北方銅業(yè)垣曲冶煉廠改造項目工藝節(jié)能分析

陳輝

(中條山有色金屬集團有限公司，山西垣曲 043700)

北方銅業(yè)垣曲冶煉廠改造項目工藝節(jié)能分析

陳輝

(中條山有色金屬集團有限公司，山西垣曲 043700)

介紹了北方銅業(yè)垣曲冶煉廠處理500kt/a多金屬礦綜合捕集回收技術(shù)改造項目的簡況，通過對富氧底吹熔池熔煉技術(shù)、封閉稀酸洗滌——接觸法雙轉(zhuǎn)雙吸制酸等先進工藝的技術(shù)分析及改造前后主要產(chǎn)品的能耗對比，說明了工藝節(jié)能在企業(yè)節(jié)能減排工作中所起到的重要作用。

工藝節(jié)能;冶煉;改造;能耗;余熱回收

1 引言

北方銅業(yè)垣曲冶煉廠原冶煉工藝為傳統(tǒng)的密閉鼓風(fēng)爐－轉(zhuǎn)爐吹煉－陽極爐精煉－電解精煉，制酸工藝為稀酸洗－單轉(zhuǎn)單吸流程，生產(chǎn)能力約為50kt/ a陰極銅、100kt/a硫酸。根據(jù)國發(fā)［2010］7號《國務(wù)院關(guān)于進一步淘汰落后產(chǎn)能工作的通知》，垣曲冶煉廠現(xiàn)有的密閉鼓風(fēng)爐熔煉工藝屬于淘汰工藝，要求在2011年底前必須停產(chǎn)拆除。為了響應(yīng)國家淘汰落后產(chǎn)能、工藝、設(shè)備的產(chǎn)業(yè)政策，北方銅業(yè)決定對垣曲冶煉廠進行處理500kt/a多金屬礦綜合捕集回收技術(shù)改造。

本次技術(shù)改造項目主要由火法冶煉廠區(qū)、濕法精煉廠區(qū)、硫酸庫、精礦儲存區(qū)、渣選礦廠區(qū)等組成［4］?；鸱ㄒ睙捪到y(tǒng)在垣曲冶煉廠的現(xiàn)有廠址內(nèi)進行總體布置，新增電解及凈液廠房在現(xiàn)電解車間東側(cè)擴建，渣選礦利用銅礦峪礦一期現(xiàn)有設(shè)施，并適當進行改造。

本改造工程冶煉工藝流程采用“富氧底吹熔池熔煉—轉(zhuǎn)爐吹煉—陽極爐精煉—電解精煉—熔煉渣和吹煉渣選礦”流程;煙氣制酸為“封閉稀酸洗滌—雙轉(zhuǎn)雙吸制酸”工藝流程;銅電解采用傳統(tǒng)電解法生產(chǎn)。主要設(shè)備有:Φ4.8底吹熔煉爐1臺;Φ3.6轉(zhuǎn)爐3臺;Φ3.6陽極爐2臺。

2 改造的必要性

(1)淘汰落后產(chǎn)能的需要。

(2)滿足行業(yè)準入條件的需要。

(3)發(fā)揮資源優(yōu)勢、提升企業(yè)生存競爭能力的需要。

3 工藝節(jié)能技術(shù)措施

3.1 富氧底吹熔池熔煉技術(shù)

富氧底吹熔池熔煉技術(shù)［1］是具有中國國內(nèi)自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)，也是國家重點推薦的技術(shù)，具有生產(chǎn)效率高、工藝先進、能耗低、環(huán)保達標和資源綜合利用好的特點。富氧底吹熔池熔煉時，精礦、熔劑與煤加到熔煉爐熔池表面，與液態(tài)熔體在噴槍風(fēng)強烈攪拌中進行快速化學(xué)反應(yīng)，噴入熔體的氧氣使熔煉和吹煉同時進行，充分利用了物料中硫和鐵的氧化反應(yīng)熱。調(diào)整精礦與射入空氣或氧氣的比例，即可控制精礦的氧化程度，得到指定的銅锍品位和煙氣二氧化硫濃度。銅锍品位越高，熔煉發(fā)熱量越大，燃料消耗越少;煙氣二氧化硫濃度越高，煙氣量也越少，從而煙氣帶走的熱量也越少;單位硫酸產(chǎn)量的電耗越低，能耗越少。

本項目底吹爐的富氧濃度高達75%，原料中配煤率僅為0.2%，而原鼓風(fēng)爐富氧濃度為23%，熔煉焦率高達11.6%。如進一步提高富氧濃度或冰銅品位，完全可以實現(xiàn)自熱熔煉。設(shè)計熔煉與吹煉過程產(chǎn)生的高溫?zé)煔饩ㄟ^余熱鍋爐回收熱量并發(fā)電，硫酸煙氣和陽極爐的煙氣經(jīng)熱管式鍋爐產(chǎn)出低壓蒸汽供生產(chǎn)和生活用。

3.2 封閉稀酸洗滌——雙轉(zhuǎn)雙吸制酸工藝

設(shè)計采用“雙轉(zhuǎn)化，雙吸收、尾氣脫硫”制酸工藝［2］，屬20世紀末21世紀初的技術(shù)。該工藝轉(zhuǎn)化率高，硫利用率高，硫的總回收率達到96.93%以上，整個制酸系統(tǒng)工藝先進，設(shè)備可靠，具有高效、節(jié)能、降耗和環(huán)保的優(yōu)點。

新工藝流程資源綜合回收有效利用率高，環(huán)保條件好，經(jīng)濟效益好，金總回收率為95.68%，銀總回收率94.60%，銅總回收率98.21%，各種元素的回收率均達到了行業(yè)先進水平。煙氣凈化采用稀酸逆噴洗滌、高效凈化技術(shù)，使煙氣得到較好的凈化除塵和冷卻降溫，為下道工序準備了良好的煙氣條件，為產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)酸產(chǎn)品奠定基礎(chǔ)。

二氧化硫鼓風(fēng)機采用進口風(fēng)機，進口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)，適應(yīng)冶煉煙氣量的波動特點，做到性能高效，節(jié)能顯著。

3.3 余熱回收技術(shù)

熔煉爐及每臺轉(zhuǎn)爐各設(shè)置1臺中壓余熱鍋爐，產(chǎn)生的中壓蒸汽用于發(fā)電，選擇1臺高效的3500～4100kW/10kV/50Hz進口發(fā)電機，年發(fā)電量2865.6 ×104kW·h，折3522t標煤，使每噸陽極銅的能耗下降33.3kg標煤。余熱鍋爐的設(shè)置不僅回收了余熱，也是煙氣降溫和除塵的工藝要求。熔煉爐煙氣溫度從850℃降到380℃，除塵效率30%;轉(zhuǎn)爐煙氣從775℃降到350℃，除塵效率30%。陽極爐設(shè)1臺低壓余熱鍋爐(含空氣換熱器)，經(jīng)過余熱鍋爐后的陽極爐煙氣溫度降至280℃，再兌適當冷空氣通過布袋收塵器、高溫風(fēng)機進煙氣脫硫系統(tǒng)。硫酸煙氣也設(shè)熱管鍋爐產(chǎn)低壓蒸汽，可以滿足脫硫亞硫酸鈉結(jié)晶用汽［5］。

3.4 控制系統(tǒng)自動化

主要生產(chǎn)工序底吹爐熔煉、余熱鍋爐、煙氣制酸和制氧設(shè)備、澆鑄設(shè)備等，均設(shè)有PLC邏輯控制和DCS在線檢測、控制系統(tǒng)，達到自鎖、自投、自控等調(diào)節(jié)功能。自動化程度高，生產(chǎn)過程連續(xù)穩(wěn)定，可有效節(jié)能降耗。

3.5 電解部分節(jié)能措施

3.5.1 節(jié)電措施

工藝設(shè)計中通過加強對極板物理規(guī)格質(zhì)量、電解液循環(huán)、電解液溫度、電流密度、電解液雜質(zhì)濃度、添加劑加入等因素科學(xué)合理的控制，有效降低濃差極化現(xiàn)象的危害程度，可使電流效率保持≥95%。

3.5.2 節(jié)約蒸汽

為減少蒸汽消耗，設(shè)計中采取了如下措施:

電解槽外壁設(shè)保溫層:選用厚度為25mm聚乙烯泡沫塑料，用粘結(jié)劑粘結(jié)在槽壁上。此方法可有效降低熱能輻射損失。

電解槽面覆蓋:用耐酸尼龍塑料布覆蓋，可大大降低槽面蒸發(fā)量，減少蒸發(fā)熱損失。

4 能耗狀況和能耗指標分析

本項目以多金屬復(fù)雜精礦為原料，主要金屬成分含Cu 21.06%、S 28.42%、Au 6.5g/t、Ag 315.08g/t，采用的工藝流程為富氧底吹熔池熔煉－轉(zhuǎn)爐吹煉－陽極爐精煉。底吹爐和轉(zhuǎn)爐爐渣經(jīng)選礦后渣精礦返回底吹爐熔煉。產(chǎn)品為金錠、銀錠和電銅，副產(chǎn)品為硫酸、硫酸鎳和粗硒。

4.1 陽極銅綜合能耗

本項目所用壓縮空氣來自空壓機房，氧氣來自氧氣站，均為自產(chǎn)，計算能耗時，只計算電耗。本項目冶煉煙氣余熱鍋爐產(chǎn)的中壓蒸汽用于余熱發(fā)電，低壓蒸汽滿足電解、采暖等生產(chǎn)和生活用汽。本項目用的其他能源全部外購。生產(chǎn)陽極銅綜合能耗［3］見表1。

表1 陽極銅綜合能耗

從上表可見，本項目陽極銅單位產(chǎn)品工藝能耗指標為232.6kgce/t，不僅大大低于銅冶煉企業(yè)單位產(chǎn)品陽極銅(銅精礦——陽極銅)能耗限額準入標準(工藝能耗550kgce/t)，同時也大大低于銅冶煉企業(yè)單位產(chǎn)品陽極銅(銅精礦——陽極銅)能耗限額先進值(工藝能耗380kgce/t)［6］。

4.2 能耗指標分析

垣曲冶煉廠原采用密閉鼓風(fēng)爐工藝的能耗情況:單位產(chǎn)品陽極銅綜合能耗為853kgce/t，采用現(xiàn)工藝扣除余熱發(fā)電后單位產(chǎn)品陽極銅綜合能耗為232.6kgce/t，改造后陽極銅年產(chǎn)量132770t，按相同產(chǎn)量比較，年節(jié)能量折合標煤82370.508t。

5 結(jié)束語

北方銅業(yè)股份有限公司是國家千家企業(yè)節(jié)能單位之一，按照國家發(fā)改委《千家企業(yè)節(jié)能實施方案》的要求，省政府下達了“十二五”期間我公司的節(jié)能目標。北方銅業(yè)垣曲冶煉廠處理500kt/a多金屬礦綜合捕集回收技術(shù)改造項目的實施必將有力的保證我公司“十二五”期間節(jié)能減排任務(wù)的完成。

［1］崔志祥，申殿邦，王智，等.高富氧底吹熔池?zé)掋~新工藝［J］.有色金屬(冶煉部分)，2010(3):17－19.

［2］黃其興.20世紀90年代世界主要銅冶煉廠的技術(shù)改造狀況及對白銀爐進一步現(xiàn)代化的建議［J］.有色冶煉，2002(3):1－3.

［3］山西四誠工程技術(shù)咨詢有限公司.北方銅業(yè)股份有限公司處理500kt/a多金屬礦綜合捕集回收技術(shù)改造工程項目節(jié)能評估報告［R］.太原:山西四誠工程技術(shù)咨詢有限公司，2011.

［4］中國恩菲工程技術(shù)有限公司.垣曲冶煉廠處理500kt/a多金屬礦綜合捕集回收技術(shù)改造工程可行性研究報告［R］.北京:中國恩菲工程技術(shù)有限公司，2010.

［5］高淮昆.銅冶煉系統(tǒng)節(jié)能降耗與余熱利用前景分析［J］.有色冶金節(jié)能，2007(1):46－48.

［6］楊曉琴，張邦其.銅冶煉系統(tǒng)節(jié)能降耗技術(shù)改造效果評價［J］.有色冶煉，2003(5):7－8.

Northern Copper the Yuanqu Smelter Reconstruction Project Process Energy－saving Analysis

CHEN Hui

(Zhongtiaoshan Non－ferrous Metal Group Company Limited，Yuanqu，Shanxi 043700，China)

This paper introduces the Yuanqu Smelter＇s 500kt/a multi－metal ore recycling technology transformation project.Compared the main products＇energy consumption between rich oxygen bottom blown bath smelting technology and closed acid washing－，double conversion double absorption contact method process before and after technology transformation project;explains the importance of technical process energy saving in enterprises＇energy saving and emission reduction work.

energy－saving technology;smelting;transformation;energy consumption;waste heat recovery

TF811

C

1009－3842(2012)05－0063－03

2012－03－05

陳輝(1969－)，男，山西運城人，電氣高級工程師，主要從事電氣設(shè)備運行及能源管理方面的研究。E－mail:695027576@qq.com