富氧側(cè)吹熔池熔煉爐煉銅煙氣中單體硫的產(chǎn)生及處理

姜元順，王舉良

(煙臺(tái)鵬暉銅業(yè)有限公司，山東 煙臺(tái) 264002)

富氧側(cè)吹熔池熔煉爐煉銅煙氣中單體硫的產(chǎn)生及處理

姜元順，王舉良

(煙臺(tái)鵬暉銅業(yè)有限公司，山東 煙臺(tái) 264002)

分析了富氧側(cè)吹熔池熔煉爐煉銅煙氣中單體硫含量高的原因及危害，通過向爐內(nèi)和爐出口補(bǔ)充富氧空氣，調(diào)整爐料中煤的加入方式，降低了煙氣中單體硫的含量。

富氧；側(cè)吹熔池熔煉爐；煉銅；煙氣；單體硫

0 前言

煙臺(tái)鵬暉銅業(yè)有限公司原煉銅工藝為密閉鼓風(fēng)爐熔煉－連續(xù)吹煉爐吹煉。冶煉煙氣送入硫酸系統(tǒng)，經(jīng)過空塔、填料塔、間冷器、電除霧凈化，采用兩轉(zhuǎn)兩吸工藝制酸。2005年國家出臺(tái)政策，要求2007年底前關(guān)停密閉鼓風(fēng)爐煉銅工藝。2006年煙臺(tái)鵬暉銅業(yè)有限公司與中國恩菲工程技術(shù)有限公司合作，研發(fā)了富氧側(cè)吹熔池熔煉工藝。該工藝的熔煉爐、沉降電爐、連續(xù)吹煉爐從高到低布置，爐子之間通過流槽輸送熔體，克服了熔體由行車和包子倒運(yùn)的缺陷，是一種高效、節(jié)能、環(huán)保的煉銅新工藝，項(xiàng)目于2008年2月投產(chǎn)。

富氧側(cè)吹熔池熔煉爐是富氧熔池熔煉爐型之一，集物料的干燥、焙燒和熔煉于一爐。富氧空氣從爐子兩側(cè)浸沒入熔體的風(fēng)眼鼓入熔池；精礦、熔劑、返渣、煤按一定的比例混合均勻，經(jīng)過計(jì)量，由皮帶機(jī)從爐頂加料口加入；鼓入爐內(nèi)的富氧空氣使?fàn)t料和熔體激烈攪動(dòng)，在爐中形成氣-液-固三相間的傳熱和傳質(zhì)，加快入爐物料的干燥、分解、熔化，完成造渣、造锍反應(yīng)；產(chǎn)出的銅熔體經(jīng)虹吸通道進(jìn)入沉降電爐，完成澄清分離，得到冰銅和熔煉渣。熔煉產(chǎn)生的煙氣經(jīng)余熱鍋爐冷卻、電收塵收塵后送硫酸系統(tǒng)。

富氧側(cè)吹熔池熔煉爐不僅生產(chǎn)效率高，而且對(duì)爐料的適應(yīng)性強(qiáng)，爐料的含水量、粒度、化學(xué)成分等可以有較大范圍的波動(dòng)，這對(duì)于處理多種原料的企業(yè)具有重要的意義。

投產(chǎn)初期，富氧側(cè)吹熔池熔煉爐產(chǎn)生的煙氣中單體硫含量較高，影響了硫酸系統(tǒng)的生產(chǎn)，公司采取一系列相應(yīng)的措施，使該問題得以解決。

1 單體硫的產(chǎn)生及影響

1.1 單體硫的產(chǎn)生

富氧側(cè)吹熔池熔煉爐內(nèi)進(jìn)行的是一個(gè)強(qiáng)化的冶金過程。富氧空氣從爐子的兩側(cè)鼓入熔池，使?fàn)t料和熔體激烈攪動(dòng)，物料加速分解和熔化，O2利用率達(dá)到97%以上，爐子余熱鍋爐出口煙氣含O2小于1%，硫化物在爐內(nèi)分解、熔化并進(jìn)一步造渣，部分分解出來的單體硫沒有和O2反應(yīng)，仍以單體硫的形式存在于煙氣中。煙氣中單體硫含量高將影響冶煉系統(tǒng)和硫酸系統(tǒng)的正常生產(chǎn)。

1.2 單體硫?qū)ιa(chǎn)的影響

富氧側(cè)吹熔池熔煉爐煙氣中的單體硫部分在余熱鍋爐與O2繼續(xù)反應(yīng)，其余一部分在電收塵中仍與O2反應(yīng)，剩余的隨煙氣進(jìn)入硫酸凈化工序。煙氣在凈化工序降溫，其中的單體硫分離出來。由于單體硫粘性較大，粘結(jié)在凈化工序的間冷器上，造成設(shè)備阻力增大，無法正常工作，只得停車清理，導(dǎo)致冶煉系統(tǒng)煙氣直接排空，污染環(huán)境，并造成硫資源的浪費(fèi)。

間冷器清理出來的黃色堵塞物，用火點(diǎn)燃可以全部燃燒，發(fā)出硫磺燃燒的氣味，經(jīng)分析，其含硫在85%以上。

2 解決措施

2.1 向煙氣中補(bǔ)氧

由于富氧側(cè)吹熔池熔煉爐和連續(xù)吹煉爐的煙氣在電收塵前混合，設(shè)備和煙道在負(fù)壓狀態(tài)下漏風(fēng)，空氣中的O2又與煙氣中的單體硫反應(yīng)生成SO2，因此，在生產(chǎn)系統(tǒng)不同位置取樣，煙氣中的單體硫含量不同。依照間冷器黃色堵塞物進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果表明，富氧側(cè)吹熔池熔煉爐余熱鍋爐出口煙氣中的單體硫必須控制在0.5 g/m3以下，才能保證間冷器正常工作。而煙氣中的單體硫取樣分析比較復(fù)雜，并且周期長，故采取分析煙氣中的O2含量方式（只需30 min）。并且掌握煙氣中的O2含量，也便于向煙氣中補(bǔ)氧控制。

解決單體硫堵塞間冷器主要有兩種方案：一是降低煙氣中的單體硫含量；二是把易堵塞的間冷器去掉，在填料塔增加板式換熱器，代替間冷器冷卻煙氣。前一種方案如果可行，投資少，見效快；后一種方案投資大，速度慢，故先考慮前一種方案。

2.1.1 補(bǔ)氧位置和管道內(nèi)徑的選擇

單體硫的產(chǎn)生是因?yàn)闊煔庵蠴2含量低，解決的方法是補(bǔ)氧。富氧側(cè)吹熔池熔煉爐使用的富氧空氣含O232.79%,最初是加大爐頂2組加料口料封的補(bǔ)氧量，由于每組加料口料封的補(bǔ)氧管道內(nèi)徑為25 mm,富氧空氣流量小，作用不明顯。之后又臨時(shí)增加了1個(gè)內(nèi)徑為150 mm的補(bǔ)氧管道，從東面的加料口向爐中補(bǔ)充富氧空氣，煙氣中單體硫明顯減少，硫酸系統(tǒng)能夠正常生產(chǎn)。這表明，向煙氣中補(bǔ)充適量的氧，能夠降低其中的單體硫，維持冶煉系統(tǒng)和硫酸系統(tǒng)的正常生產(chǎn)。

用臨時(shí)增加的內(nèi)徑為150 mm的補(bǔ)氧管道，從東面的加料口向爐中補(bǔ)充富氧空氣16 h，由于補(bǔ)氧造成加料口溫度低，此處爐結(jié)較多，只得將補(bǔ)氧管撤下。由此煙氣中的O2含量下降，單體硫增加，堵塞間冷器，冶煉系統(tǒng)和硫酸系統(tǒng)的正常生產(chǎn)受到影響。后在爐頭和爐尾分別增加1個(gè)內(nèi)徑為150 mm的補(bǔ)氧管，向爐中補(bǔ)充富氧空氣。爐頭補(bǔ)進(jìn)的富氧空氣進(jìn)入爐中，大部分的O2用于爐料中的煤反應(yīng)燃燒，對(duì)降低煙氣中的單體硫作用較小；爐尾補(bǔ)進(jìn)的富氧空氣進(jìn)入爐出口煙氣中，大部分的O2與煙氣中的單體硫反應(yīng)生成SO2，對(duì)降低煙氣中的單體硫作用較大。

2008年6月，富氧側(cè)吹熔池熔煉爐停爐檢修，將爐尾1個(gè)內(nèi)徑為150 mm的補(bǔ)氧管改為2個(gè)內(nèi)徑為100 mm的補(bǔ)氧管，為了便于觀察爐況和清理補(bǔ)氧口的爐結(jié)，將密閉鼓風(fēng)爐拆下的風(fēng)口安裝在補(bǔ)氧管路上。2010年2月，富氧側(cè)吹熔池熔煉爐停爐大修，又將爐頂2組加料口料封的補(bǔ)氧管內(nèi)徑由25 mm改為40 mm。

2.1.2 補(bǔ)氧量的計(jì)量及控制

補(bǔ)氧量的計(jì)量及控制十分重要。剛開始試車時(shí)，補(bǔ)氧的管路是臨時(shí)安裝的，沒有計(jì)量儀表，只能檢測(cè)煙氣中的O2含量。因?yàn)楦谎鮽?cè)吹熔池熔煉爐出口煙氣的溫度高達(dá)1 100～1 150℃，其中的單體硫在余熱鍋爐中與O2繼續(xù)反應(yīng)；而余熱鍋爐出口的煙氣溫度比較低，在300～360℃，所以選在余熱鍋爐出口取樣，用奧氏氣體分析儀檢測(cè)煙氣中的O2含量。單體硫含量較高的時(shí)間，取樣分析煙氣中的O2含量在1%以下。根據(jù)密閉鼓風(fēng)爐煉銅處理煙氣中的單體硫含量高的經(jīng)驗(yàn)，爐出口煙氣中的O2含量控制在1%～4%，確定富氧側(cè)吹熔池熔煉爐余熱鍋爐出口煙氣中的O2含量控制在3%～5%。

2008年6月，富氧側(cè)吹熔池熔煉爐停爐檢修，在爐頭和爐尾的補(bǔ)氧管路上分別安裝了氣體流量計(jì)，用于計(jì)量富氧空氣的流量。2009年3月，富氧側(cè)吹熔池熔煉爐停爐大修，又分別在爐頂2組加料口料封的補(bǔ)氧管路上安裝了氣體流量計(jì)，用于計(jì)量補(bǔ)進(jìn)的富氧空氣。

改進(jìn)后，由富氧側(cè)吹熔池熔煉爐兩側(cè)鼓入熔池的富氧空氣量為15 000～17 000 m3/h,爐頭補(bǔ)進(jìn)的富氧空氣量為1 600～1 800m3/h,爐尾補(bǔ)進(jìn)的富氧空氣量為4 800～5 000 m3/h,爐頂加料口料封補(bǔ)進(jìn)的富氧空氣量為800～1 000 m3/h,入爐的富氧空氣量總計(jì)23 000～24 000 m3/h。

2.2 調(diào)整煤的加入方式

2.2.1 煤的粒度和加入方式

在富氧側(cè)吹熔池熔煉爐方案論證時(shí)，決定爐料中的燃料采用煤，煤的加入量為總爐料的6%左右，粒度3～30 mm，銅精礦以外其它物料的粒度3～20 mm，煤與銅精礦及其它物料均在料倉中計(jì)量配料，通過皮帶機(jī)送到爐前料倉儲(chǔ)存，然后經(jīng)計(jì)量和加料皮帶機(jī)送入富氧側(cè)吹熔池熔煉爐。

在工程建設(shè)準(zhǔn)備爐料時(shí)，從降低生產(chǎn)成本考慮，認(rèn)為煤礦生產(chǎn)的原煤最經(jīng)濟(jì)，所以選用原煤作燃料。然而，原煤的粒度范圍較大，從小于1 mm到50 mm，個(gè)別的甚至超過50 mm。富氧側(cè)吹熔池熔煉爐試車時(shí)，將這種粒度范圍的原煤與其它物料在料倉中計(jì)量配料。

向煙氣中補(bǔ)充富氧空氣，使余熱鍋爐出口煙氣中的O2含量在3%～5%，單體硫含量高的問題得到有效控制。但是，余熱鍋爐出口煙氣中的O2含量達(dá)到3%以上，煙氣中單體硫含量高的情況仍時(shí)有發(fā)生。對(duì)從料倉到富氧側(cè)吹熔池熔煉爐的每個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)認(rèn)真檢查，發(fā)現(xiàn)是由于入爐料中煤的加入量波動(dòng)而引起的。配料時(shí)煤是按比例加入到爐料中的，但混均勻的爐料進(jìn)入爐前料倉時(shí)，粒度較大的煤塊大部分滾到靠近爐前料倉倉壁的位置。給料時(shí)，爐前料倉中間的混合爐料先下，靠近爐前料倉倉壁的混合爐料后下，這些混合爐料中粒度較大的煤塊較多，煤含量自然就高，過量的煤在富氧側(cè)吹熔池熔煉爐中燃燒耗用較多的O2，造成余熱鍋爐出口煙氣中的O2含量低，煙氣中的單體硫含量高。由于余熱鍋爐出口煙氣中的O2含量是間斷取樣分析的，故取樣時(shí)余熱鍋爐出口煙氣中的O2含量不一定低。

2.2.2 煤加入方式的調(diào)整

開始是把進(jìn)來的原煤用30 mm×30 mm篩子進(jìn)行篩分，將篩出的煤塊破碎至10 mm以下再進(jìn)行配料；后來認(rèn)為煤塊在熔池中存留時(shí)間較長，有利于降低熔體中的Fe3O4含量,從而降低富氧側(cè)吹熔池熔煉爐的爐渣含銅量。所以，把篩出的煤塊單獨(dú)運(yùn)送到爐前煤倉，再通過計(jì)量和皮帶機(jī)與其它混合爐料混合后加到富氧側(cè)吹熔池熔煉爐。將煤塊篩出，單獨(dú)運(yùn)送，避免了煤塊與它爐料混合后在爐前料倉發(fā)生煤塊偏析，使入爐料中煤含量基本穩(wěn)定。

如果入爐料成分穩(wěn)定，余熱鍋爐出口煙氣中的O2含量達(dá)2%，也不會(huì)發(fā)生煙氣中單體硫含量高的問題。

3 結(jié)語

富氧側(cè)吹熔池熔煉爐煙氣中單體硫含量高，導(dǎo)致冶煉系統(tǒng)和硫酸系統(tǒng)的生產(chǎn)不能正常進(jìn)行，這種情況是余熱鍋爐出口煙氣中的O2含量低于2%造成的。余熱鍋爐出口煙氣中的單體硫含量要控制在0.5 g/m3以下，才能保證間冷器正常工作。在富氧側(cè)吹熔池熔煉爐出口向煙氣中補(bǔ)充富氧空氣，降低煙氣中的單體硫含量的效果比較明顯。加入富氧側(cè)吹熔池熔煉爐的煤，粒度大于30 mm的不再經(jīng)過儲(chǔ)料倉，要單獨(dú)計(jì)量和運(yùn)送，與其它物料混合后直接入爐，這些措施有效地降低了煙氣中單體硫含量的波動(dòng)，避免了單體硫含量高問題的發(fā)生。

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Abstract:The reasons and hazards for high content of monomer sulfur in flue gas from copper-smelting in oxy?gen-enriched side blown-bath smelting furnace are analyzed.The content of monomer sulfur in flue gas is reduced by supplying the oxygen-enriched air to inside and outlet of the furnace,and adjusting the coal adding method of charging material.

Key words:oxygen-enriched;side-blown bath smelting furnace;copper-smelting;flue gas;monomer sulfur

Production and treatment of monomer sulfur in flue gas from copper-smelting in oxygen-enriched side-blown bath smelting furnace

JIANG Yuan-shun,WANG Ju-liang

TF811.031.1

B

1672-6103（2011）02-0017-03

姜元順（1961—），男，山東榮成人，教授級(jí)高級(jí)工程師，主要從事重貴金屬冶煉生產(chǎn)技術(shù)和管理工作。

2010-06-07

2010-12-24