30萬t銅電解脫鎳凈化系統(tǒng)節(jié)能改造綜述

王 磊

(大冶有色金屬股份有限公司 冶煉廠， 湖北 黃石 435000)

30萬t銅電解脫鎳凈化系統(tǒng)節(jié)能改造綜述

王 磊

(大冶有色金屬股份有限公司 冶煉廠， 湖北 黃石 435000)

針對脫鎳凈化系統(tǒng)大功率制冷設(shè)備運行電耗成本居高不下等問題，介紹了利用本地區(qū)自然空冷條件的節(jié)能改造案例，用以降低生產(chǎn)運行成本，取得了良好的經(jīng)濟、環(huán)保效益。

脫鎳凈化系統(tǒng)； 自然冷卻； 節(jié)能改造； 應(yīng)用

1 工程簡介

大冶有色公司30萬t銅加工清潔生產(chǎn)項目于2012年11月建成投產(chǎn)，采用了目前全世界最先進(jìn)的銅電解濕法提純工藝，項目主生產(chǎn)線所配置的生產(chǎn)設(shè)備全部從法國、芬蘭及澳大利亞等國外專業(yè)廠家引進(jìn)，該項目建成投產(chǎn)后可實現(xiàn)產(chǎn)品全流程自動化生產(chǎn)，技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)及工裝水平居國內(nèi)領(lǐng)先地位，達(dá)到世界一流水平，未來5年大冶有色公司預(yù)計電銅年生產(chǎn)能力可提升至65萬t，年產(chǎn)值將突破230億元，該項目定位于無公害綠色循環(huán)生產(chǎn)，其末端配備有電解液脫鎳凈化工序用于清潔生產(chǎn)，本文針對脫鎳凈化系統(tǒng)配置制冷設(shè)備功率大，及優(yōu)化生產(chǎn)工藝、節(jié)能降耗等問題提出探討，旨在確保能源高效利用，達(dá)到經(jīng)濟、環(huán)保的目的。

2 工程節(jié)能改造的具體做法

大冶有色金屬股份有限公司冶煉廠硫酸鎳生產(chǎn)工藝的主要流程為接收脫銅后液，采用間接加溫方式(溫度>100 ℃)加快水份蒸發(fā)，當(dāng)溶液比重達(dá)到1.35 g/l～1.45 g/l就可以將濃縮液泵入結(jié)晶槽冷卻結(jié)晶(溫度-16～-20 ℃)，最后進(jìn)行固液分離，鎳以無水硫酸鎳形態(tài)沉淀析出，同時含有較高的鐵、銅、鋅等雜質(zhì)，起到凈化銅電解液的作用，整個工藝流程中從高溫濃縮到冷凍結(jié)晶需要配置大功率制冷設(shè)備滿足生產(chǎn)，我廠08年老系統(tǒng)制冷機總功率500 kW，制冷量1 104 kW，全年運行耗電量大，一度成為制約節(jié)能生產(chǎn)的瓶頸環(huán)節(jié)。

2.1 系統(tǒng)預(yù)冷功能

在30萬t銅電解脫鎳凈化系統(tǒng)籌建設(shè)計階段，基于節(jié)能降耗等問題的要求，我們優(yōu)化了生產(chǎn)工藝的配置，在高溫濃縮液進(jìn)入冷凍結(jié)晶前增加了預(yù)冷工序(如圖1)，充分利用了環(huán)境溫度在自然通風(fēng)條件下的熱交換，為保證冷凝效果的裕量，預(yù)冷槽體還設(shè)計成了“夾套”壁層，可根據(jù)生產(chǎn)需要適時通入常溫生活水強制降溫，生活水泵入一臺200 mm3/h干式冷卻塔形成閉路循環(huán)使用，這套預(yù)冷系統(tǒng)在冬季室外氣溫焓值低于14 kJ/kg時完全可以滿足要求，在過渡季節(jié)，將自然冷卻管路上的閥門和循環(huán)水泵打開，通過干式冷卻塔中的低溫冷卻水給預(yù)冷槽回水降溫，冷卻塔選用設(shè)計進(jìn)(出)水溫度42 ℃/33 ℃，溫差9 ℃，干(濕)球溫度31.5 ℃/28 ℃，設(shè)計壓力0.6 MPa，工作壓力0.2～0.5 MPa，冷卻塔在運行散熱過程中噴淋水會有少量蒸發(fā)，水槽內(nèi)容易沉積結(jié)垢，操作使用時最多2個月排水一次即可，運行非常經(jīng)濟可靠。

圖1 硫酸鎳預(yù)冷系統(tǒng)工藝配置詳圖

2.2 冬季氣候背景

由于廠房內(nèi)預(yù)冷槽釋放出大量的熱量，為了充分利用自然對流的冷量資源，廠房在構(gòu)造時必須考慮空氣迎面風(fēng)速、流動阻力和傳熱系數(shù)等特性，本地區(qū)10年氣溫均值保持在7 ℃左右，空氣相對濕度55RH%，具備自然空冷運行條件，每年進(jìn)入冬季或當(dāng)年11月至翌年3月季風(fēng)時期，環(huán)境對流風(fēng)速為最理想狀態(tài)，其氣候變化的統(tǒng)計情況如表1所示，此時期工廠排產(chǎn)計劃也同步增高，滿負(fù)荷生產(chǎn)，科學(xué)利用環(huán)境資源。

表1 2002年～2012年黃石地區(qū)氣候狀況記錄

圖2 硫酸鎳預(yù)冷廠房通風(fēng)流向條件圖

2.3 合理選擇設(shè)備

為確保自然冷卻效果和工程質(zhì)量，此工程中我們選用了國內(nèi)一線品牌江蘇恒德力新研發(fā)的Ⅱ代產(chǎn)品，槽體巧妙的采用了敞口式設(shè)計，容積：16 m3，內(nèi)壁：搪瓷內(nèi)襯，攪拌方式：二葉推進(jìn)dj/D=0.33，dj=400 mm，功率：15 kW，轉(zhuǎn)速：970 r/min，共計16臺，排列呈東西向布置，濃縮罐和預(yù)冷槽分別安裝在廠房5樓、4樓，預(yù)冷槽可利用約3 m空間落差自動補液，節(jié)約了配備輸液泵約30 kW功率，廠房通風(fēng)條件采用湍流式中空結(jié)構(gòu)(如圖2所示)，有利于形成均勻的溫度場和熱壓浮升力，推動了空氣的良好流通。

3 節(jié)能量對比

大冶公司30萬t銅電解脫鎳凈化系統(tǒng)于2013年7月投入使用，我們將新舊模式下的節(jié)能量統(tǒng)計如下，3臺冷水機組主要為冷凍結(jié)晶生產(chǎn)工藝提供冷水，工藝要求進(jìn)水溫度為32 ℃，冷水機組回水溫度為-25 ℃。日常至少需要3臺冷水機組投入運行，平均負(fù)載為80%；4臺冷凍機(3用l備)，鹽水循環(huán)泵4臺，額定功率為660 kW，流量為250 m3/h，揚程為42 m；新模式下某日系統(tǒng)運行總耗電量如圖3所示，晝夜溫差越大，自然冷卻效果越好，節(jié)能效果越明顯，通過2013年7月投運以來的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，節(jié)能改造后帶來了可觀的經(jīng)濟效益，在產(chǎn)能同比條件下，產(chǎn)品電能單耗降至12.42 kg/kWh，降副達(dá)13.2%，按用電市場價0.61元/kWh計算，可節(jié)約能源成本開支約22萬元/年，為大冶公司增加了經(jīng)濟效益的同時達(dá)到節(jié)能減排，經(jīng)濟環(huán)保的目的。

圖3 采取措施后制冷機組用電柱狀圖

4 結(jié)語

隨著化工、冶金行業(yè)的快速發(fā)展，大型制冷設(shè)備的廣泛應(yīng)用，工序前端增加預(yù)冷系統(tǒng)為緩解制冷量供給不足，制冷設(shè)備配備功率大等問題提供了很好的幫助，所帶來的產(chǎn)能提高和節(jié)能效益具有較高的推廣價值和應(yīng)用前景，具有運行自由冷卻系統(tǒng)溫差條件的地區(qū)都不應(yīng)放棄利用這一有利的氣候資源，設(shè)計出運行可靠的自然冷卻系統(tǒng)，對企業(yè)節(jié)約運行能耗，降低產(chǎn)品成本具有重要的意義。

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The Review of 300 000 Tons Copper Electrolytic Nickel Free Purification System Energy Saving Transformation

WANG Lei

Due to high cost of power consumption of high power refrigeration equipment running in nickel removed purification system, the paper introduces the energy saving transformation by using natural air cooling, decreases the power consumption costs, achieves good economic and environmental benefits.

nickel removed purification system；natural air cooling；energy saving transformation

2015-02-16

王 磊(1978-)，男，湖北鄂州人，工程師，大學(xué)本科，主要從事設(shè)備管理及維護(hù)工作。

TF811

B

1003-8884(2015)04-0051-03