銅冶煉企業(yè)綜合節(jié)能與能源優(yōu)化研究

胡俊

(金隆銅業(yè)有限公司，安徽銅陵244000)

銅冶煉企業(yè)綜合節(jié)能與能源優(yōu)化研究

胡俊

(金隆銅業(yè)有限公司，安徽銅陵244000)

銅冶煉企業(yè)生產(chǎn)能耗高，因此節(jié)能降耗是企業(yè)降低成本、提高效益的重要途徑。金隆銅業(yè)近年來,在生產(chǎn)實(shí)踐中通過與大專院校和專業(yè)廠家合作,開展企業(yè)綜合節(jié)能與能源優(yōu)化研究工作,改善了能源結(jié)構(gòu),提高了能源綜合利用效率，經(jīng)濟(jì)效益顯著，減少了環(huán)境污染，增強(qiáng)了企業(yè)競爭力。

銅冶煉企業(yè)；能源優(yōu)化；節(jié)能降耗;稀氧燃燒;低壓蒸汽回收

金隆銅業(yè)主工藝采用當(dāng)今世界先進(jìn)的閃速煉銅技術(shù),主要流程為閃速爐富氧熔煉、PS轉(zhuǎn)爐吹煉、回轉(zhuǎn)式陽極爐精煉工藝。冶煉過程中產(chǎn)生的高溫含塵SO煙氣,經(jīng)中壓廢熱鍋爐、電收塵器降溫除塵后送入制酸系統(tǒng)。制酸系統(tǒng)采用絕熱蒸發(fā)稀硫酸洗滌、2次轉(zhuǎn)化和2次吸收的制酸工藝。其生產(chǎn)所消耗的1次能源以重油和煤為主,2次能源有電、蒸汽及氧氣等。能源介質(zhì)在各系統(tǒng)間轉(zhuǎn)換、流動,最終為生產(chǎn)工序提供能源支持。金隆銅業(yè)近幾年通過產(chǎn)學(xué)研合作開展企業(yè)綜合節(jié)能與能源優(yōu)化研究工作,在優(yōu)化生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上,改善了企業(yè)能源結(jié)構(gòu),加強(qiáng)能源介質(zhì)的合理利用,提高能源轉(zhuǎn)換效率,加大余熱資源的回收利用,從能源介質(zhì)的各個(gè)子系統(tǒng)全面節(jié)能。

1 綜合節(jié)能與能源優(yōu)化研究

1.1 能源使用調(diào)查研究

銅冶煉企業(yè)在生產(chǎn)過程中各種能源介質(zhì)相互關(guān)聯(lián)，例如廢熱和燃煤可以轉(zhuǎn)換成蒸汽，蒸汽可轉(zhuǎn)換成電力或進(jìn)行干燥等,而原料成分、冶煉工況變化又會對廢熱參數(shù)產(chǎn)生影響。因此如何有效及時(shí)地監(jiān)測、調(diào)度各種能源介質(zhì),在保證生產(chǎn)質(zhì)量的條件下節(jié)能降耗,成為能源管理工作的重點(diǎn)。2010年,金隆銅業(yè)與安徽工業(yè)大學(xué)合作開展“能耗調(diào)查研究”工作,通過對各工序、生產(chǎn)單元的能耗調(diào)查、統(tǒng)計(jì)分析,摸清了用能現(xiàn)狀,為制定切實(shí)可行的節(jié)能改造計(jì)劃提供依據(jù)。

1.2 節(jié)電研究

在節(jié)電研究方面,金隆銅業(yè)主要開展了以下2項(xiàng)研究：

1)電力消耗調(diào)研和諧波治理。2011年金隆銅業(yè)與安徽工業(yè)大學(xué)合作開展了 “供電系統(tǒng)電能質(zhì)量評估及節(jié)能降耗潛能挖掘”研究工作。根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)過程能源構(gòu)成、負(fù)荷特點(diǎn)和供配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對整個(gè)供電系統(tǒng)和主要負(fù)荷特性進(jìn)行測試,分析影響電能質(zhì)量的因素。經(jīng)測試,PC1系統(tǒng)低壓I段,負(fù)載波動頻繁,電流總諧波畸變率隨之波動,最大為8.7%;PC1系統(tǒng)低壓II段，負(fù)載也存在波動,但較I段穩(wěn)定,電流總諧波畸變率15%左右。通過研究,2013年對PC1電解低壓系統(tǒng)5、7次諧波進(jìn)行治理,分別在PC1的I段、II段增加了APF有源濾波柜。APF投入濾波后,PC1的I段電流總畸變率基本穩(wěn)定在3%以下,電壓畸變率在1%以下,PC1系統(tǒng)低壓II段電流總畸變率基本穩(wěn)定在5%左右,電壓畸變率在1%以下，APF達(dá)到較好的濾波效果。

2)應(yīng)用流體輸送環(huán)保節(jié)能技術(shù),開展水泵節(jié)能研究工作。2010年開始與杭州福鼎開展合作研究,應(yīng)用流體輸送環(huán)保節(jié)能技術(shù),對循環(huán)水系統(tǒng)的水泵進(jìn)行節(jié)能研究。通過對水泵運(yùn)行情況檢測,針對系統(tǒng)存在的不利因素,進(jìn)行系統(tǒng)分析、研究。結(jié)合系統(tǒng)流體力學(xué)特性,構(gòu)建專業(yè)流體力學(xué)數(shù)學(xué)模型,并按最佳運(yùn)行工況參數(shù)定做流體輸送高效環(huán)保節(jié)能泵,替換低效率運(yùn)行的水泵,提高輸送效率及水泵的有效利用率,達(dá)到最佳的節(jié)能效果。近3年來,公司分別完成了硫酸等4大循環(huán)水系統(tǒng)共9臺水泵節(jié)能研究改造工作,節(jié)電達(dá)4.5×106kW·h/a。

1.3 低壓蒸汽回收和利用研究

通過蒸汽平衡調(diào)研,查清余熱資源回收利用的基本情況,制定實(shí)施方案并實(shí)施,將多余的低壓蒸汽回收利用。

1)硫酸余熱回收利用研究。2套硫酸轉(zhuǎn)化工序2007年用3臺熱管鍋爐取代 SO煙氣冷卻器,其中Ⅰ系統(tǒng)設(shè)置2臺熱管鍋爐,分別用于回收1次和2次轉(zhuǎn)化后煙氣廢熱;Ⅱ系統(tǒng)設(shè)置1臺熱管鍋爐,回收1次轉(zhuǎn)化后煙氣廢熱[1]。通過能源調(diào)研,2012年又在Ⅱ系統(tǒng)增加1臺熱管鍋爐,回收2次轉(zhuǎn)化后煙氣廢熱，產(chǎn)生1.35 MPa飽和蒸汽16 t/h。

2)提高蒸汽干燥機(jī)能力研究。2007年擴(kuò)產(chǎn)改造新建了1套干燥能力為110 t/h蒸汽干燥機(jī)用于干燥銅精礦,但由于蒸汽干燥能力小,原來使用重油加熱的氣流干燥機(jī)仍在使用。為此金隆銅業(yè)開展了蒸汽干燥機(jī)能力提高研究工作,對蒸汽盤管進(jìn)行改造并于2012年5月份完成。改造后蒸汽干燥系統(tǒng)能力提升約50 t/h。通過提高蒸汽干燥機(jī)能力,降低氣流干燥機(jī)運(yùn)行率,每年可為公司節(jié)支1 500萬元左右,經(jīng)濟(jì)效益明顯。

3)蒸汽消耗存在不平衡現(xiàn)象,蒸汽管網(wǎng)主要包括4.7 MPa、1.3 MPa、0.6 MPa 3種壓力,其中4.7 MPa蒸汽主要來自閃速爐和轉(zhuǎn)爐，1.3 MPa蒸汽主要來自硫酸熱管鍋爐,0.6 MPa的蒸汽主要來自汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組的背壓。在實(shí)際使用過程中,主要存在以下問題：(1)生產(chǎn)正常時(shí),由于產(chǎn)汽量大于總用汽量,0.6 MPa管網(wǎng)平均每小時(shí)有約15 t蒸汽放空;(2)4.7 MPa管網(wǎng)內(nèi)蒸汽不足,汽輪機(jī)進(jìn)口調(diào)節(jié)汽門開度最大約70%。因此,蒸汽合理利用方案的首要工作就是尋求低壓蒸汽的合理利用,為此,金隆公司開展了汽汽引射器節(jié)能技術(shù)研究,進(jìn)行節(jié)能增效。通過引射器將4.7 MPa蒸汽與0.6 MPa蒸汽混合成1.3 MPa蒸汽使用,代替原來將4.7 MPa直接減壓至1.3 MPa蒸汽的做法,可節(jié)省部分4.7 MPa蒸汽用于發(fā)電,節(jié)能效果明顯,投入運(yùn)行的2臺汽汽引射器,可增加發(fā)電量約500 kW/h。

另一方面,公司還利用螺桿膨脹動力機(jī)驅(qū)動鍋爐給水泵實(shí)現(xiàn)了“能量梯級利用”。為了實(shí)現(xiàn)蒸汽熱能利用最大化,采用1.3 MPa飽和蒸汽作為螺桿膨脹動力機(jī)熱源,經(jīng)螺桿膨脹動力機(jī)降壓至0.65 MPa的排汽送入0.6 MPa低壓蒸汽管網(wǎng),以滿足生產(chǎn)和生活使用;螺桿膨脹動力機(jī)以1 100～1 500 r/rain轉(zhuǎn)速驅(qū)動熱水循環(huán)泵,使鍋爐給水循環(huán)流量達(dá)到1 300 t/h左右,以滿足鍋爐運(yùn)行要求。該項(xiàng)措施節(jié)能效果顯著,每年可產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益50萬元[2]。

1.4 水綜合回收和利用研究

為了摸清生產(chǎn)用水情況,公司進(jìn)行了工業(yè)用水平衡調(diào)研工作。通過現(xiàn)場檢測,掌握了各項(xiàng)用水量情況,建立起廠區(qū)用水的平衡關(guān)系,并通過測試與平衡的分析研究,查找用水瓶頸,制定節(jié)水措施。1)根據(jù)水平衡調(diào)研結(jié)果,2010年進(jìn)行了熔煉、轉(zhuǎn)陽區(qū)域部分設(shè)備冷卻水的回收工作,將閃速爐排風(fēng)機(jī)、干燥風(fēng)機(jī)臺等設(shè)備冷卻水回收到硫酸循環(huán)系統(tǒng)使用，年節(jié)約用水800 kt。2)開展廢水電化學(xué)處理項(xiàng)目研究工作。由于南廠區(qū)排水、脫硫廢水和電解液場面水經(jīng)常性出現(xiàn)重金屬超標(biāo)的情況,需進(jìn)行處理。通過調(diào)研,2013年3月建設(shè)了1套處理能力為1 500 m3/d的電化學(xué)處理裝置,處理后廢水作為冶煉渣緩冷冷卻水、硫酸循環(huán)水及道路清洗水,提高了水資源綜合利用率。

1.5 能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究

生產(chǎn)使用的外購能源品種較多,有重油和柴油、液化氣、煤、電等。部分能源介質(zhì)燃燒效率不高,如重油作為冶金爐燃燒保溫燃料,粘度高，雜質(zhì)高,霧化效果差,燃燒不完全,燃料消耗高。為改善能源結(jié)構(gòu),金隆公司近幾年相繼進(jìn)行了天然氣替代重油和柴油、液化氣、煤研究工作,已用天然氣替代的有：陽極爐還原用液化氣和燃燒用的重油;陽極爐出銅溜槽保溫用的空混液化氣;低壓鍋爐用的煤;硫酸開工爐用的柴油等。天然氣替代節(jié)能減排研究工作的實(shí)施,不僅滿足了工藝要求,還取得節(jié)省2 300萬元/a的經(jīng)濟(jì)效益,環(huán)保效果也顯著。

1.6 研發(fā)陽極爐稀氧燃燒節(jié)能技術(shù)

陽極爐煉銅作業(yè)時(shí),為了保持熱平衡,采用常溫助燃空氣燒重油,存在冶煉廢氣量大、能耗高、反應(yīng)效率低的問題。主要是燃燒系統(tǒng)采用傳統(tǒng)常溫大風(fēng)量助燃燃料,大量含碳氧化物及氮氧化物煙氣帶走熱損失大。金隆銅業(yè)與普萊克斯聯(lián)合進(jìn)行科研攻關(guān),采用純氧取代常溫助燃風(fēng),研發(fā)出獨(dú)特的稀氧卷吸性能結(jié)構(gòu)燃燒設(shè)備,應(yīng)用于陽極爐,實(shí)現(xiàn)全自動安全在線控制。通過研究開發(fā)應(yīng)用,提高冶金爐生產(chǎn)效率,降低能耗,消除污染。天然氣稀氧燃燒技術(shù)研發(fā)、應(yīng)用成功后,填補(bǔ)我國有色冶煉行業(yè)天然氣稀氧燃燒技術(shù)的空白,無論是對礦產(chǎn)粗銅的精煉還是2次銅精煉,綜合節(jié)能至少50%以上,廢氣量減少70%以上,燃料單耗處于國內(nèi)同行領(lǐng)先水平,節(jié)能創(chuàng)效明顯[3]。

2 節(jié)能工作面臨的問題和今后工作方向

天然氣作為一種清潔能源,具有良好的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性,越來越得到眾多的工業(yè)和民用領(lǐng)域廣泛應(yīng)用,但國產(chǎn)天然氣產(chǎn)能不足,要提高使用比例主要依賴進(jìn)口,而進(jìn)口價(jià)格又高,漲價(jià)成為必然趨勢,這2年天然氣價(jià)格不斷上漲,導(dǎo)致企業(yè)生產(chǎn)成本中燃料費(fèi)開支大幅增加。同時(shí)節(jié)能減排的基本國策也要求耗能企業(yè)轉(zhuǎn)向使用清潔、高效的能源,因此尋找更清潔、更廉價(jià)的能源是冶煉企業(yè)今后的一個(gè)課題。目前金隆銅業(yè)正在開發(fā)研究使用更清潔、更廉價(jià)的生物油替代天然氣工作,且已取得了一定成效。同時(shí)公司還探索富氧燃燒節(jié)能研究,以進(jìn)一步降低能源消耗,降低生產(chǎn)成本。

3 結(jié)束語

節(jié)能降耗是企業(yè)的生存之本,隨著企業(yè)的發(fā)展,節(jié)能是一項(xiàng)長期持續(xù)的工作,而且要求越來越高,難度越來越大。金隆銅業(yè)通過與大專院校和專業(yè)廠家合作,持續(xù)開展企業(yè)綜合節(jié)能與能源優(yōu)化研究工作,綜合節(jié)能成績顯著,促進(jìn)產(chǎn)品能源整體單耗進(jìn)一步降低,生產(chǎn)成本下降,為企業(yè)創(chuàng)造良好的生存空間和發(fā)展環(huán)境。

[1] 黃國道,謝中建.熱管鍋爐在金隆銅業(yè)硫酸裝置的應(yīng)用實(shí)踐硫酸工業(yè)[J].2010(3)：40-43.

[2] 黃國道,汪衛(wèi)東.螺桿膨脹動力機(jī)在廢熱鍋爐系統(tǒng)中的應(yīng)用硫酸工業(yè)[J].2011(2)：29-32.

[3] 黃永峰,陳延進(jìn),王彤,等.稀氧燃燒技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用有色金屬(冶煉部分)[J].2011(2)：9-11.

Research on Integrated Energy Saving and Energy Optimization in Copper Smelting Enterprises

HU Jun

(Jinlong Copper Co.,Ltd.,Tongling,Anhui 244000,China)

Due to high production energy consumption in copper smelting enterprises,energy saving and consumption reduction are important ways to reduce the cost and increase efficiency for the enterprises.In recent years,Jinlong Copper Co.,Ltd has developed research on integrated energy saving and energy optimization by cooperation with collegesamp;universities and professional factories,by which it can improve energy structure,increase energy comprehensive utilization efficiency,reduce environmental pollution and enhance enterprises competitive power.

copper smelting enterprises;energy optimization;energy saving and consumption reduction;dilute oxygen combustion; low pressure steam recovery

TF087

B

1004-4345(2014)05-0038-03

2014-05-09

胡 俊(1962—),男,工程師,主要從事大型銅冶煉企業(yè)設(shè)備和能源管理工作。