銅冶煉“雙閃”工藝中余熱回收及利用

鞠霞

(中國瑞林工程技術(shù)有限公司，江西南昌 330031)

銅冶煉“雙閃”工藝中余熱回收及利用

鞠霞

(中國瑞林工程技術(shù)有限公司，江西南昌 330031)

基于某有色銅冶煉工藝技術(shù)升級改造工程，論述了銅冶煉“雙閃”工藝中閃速熔煉爐、閃速吹煉爐煙氣余熱回收效率及余熱回收裝置，介紹了余熱利用系統(tǒng)，并指出該余熱利用系統(tǒng)的優(yōu)缺點。

余熱回收；余熱鍋爐；余熱利用；熱電聯(lián)產(chǎn)；經(jīng)濟效益

在銅冶煉領(lǐng)域，“閃速熔煉—閃速吹煉”工藝是當今世界上處理銅精礦最先進的冶煉工藝。同傳統(tǒng)的“閃速爐—轉(zhuǎn)爐”工藝相比，閃速吹煉爐可以連續(xù)作業(yè)，同時將熔煉和吹煉生產(chǎn)在時間上和空間上分開，沒有直接的關(guān)聯(lián)，不但提高了設(shè)備的作業(yè)率，提高了余熱鍋爐蒸汽的回收率，而且大大減少SO2對低空環(huán)境的污染，還可以大幅度地提高生產(chǎn)能力，優(yōu)勢十分明顯[1]。該工藝中存在大量余熱,主要有閃速熔煉爐煙氣余熱、閃速吹煉爐煙氣余熱、陽極爐煙氣余熱、轉(zhuǎn)化工段余熱、高溫熔融冰銅顯熱等等，本文以某有色銅冶煉工藝技術(shù)升級改造為例，主要介紹該項目閃速熔煉爐、閃速吹煉爐、轉(zhuǎn)化工段的煙氣余熱回收和利用。

1 余熱資源的回收

1.1 余熱資源

冶煉廠中常見的余熱資源包括：閃速熔煉爐高溫煙氣余熱、閃速吹煉爐高溫煙氣余熱、陽極爐煙氣余熱、硫酸轉(zhuǎn)化工段、高溫熔融冰銅顯熱等[2]。實際生產(chǎn)中，還存在很多余熱，但本文中不逐一介紹。

1）閃速熔煉爐、閃速吹煉爐都有高溫煙氣排出，這是最常見的一種余熱形式。其特點是煙氣產(chǎn)量大，產(chǎn)出連續(xù)，幾乎無波動，煙溫較高，含塵量大，二氧化硫含量較高。閃速爐的余熱情況見表1。

表1 400 kt/a陰極銅閃速爐余熱參數(shù)

2）本工程陽極爐采用稀氧燃燒，與常規(guī)陽極爐冶煉工藝相比，稀氧燃燒煙氣量大幅減小，常規(guī)工藝陽極爐余熱鍋爐熱回收率比較低,約為17%左右。并且陽極爐煙氣波動較大,經(jīng)過充分論證,本項目不回收陽極爐余熱。

3）硫酸轉(zhuǎn)化工段在生產(chǎn)過程中,存在大量煙氣余熱。余熱情況見表2。

表2 400 kt/a轉(zhuǎn)化工段余熱參數(shù)表

4）“雙閃”工藝中，熔煉爐產(chǎn)出的1 250℃的冰銅經(jīng)水淬、磨細、烘干后再加入吹煉爐，存在大量的冰銅顯熱，該部分顯熱目前未進行利用。

1.2 余熱資源回收

目前對銅冶煉廠煙氣余熱回收大都采用余熱鍋爐形式，產(chǎn)生的蒸汽等熱載體可供發(fā)電、生產(chǎn)及生活使用[3]。表3為銅冶煉廠常用的余熱資源回收方法和用途。

表3 余熱資源回收方法和用途

1.3 余熱回收裝置

余熱回收裝置主要考慮腐蝕、積灰、磨損、密封膨脹等問題。根據(jù)工藝煙氣條件與蒸汽的用途，并為了預防低溫腐蝕，鍋爐采用較高的工作壓力（6.0 MPa），閃速熔煉、吹煉余熱鍋爐設(shè)置為強制循環(huán)，采用了較高的水循環(huán)倍率。結(jié)構(gòu)形式為直通煙道式，煙氣流暢，并設(shè)置彈簧振打裝置，以防積灰；輻射部排煙溫度控制在700℃以下，余熱鍋爐排煙溫度為滿足工藝要求，一般控制在360±30℃，鍋爐熱效率為75%左右。在該工段未被回收的25%余熱進入后續(xù)收塵、制酸工段。

硫酸轉(zhuǎn)化余熱鍋爐進煙氣比較穩(wěn)定,三氧化硫濃度高,入爐煙氣溫度較低,根據(jù)其煙氣特點,鍋爐換熱主要以對流換熱為主,采用熱管余熱鍋爐間接換熱生產(chǎn)飽和蒸汽,鍋爐水循環(huán)采用自然循環(huán)。1#鍋爐余熱回收熱效率為12%，2#余熱鍋爐余熱回收熱效率為44%。未被回收的熱量進入后續(xù)工藝。

2 余熱利用

某有色銅冶煉工藝技術(shù)升級改造項目余熱回收利用系統(tǒng)如圖1。

圖1 400 kt/a陰極銅項目余熱利用系統(tǒng)

閃速熔煉爐、閃速吹煉爐余熱鍋爐產(chǎn)生的6.0 MPa飽和蒸汽全部進入1#飽和蒸汽背壓汽輪發(fā)電機組發(fā)電（最大發(fā)電量：3 MW），背壓蒸汽（2.5 MPa）一部分供生產(chǎn)使用，另一部分用于拖動動力設(shè)備,排出低壓背壓蒸汽（0.7 MPa）供生產(chǎn)和生活使用。轉(zhuǎn)化工段產(chǎn)生的中壓蒸汽進入中壓管網(wǎng)，轉(zhuǎn)化工段產(chǎn)生的低壓蒸汽進入低壓管網(wǎng)，供用戶使用。最終多余的低壓蒸汽（0.7 MPa）進入2#凝汽發(fā)電機組發(fā)電。主要的使用蒸汽的設(shè)備有電解車間的板式換熱器、凈液車間的真空蒸發(fā)器、蒸汽干燥機、布袋收塵器、制氧系統(tǒng)及生活用汽等。經(jīng)統(tǒng)計得夏季平均用汽87.9 t/h，冬季最大用汽127.1 t/h。

該余熱利用系統(tǒng)的優(yōu)點：閃速熔煉、閃速吹煉余熱鍋爐產(chǎn)汽幾乎無波動，汽源比較穩(wěn)定；同時設(shè)置了次高壓到中壓，中壓到低壓的二級減壓，有利于穩(wěn)定各級管網(wǎng)壓力，用汽調(diào)節(jié)比較靈活；采用拖動設(shè)備，理論上可提高能源的利用率；另外，余熱利用系統(tǒng)簡單，運行可靠，操作方便，投資省。

該余熱利用系統(tǒng)的缺點：1）采用的拖動設(shè)備故障率高，實際使用效率不高。建議后續(xù)同類工程采用余熱發(fā)電。

3 產(chǎn)生的經(jīng)濟效益

某“雙閃”工藝余熱回收利用產(chǎn)生的經(jīng)濟效益見表4，經(jīng)濟效益分析范圍包括閃速熔煉余熱鍋爐產(chǎn)汽、閃速吹煉余熱鍋爐產(chǎn)汽、1#、2#轉(zhuǎn)化工段中壓余熱鍋爐產(chǎn)汽、1#、2#轉(zhuǎn)化工段低壓余熱鍋爐產(chǎn)汽。合計每年共節(jié)約80 kt標準煤。

表4 400 kt/a陰極銅項目經(jīng)濟效益

[1] 北京有色冶金設(shè)計研究總院.余熱鍋爐設(shè)計與運行[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1982.

[2] 宋冬根.煉銅廠余熱資源回收和利用[J].有色冶金節(jié)能，2003（4）:1-4.

[3] 阮建國，曾達云，宋冬根.大型銅冶煉廠煙氣余熱回收及熱電聯(lián)產(chǎn)[J].有色冶金設(shè)計與研究，1994（4）：27-34.

Waste Heat Recovery and Utilization of Copper Smelting Flash Smelting and Flash Converting Process

JU Xia
(China Nerin Engineering Co.,Ltd.,Nanchang,Jiangxi 330031,China)

Based on upgrading and renovation engineering of a certain non-ferrous copper smelting process technology,the paper discusses flue gas heat waste recovery efficiency and waste heat recovery device of flash smelting furnace,flash converting furnace in copper smelting flash smelting and flash converting process,introduces waste heat utilization system,and puts forward advantages and disadvantages of the waste heat utilization system.

waste heat recovery;waste heat boiler;waste heat utilization;combined heat and power generation;economic benefit

TF811

B

1004-4345(2015)05-0028-03

2015-07-10

鞠霞（1984—），女，工程師，主要從事熱力工程設(shè)計研究工作。