降低回轉(zhuǎn)窯天然氣單耗技術(shù)改造實(shí)踐

張 劍

（江西銅業(yè)集團(tuán)公司貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

銅電解精煉生產(chǎn)過程產(chǎn)生的銅陽極泥，含有銅、金、銀、硒、碲、銻、鉑、鈀等有價(jià)金屬元素，需要進(jìn)一步處理并回收［1］。從銅陽極泥中脫硒的方法大致可分為2類，即火法工藝和濕法工藝，其中火法脫硒仍占主導(dǎo)地位［2，3］。根據(jù)工作原理的不同，火法工藝又可細(xì)分為蘇打焙燒工藝、氧化焙燒工藝、卡爾多爐工藝和硫酸化焙燒工藝。其中，硫酸化焙燒工藝以其對原料適應(yīng)性強(qiáng)、工藝簡單、硒直收率高、經(jīng)濟(jì)效益好在工業(yè)上應(yīng)用最為廣泛［4］。

目前，國內(nèi)眾多生產(chǎn)廠家采用銅陽極泥伴入濃硫酸進(jìn)行焙燒蒸硒，生產(chǎn)設(shè)備一般都采用回轉(zhuǎn)窯處理，回轉(zhuǎn)窯按能源類型分為電加熱、燃油加熱和燃?xì)饧訜帷?/p>

1 傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)窯窯體結(jié)構(gòu)簡介

貴溪冶煉廠銅陽極泥處理回轉(zhuǎn)窯是屬于傳統(tǒng)耐火磚結(jié)構(gòu)：內(nèi)墻采用高鋁磚，外墻采用輕質(zhì)高鋁磚保溫；窯底底層是耐火磚，上層采用高鋁磚；窯爐頂是由7塊高鋁質(zhì)澆注料灌筑成的爐頂蓋板組成。

正常生產(chǎn)過程中，窯體四周外表平均溫度為70～80℃。另外，由于回轉(zhuǎn)窯經(jīng)過連續(xù)多年的生產(chǎn)，在反復(fù)開停窯升、降溫作業(yè)過程中，耐火磚結(jié)構(gòu)窯墻體產(chǎn)生縫隙，特別是窯頭、窯尾兩面現(xiàn)象更嚴(yán)重?；剞D(zhuǎn)窯爐頂是由7塊爐頂蓋板組成，采用耐火保溫材料灌注在15 mm鋼板模內(nèi)，在生產(chǎn)及窯體檢修過程中，易發(fā)生破損，造成窯爐頂保溫性能差，爐頂外表溫度可達(dá)90℃以上。

2 存在的問題

2.1 傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)窯窯體散熱量大

傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)窯受耐火磚保溫性能影響，墻體外表溫度在70～90℃，與室溫相差較大，同時(shí)，在升降溫過程耐火磚發(fā)生熱脹冷縮，墻體逐漸產(chǎn)生裂隙，造成窯體密封性下降，導(dǎo)致回轉(zhuǎn)窯窯體散熱量大，熱能損耗較大。

2.2 裸露窯筒形成“冷熱橋”現(xiàn)象

回轉(zhuǎn)窯結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，窯筒與窯頭、窯尾兩端連接部位，窯筒兩端共有200～500 mm全部裸露在爐膛外，金屬窯筒將高溫爐膛與常溫下的爐膛外界連接，構(gòu)成“冷熱橋”現(xiàn)象，使?fàn)t膛內(nèi)熱量快速傳遞到外界，造成大量熱量流失。

圖1 回轉(zhuǎn)窯主體結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 窯內(nèi)爐膛燃燒壓力大

該廠在回轉(zhuǎn)窯油改氣項(xiàng)目中，當(dāng)時(shí)為節(jié)省生產(chǎn)改造成本，對原4臺供燃燒風(fēng)的風(fēng)機(jī)（2備2用）進(jìn)行利舊。該風(fēng)機(jī)型號2JWL－7.3A（雙級），風(fēng)壓為：13～14 kPa，風(fēng)量為3 500～4 000 m3／h。為匹配風(fēng)機(jī)性能，在回轉(zhuǎn)窯天然氣燃燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，將天然氣壓力燃燒壓力設(shè)計(jì)與風(fēng)機(jī)壓力匹配。

回轉(zhuǎn)窯燃燒風(fēng)、氣壓力越高，造成爐膛內(nèi)燃燒壓力越高，增大了熱量向外擴(kuò)散速度。

2.4 燃燒尾氣余熱量高

該廠5臺回轉(zhuǎn)窯燃燒尾氣都是通過一根15 m高煙囪，向外排放?；剞D(zhuǎn)窯爐膛出口煙氣溫度高達(dá)300～450℃，燃燒尾氣帶走了大量熱量。

3 技術(shù)改造措施

3.1 改進(jìn)窯體保溫性和密封性

保溫材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定了保溫材料的絕熱效果，封閉口結(jié)構(gòu)材料優(yōu)于開口結(jié)構(gòu)材料，封閉口結(jié)構(gòu)有效防止了材料內(nèi)部的熱對流和輻射，防止水汽進(jìn)入材料內(nèi)部，影響材料的絕熱性能［5］。針對傳統(tǒng)耐火磚結(jié)構(gòu)體回轉(zhuǎn)窯存在保溫性和密封性的技術(shù)缺陷，綜合考慮施工難度和改造成本，選用2種新型高效的節(jié)能保溫材料：CAS鋁鎂質(zhì)膏體和硅酸鋁纖維棉。

在回轉(zhuǎn)窯墻體四周增加一層CAS鋁鎂質(zhì)膏體，提高窯體保溫性。在窯體外增做保溫層試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)如圖2所示。隨著膏體層厚度增加，窯外表溫度會逐漸下降，當(dāng)膏體保溫層厚度達(dá)到20 mm時(shí)，窯體外表溫度降低至40℃左右，膏體保溫層厚再增加窯外表溫度變化不大。因此，在回轉(zhuǎn)窯體外墻，用CAS鋁鎂質(zhì)膏體增做一層20 mm保溫層，將窯體外表溫度由70～80℃控制在40℃左右。

圖2 窯體外表溫度隨膏體層厚度變化情況

重新設(shè)計(jì)制作爐頂蓋，采用硅酸鋁纖維棉保溫材料，用鋼結(jié)構(gòu)做支架，替代傳統(tǒng)澆注料爐頂蓋，窯頂?shù)谋匦院兔芊庑缘玫斤@著提升，爐頂溫度由90℃以上降至35～40℃，基本與室溫接近。

3.2 消除裸露窯筒“冷熱橋”現(xiàn)象

裸露窯筒溫度一般在200～300℃。采用CAS鋁鎂材質(zhì)膏體，對窯筒頭尾兩端裸露部分進(jìn)行包裹，采取有效保溫措施，將溫度降低至50℃左右，消除“冷熱橋”現(xiàn)象。

3.3 降低爐膛燃燒壓力

經(jīng)與天然氣燃燒器設(shè)備廠家和同行業(yè)對比交流，該生產(chǎn)條件下的回轉(zhuǎn)窯天然氣燃燒壓力一般控制在5～10 kPa。因此，在保障焙燒溫度達(dá)到工藝條件下，進(jìn)行回轉(zhuǎn)窯風(fēng)、氣燃燒壓力調(diào)節(jié)試驗(yàn)。

在原燃燒風(fēng)總管增裝一個(gè)排空閥對風(fēng)壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過天然氣壓力調(diào)節(jié)閥對天然氣壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，將風(fēng)、氣壓力逐段下調(diào)。經(jīng)過生產(chǎn)試驗(yàn)論證，天然氣、燃燒風(fēng)壓力下降，焙燒溫度能達(dá)到工藝參數(shù)范圍，天然氣瞬時(shí)耗量平均減少5%～8%，調(diào)壓前后瞬時(shí)流量變化情況見表1。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，重新選型燃燒風(fēng)風(fēng)機(jī)，改用同風(fēng)量、低風(fēng)壓風(fēng)機(jī)9－19，風(fēng)量3 921 m3／h，全壓650 Pa，實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)窯風(fēng)、氣低壓燃燒。

表1 調(diào)壓前后瞬時(shí)流量變化情況表

3.4 燃燒尾氣余熱復(fù)利用

為對燃燒尾氣余熱進(jìn)行復(fù)利用，提高天然氣熱利用率。設(shè)計(jì)一款2.5 m2管式助燃風(fēng)熱交換器，安裝在每臺回轉(zhuǎn)窯煙道出口，燃燒尾氣與燃燒風(fēng)進(jìn)入熱交換器，進(jìn)行逆向熱交換。經(jīng)過熱交換器后，燃燒風(fēng)從常溫升至85℃左右，燃燒尾氣由300～450℃降至130～180℃。

燃燒風(fēng)經(jīng)熱交換，帶入的熱量計(jì)算公式［6］：

式中：C為空氣比熱容，查表得1.003 J／kg·K，M為空氣質(zhì)量，查表得1.29 kg／m3，燃燒風(fēng)瞬時(shí)流量為320 m3／h，T△為燃燒風(fēng)加熱前后溫差85－35＝50℃。

所以：

經(jīng)過熱交換器后，單臺窯燃燒風(fēng)每小時(shí)對燃燒尾氣回收熱量為20 701 J。

4 實(shí)施效果

通過對回轉(zhuǎn)窯墻體和窯筒體裸露部分增加新型膏體保溫層、降低燃燒風(fēng)氣壓力控制、燃燒尾氣余熱復(fù)利用等技術(shù)改進(jìn)措施，大幅度改善回轉(zhuǎn)窯整體保溫性和密封性，提高了傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)窯熱利用率。回轉(zhuǎn)窯正常運(yùn)行時(shí)，天然氣瞬時(shí)流量由50～60 m3／h降低到35～40 m3／h，銅陽極泥回轉(zhuǎn)窯硫酸化焙燒天然氣單耗降低了20%～30%。

5 結(jié)束語

本次技術(shù)改造實(shí)踐，一是充分利用了新型高效保溫材料技術(shù)優(yōu)勢，二是將新型保溫材料與傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行有效結(jié)合，改造施工簡單，改造成本低。經(jīng)過對回轉(zhuǎn)窯及燃燒控制進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，大幅度提高了天然氣熱利用率，降低銅陽極泥處理能源消耗，實(shí)現(xiàn)了能源的高效利用。