燃煤回转式阳极炉除燃烧系统,烟气收集和处理系 统外,其余系统基本与燃油回转式阳极炉相同. 2.2主要问题和技术难点 通过分析.回转式阳极炉采用粉煤燃料在工艺 气(烟囱排放) 和工程施工中主要存在如下问题和技术难点: (1)粉煤燃烧带来的传质传热问题; (2)研发适宜回转式阳极炉设备及工艺要求 的油煤混合烧嘴: (3)研究适应燃煤回转式阳极炉结构的烟气 排出方式和烟气处理系统; (4)将粉煤输送到燃烧器上的传输及燃烧控制 问题: (5)粉煤灰的造渣分离问题; (6)万向节的密封性和耐磨性问题; 2005年10月第5期铜回转式阳极炉燃煤工艺技术的探讨——张建 坤等.41. (7)固体还原剂输送,喷吹装置与回转式阳极 炉的连接问题. 2.3应对措施 云铜公司在火法二期技术改造(新建2台350t 回转式阳极炉)时,炉体结构按燃煤工艺要求设计, 对炉子的操作,炉渣的处理,炉体的设计,粉煤烧嘴 的结构等作了多方面的可行性论证.针对回转式阳 极炉采用粉煤作为燃料在工艺和工程施工中存在 的问题,开展了如下技术开发和攻关工作. 2.3.1氮气底吹透气砖的开发 采用粉煤作为燃料时,由于煤的灰份高.增加 了炉渣量,一方面影响了火焰与铜液之间的传质和 传热效果.另一方面增加回转式阳极炉的排渣难 度.为解决上述问题.采用氮气底吹透气砖技术.通 入惰性气体加强铜熔体搅动(见图2),使传热和传 质加快,缩短铜水升温操作周期,提高能源的利用 率,达到节能降耗的目的.目前钢铁行业使用的透 气砖,在使用环境和使用寿命上不能满足回转式阳 极炉火法精炼过程的要求.在炼铜行业特别是回转 式精炼炉上,仅奥镁公司独家拥有该技术,设备价 格昂贵.为此,云南铜业股份有限公司进行了铜火 法精炼回转式阳极炉氮气底吹透气砖技术的开发 工作.通过透气砖对铜液的亲润性,渗透性试验和 透气砖的寿命考验试验,初步确定了工艺控制参 数,透气砖的材质和结构形式,并对氮气气源控制 完成了初步的工艺实施方案和设备选型.通过前期 试验工作,认为在回转式阳极炉上使用自行开发的 氮气底吹透气砖是完全可行的.目前,正在进行氮 气底吹透气砖系统的工程设计. 垦壶堕堡亘垡 正常的最高熔体液面线 铜液 氮气或压—— 缩空气厂_.供气控制系统 7 旁通管(最大通气量时使用) / 图2氮气底吹透气砖系统示意图 2.3.2油煤混合烧嘴的研发 火法精炼过程要求炉内各区域温度均衡.不同 的煤种其燃烧特性不同.在约llm的炉膛空间内. 为确保温度均衡,不仅要考虑煤的快速燃烧.还要 解决火焰的延展性和铺展性,即要求燃烧器的燃烧 火焰具有可调性.由于回转式阳极炉烧嘴需随炉体 一 起转动.因此无法选择多通道的粉煤烧嘴结构. 必须研制通过内部结构可对粉煤一空气气固混合相 进行分配,调节并具有高效动力学条件的燃烧器. 为满足开炉过程中炉衬耐火材料对升温曲线的要 求,这种烧嘴还需具备燃烧柴油的功能.以满足升 温过程中低温段控制的要求. 目前,已研制出了适应于回转式阳极炉使用的 煤混合烧嘴.并在固定式反射炉上进行了适应性燃 烧试验,试验结果证明.此烧嘴不仅升温快.火焰可 调性强,铺展性好.测温仪测量结果,在同等煤量的 情况下,新烧嘴的火焰燃烧温度比老烧嘴提高50, 100?,燃烧效果非常明显.通过计算和论证,认为 该烧嘴完全可以满足回转式阳极炉烘炉和精炼过 程对燃烧温度的要求. 2.3.3烟气达标处理和排放方案的研究 粉煤与重油相比最大特点是发热值低,灰份 高,回转式阳极炉采用粉煤燃烧的另一个难点是烟 气出口的粘结和冲刷腐蚀问题.此外,由于煤的灰 份较高,采用粉煤做燃料时,烟气含尘较高,为满足 严格的环保要求,需选择合适的烟气处理方案. 从环保角度考虑,就粉煤燃烧的烟气含尘问 题,技术开发小组成员通过对火力发电厂和水泥厂 进行考察.认为燃煤回转式阳极炉烟气采用以电收 尘器为主的处理设施是可行的,因此,在工艺上,选 用中压余热锅炉和电收尘器(现有设备)对回转式阳 极炉烟气进行处理,以满足王保要求.关于烟气排 出方式,兼顾余热回收和烟气出口的粘结问题.采 用了与燃油回转式阳极炉不同的径向排烟方式(见 图3和图4) 排烟口 l 一一 I Il 烧l 室 图3燃油回转式阳极炉排烟方式 2.3.4粉煤灰造渣分离技术的研究 回转式阳极炉内熔体温度一般低于1300?. 而煤灰中大部分成分的熔点均大于该温度.传统的 固定式反射炉一般采用人工扒渣的方式.将半熔融 々一 ? 42?中固有色冶金口工艺改进 图4云铜燃煤回转式阳极炉排烟方式 渣排出,回转式阳极炉的结构特点决定了不能采取 人工扒渣的方式,而是选择适宜的低熔点熔渣体 系,便于渣的分离和排出. 经过充分的煤质调研,选择合适的煤种,结合 多年的固定式反射炉燃煤经验.通过操作控制解决 了粉煤灰的造渣分离问题 2.3.5粉煤传输方式及燃烧控制方式的选择 不同的火法精炼操作过程.需要控制不同的燃 烧气氛和温度,这就需要建立适宜于不同反应阶段 的数学模型,利用计算机对工艺过程进行稳定控 制,以达到工艺质量要求和环保要求.为此,在设计 中设置了粉煤和燃烧风的精确计量和调节手段.采 用先进的粉煤计量技术和双闭环比值调节控制技 术对粉煤燃烧进行精确控制. 2.3.6万向节的研制开发 回转炉烧嘴前有一段钢性管要随炉体回转,万 向节的使用环境与烧重油和天燃气不同,结构更复 杂,在设计中要对粉煤输送连接管进行创新,设计 出适于烧粉煤的回转式的耐磨性,密封性好的万向 节.这一点在阳极炉的工程设计中,从万向节的材 质和结构上予以解决. 2.3.7固体还原剂使用技术及设备的研发 回转式阳极炉一般采用柴油,液化石油气等液 体或气体还原剂,为降低生产运行费用,利用公司 成功经验,使用固体还原剂作为回转式阳极炉的还 原剂,并实现固体还原剂的自动连续喷吹. 采用液体或气体还原剂的回转式阳极炉.其氧 化还原喷嘴有两根进口管,在还原时,一根通压缩 风,一根通还原剂,混合后由喷出口喷入炉内.采用 固体还原剂时,管道堵塞的机率较大,不能照搬上 述模式.通过参考现有反射炉的还原操作方式,确 定了固体还原剂喷吹装置与回转式阳极炉炉体连 接的实施方案(如图5),开发的固体还原剂的输送 和喷吹设备,可实现连续自动喷吹. 压缩空 气入口 图5固体还原剂喷吹装置与炉体的连接示意图 3燃煤回转式阳极炉技术经济指标 分析 云铜燃煤回转式阳极炉与国内其它燃油回转 式阳极炉的不同.主要体现在由于燃料和还原剂的 不同,导致燃烧系统,还原剂喷吹系统,烟气收集和 处理系统存在差别,而其余系统基本相同. 3.1燃煤回转式阳极炉主要技术指标 云铜燃煤回转式阳极炉主要技术指标见表2. 表2云铜燃煤回转式阳极炉主要技术指标 与燃油回转式阳极炉相比,云铜燃煤回转式阳 极炉的创新点在于采用粉煤作为燃料,并有如下创 新: (1)采用粉煤代替重油作为燃料,改善炼铜回 转式阳极炉燃料结构.在大型冶金炉窑的能源替代 上具有创新性. (2)使用自行研制的氮气底吹透气砖技术,改 善铜火法精炼过程的传质,传热效果,具有节能降 耗的作用. (3)由于粉煤灰份大,容易造成回转式阳极炉 2005年10月第5期铜回转式阳极炉燃煤工艺技术的探讨——张建 坤等?43? 烟道VI粘结堵塞,烟气排放不通畅,影响炉内气氛, 使操作运行不能顺利进行.为此,采用径向排烟技 术. (4)自行研制的油煤混合烧嘴,满足了烘炉和 操作工艺的要求. (5)使用固体还原剂. 3.2铜回转式阳极炉燃煤工艺技术的经济和社会 效益 云南地处西南边陲,石油全部靠外界供应,如 果采用石油作为燃料,每年要花费大量的运输费用, 而且影响企业的生产.此外?,我国煤炭资源相对比 较丰富,煤的价格比石油低很多,采用粉煤作为阳 极炉燃料.可以大大降低能源消耗费用.基于本公 司固定式反射炉所取得的燃煤消耗指标,通过分析 计算.认为燃煤回转式阳极炉吨阳极铜的燃煤消耗 可达45kg.表3显示了燃油回转式阳极炉和燃煤回 转式阳极炉燃料消耗费用的对比情况. 从上表3可以看出.燃煤回转式阳极炉与燃油 表3燃油回转式阳极炉和燃煤回转式阳极炉燃料消耗对比(年产35 万t阳极铜) 为设计计算值. 回转式阳极炉相比,燃料成本有明显的优势,吨铜 燃料消耗费用达到国际先进水平. 回转式阳极炉采用粉煤作为燃料,适应国家能 源结构,可以摆脱铜火法精炼对重油燃料的依赖, 降低生产运行成本.以云铜为例,即使按国内最好 的吨铜燃料消耗指标40kg计算,每年将额外支出 燃料费用2500万元以上;按国内年产200万t电 解铜计,铜火法精炼所需重油燃料就多达l0,22.5 万t,如推广采用该技术,所创经济效益每年可达 1.4~4.2亿元.不仅如此,铜火法精炼采用粉煤做燃 料,为我国开拓出了一条新的以煤代油的路子.而 且还可缓解国家石油工业原油进口的压力.促进煤 炭工业的发展. 4结论 (1)回转式阳极炉采用粉煤作为燃料.适应国 家能源结构,并可降低铜火法精炼对石油资源的依 赖.对铜冶炼企业降低生产运行成本具有重要意 义. (2)云铜经过长期试验论证,认为铜回转式阳 极炉燃煤工艺技术是可行的.并在新建的2台350t 回转式阳极炉上实施. (3)云铜回转式阳极炉采用燃煤工艺技术,每 年可节约燃料消耗费用2500万元以上. (4)铜精炼回转式阳极炉燃煤工艺技术的成 功实施,可使每吨阳极铜的燃料消耗费用指标达国 际先进水平. f参考文献1 【1]北京有色冶金设计研究总院等编.重有色金属冶炼设计手册(铜 镍卷)[M],北京:冶金工业出版社,1996, [2】《有色冶金炉设计手册》编委会,有色冶金炉设计手册[M].北京: 冶金工业出版社.2000. [3]朱祖泽,贺家齐.现代铜冶金学[MI.北京:科学出版礼,2003. Discussiononcopperrotaryanodefurnaceprocessusingcoalasfuel ZHANGJian——kunWANGYongYANGXiao-qinNIEXin-ru Abstract:Thispaperdescribesthedevelopmentoftheprocessusingpulverizedcoalasfiaelfortwo350trotary anodefurnacesnewlybuiltinYunnanCopperCo.,Ltd.,pointsoutproblemsanddifficult3rconcerningtheprocess andconstructionofrotaryanodefurnaceforcopperfirerefiningusingpulverizedcoalasfuelandanalysesby comparisonthesuperiorityofthecoal-firedrotaryanodefurnace. Keywords:blistercopper;firerefining;stationaryreverberatoryfurnace;rotaryanodefurnace;fuel;pulverizedcoal