固定式陽極爐油改氣生產(chǎn)實踐

隨著國內(nèi)對環(huán)保要求的逐步提高，聯(lián)合銅業(yè)順應(yīng)時代發(fā)展在2019年至2020年兩年中將再生銅火法精煉的3臺陽極爐重油燃燒系統(tǒng)全部升級改造更為清潔干凈的天然氣全氧燃燒系統(tǒng)，這在國內(nèi)再生銅冶煉企業(yè)應(yīng)用天然氣熔化冷銅的諸多冶煉廠中屬于先行者。但在使用天然氣初期生產(chǎn)中也產(chǎn)生了對系統(tǒng)影響較大的稀酸，通過從技術(shù)和管理兩個主要方向，不斷優(yōu)化改善，降低了天然氣產(chǎn)生的稀酸影響，同時也取得了較好的經(jīng)濟效益。

1 聯(lián)合銅業(yè)工藝介紹及升級改造天然氣純氧燃燒概況

聯(lián)合銅業(yè)火法精煉工藝采用的是固定式陽極爐，主要處理雜銅（米銅為主）、冷態(tài)粗銅、廢板及殘極等含銅品位在93%以上的含銅冷料，陽極爐端部裝有2只燒嘴對冷料進行加熱熔化，鼓入壓縮空氣對已化銅水進行氧化，加入石英石造渣并采用人工方式扒渣，以煤粉為還原劑對氧化終點樣的銅水進行還原，還原后的銅水采用雙圓盤澆鑄成合格的陽極板。陽極爐生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的含二氧化硫等成分的煙氣經(jīng)過布袋收塵、風(fēng)機、洗滌脫硫及電除霧設(shè)備后達標(biāo)排放。

聯(lián)合銅業(yè)精煉車間自2019年5月份開始逐次利用各臺陽極爐中小修的契機，對3臺陽極爐重油閥組進行全面升級改造為天然氣閥組，原來的氧氣閥組保留與新安裝的天然氣閥組重新配套組合成天然氣全氧燃燒系統(tǒng)閥門組，單臺閥組最大燃燒能力在600Nm

/h。天然氣槍中心管依然采用的是低壓蒸汽替代壓縮空氣預(yù)混和以提高天然氣燃燒剛性，另外也避免了因采用中心壓縮空氣產(chǎn)生的氮氧化物給尾氣處理帶來負擔(dān)。經(jīng)過近一年多的生產(chǎn)運行，已基本摸索出陽極爐在銅精煉生產(chǎn)過程中不同時期天然氣最佳燃燒量的合理控制，其分別是在加料期天然氣燃燒量控制在200Nm

/h左右、熔料期在600Nm

/h左右及氧化期400Nm

/h左右，以及相應(yīng)的氧氣天然氣燃燒比值，來綜合提高天然氣燃燒熱利用率。

裝盤后，放入發(fā)酵箱進行最后發(fā)酵。醒發(fā)溫度36～39℃，濕度85%，時間 120～150 min（判斷終點方法：用手觸面團有充氣的球感，光澤較好；用手輕觸面團，小坑不立即彈起也不下陷為正好）。

2 聯(lián)合銅業(yè)使用天然氣后產(chǎn)生的問題及改善途徑

2.1 天然氣生產(chǎn)產(chǎn)生的主要問題

天然氣化學(xué)成分和性質(zhì)與重油差別較大，其相比重油燃燒更為充分、干凈，避免了重油因霧化不好在爐內(nèi)冒黑煙等現(xiàn)象。但天然氣燃燒后主要生成二氧化碳和水，導(dǎo)致煙氣中含水比率較之前重油燃燒煙氣中的含水比率急劇增加，直接導(dǎo)致在含有二氧化硫的煙氣露點溫度從之前重油燃燒的120℃左右提升至目前天然氣燃燒煙氣的160℃以上。煙氣露點溫度得到大幅提升，在煙氣管線上后半段、布袋收塵室等低溫區(qū)域產(chǎn)生較為嚴重稀酸問題，尤其是在陽極爐加料期和氧化初期由于陽極爐爐膛整體煙氣溫度較低，則更為容易形成稀酸。過多的稀酸加劇了對管道、風(fēng)機等設(shè)備的腐蝕，提高了設(shè)備的故障率、維修費以及人員勞動強度，有時甚至延長陽極爐操作周期，降低生產(chǎn)產(chǎn)量。另外，長時間的煙氣含水量的增加也出現(xiàn)對布袋透氣率的影響，進而影響布袋收塵效果。

2）修改的后64卦卦序（圖8），揭示了64卦序數(shù)／陰陽對稱規(guī)律，這也許是一個史無前例的、劃時代的發(fā)現(xiàn)！呈現(xiàn)出既陰陽對稱又數(shù)量平衡，陰中有陽，陽中有陰，陰陽相抱，自然天成。這豈不是精美的“陰陽／數(shù)量太極圖”嗎？64卦若采用比干八宮卦序，那么乾為首卦就要改變了，即坤為1，乾為2。

2.2 減少煙氣產(chǎn)生稀酸的措施途徑

針對燃燒天然氣不可避免帶來煙氣水分高，煙氣露點溫度提高產(chǎn)生的稀酸問題。在生產(chǎn)中，我們圍繞一是降低不必要的水分入爐，減少煙氣含水量；二是適當(dāng)控制煙氣中二氧化硫的濃度，從理論上降低煙氣露點溫度；三是提高煙氣在管道后半段以及布袋收塵等低溫區(qū)域的煙氣溫度，減少稀酸的產(chǎn)生。在生產(chǎn)中不斷摸索以下幾種措施疊加運行，明顯改善了天然氣燃燒產(chǎn)生稀酸的問題。

（1）采用氧氣替代天然氣中心槍管的蒸汽，杜絕此部分蒸汽帶入煙氣水分?？紤]到聯(lián)合銅業(yè)外購純氧在日常使用中達不到計價的氧氣小時流量計費標(biāo)準，仍有部分剩余。為此，利用了純氧替代蒸汽與天然氣進行預(yù)混合，一是避免了蒸汽入爐，減少了煙氣中該部分蒸汽水分含量，可以適當(dāng)降低煙氣露點溫度；二是全氧預(yù)混合天然氣燃燒效果比蒸汽更充分、火焰剛度更強燃燒更劇烈，爐膛溫度得到進一步提升，煙氣溫度得到提高。三是由于氧氣溫度是室溫比低壓蒸汽溫度低很多，提升了對槍管的冷卻效果減少了對天然氣槍管及槍頭燒損，延長天然氣槍的使用壽命。四是加大了對氧氣的使用效率，同時也減少了外購蒸汽的使用量，降低生產(chǎn)制造成本。

（2）優(yōu)化煙氣管線上配置以及對管道進行保溫等措施，提升管道煙氣溫度。改造前重油燃燒煙氣溫度高且煙氣含水量少，煙氣管線上需要安裝空氣冷卻器對高溫?zé)煔膺M行強制降溫，改造天然氣燃燒后則需要提升煙氣管線后半段以及入布袋收塵室煙氣溫度。為此，一是在布袋收塵室上游管線上的空氣冷卻器安裝了旁通閥，在氧化后期或者還原期溫度高于布袋承受溫度時，可以根據(jù)溫度高低自由切換煙氣是否需要經(jīng)過空氣冷卻器，達到優(yōu)化調(diào)整管線煙氣的溫度。二是根據(jù)煙氣管道腐蝕的部分，對煙氣管道后半段以及風(fēng)機進出口管道進行安裝保溫棉進行保溫，彌補煙氣在加料期以及氧化初期的溫度過低帶來的腐蝕。三是在布袋收塵器灰斗安裝電加熱裝置，提升布袋收塵器整體溫度來減少布袋收塵室的腐蝕。在生產(chǎn)中，三種措施根據(jù)陽極爐生產(chǎn)不同周期結(jié)合使用，以減少煙氣在管道中溫度的大范圍波動，避免長時間的低溫腐蝕。

當(dāng)年暑假過后，湯甲真回到湖大，組織關(guān)系也秘密轉(zhuǎn)到學(xué)校，由地下黨支部書記周季平與他單線聯(lián)系，開始從事地下活動。

3.3.1 油改氣經(jīng)濟指標(biāo)改善情況

統(tǒng)計2019年度重油生產(chǎn)的陽極爐爐次數(shù)據(jù)及該年度天然氣生產(chǎn)陽極爐爐次數(shù)據(jù)，并選取主要經(jīng)濟指標(biāo)進行比對，具體指標(biāo)見表1。

農(nóng)工王月桂說，“連隊‘兩委’是由我們職工群眾自己選出來的，他們做事公開、公平、公正，民主管理、陽光操作，是值得職工群眾信賴的‘兩委’班子。”□

混凝法主要用于去除懸浮性顆粒、膠體和溶解性的物質(zhì).一般來說，混凝過程對大多數(shù)EDCs的去除效果均較差.Matamoros和Salvadó利用混凝澄清池處理污水廠二級出水中的微污染物，研究表明其對OP的去除率僅為50%[23].而Asakura和Matsuto利用FeCl3作為混凝劑處理垃圾滲濾液中的微污染物，發(fā)現(xiàn)對BPA的去除率僅有20%，而對NP的去除率則高達90%，這可能與NP的Kow值較高有關(guān)[22].

低速轉(zhuǎn)向時需要電動機輸出大轉(zhuǎn)矩,高速轉(zhuǎn)向時需要電動機輸出小轉(zhuǎn)矩,即隨著v增大,F(v)減小,所以F(v)為v的指數(shù)遞減函數(shù).G(Td)為輸入不同大小扭矩時的特性曲線函數(shù)表達式,隨著輸入扭矩的增大和減小,其結(jié)果也隨之增大和減小,所以G(Td)為Td的遞增函數(shù).通過以上分析,可以得到F(v)的表達式為

3 聯(lián)合銅業(yè)應(yīng)用天然氣生產(chǎn)取得的節(jié)能等效果

3.1 陽極爐耐火磚耗損情況

改造天然氣生產(chǎn)后，從3臺陽極爐中修和小修的停爐外觀以及檢修更換的耐火磚等材料來看，使用天然氣生產(chǎn)的爐體耐火磚耗損較重油燃燒要好得多，尤其是在燒火嘴端墻、爐頂?shù)葏^(qū)域的耐火磚耗損比重油要小很多。其一是天然氣的燃燒火焰呈藍色微帶暗紅色，而重油的燃燒火焰發(fā)白，這也說明正常燃燒時天然氣的燃燒強度比重油燃燒強度要弱、發(fā)熱量相對較低，降低耐材的部分區(qū)域工作溫度，保護了耐火磚。其二是天然氣流量穩(wěn)定，與全氧混合后燃燒充分且燃燒速度快，重油黏度大流量波動不穩(wěn)定，在霧化不充分或在加料期被冷銅擋住部分空間后的重油霧化效果不佳，易導(dǎo)致少量重油噴在爐體耐火磚上燃燒，加劇對耐材的損耗。根據(jù)車間統(tǒng)計，陽極爐使用天然氣生產(chǎn)后到小修平均可生產(chǎn)的爐次達150爐余次，較之前重油可生產(chǎn)的爐次125爐次增加了約25爐次，并且從3#陽極爐天然氣生產(chǎn)了148爐次的小修耐火磚損壞程度來看比重油的小修狀態(tài)還好。使用天然氣生產(chǎn)大幅度延長了耐火磚的使用壽命，減少了陽極爐維修的次數(shù)，降低了維修工作量。

3.2 釋放重油管理工種人員，減少車間人員編制

在改造之前使用重油生產(chǎn)，需要設(shè)置重油管理工，負責(zé)重油加熱保溫巡檢以及重油泵的啟停等操作。而改造成天然氣之后，統(tǒng)一由港華燃氣供氣，經(jīng)調(diào)壓站之后天然氣的壓力很穩(wěn)定，直接進入爐前生產(chǎn)閥組，無需再多設(shè)置人員進行管理。因此，釋放出原來重油管理工種人員6人，由公司統(tǒng)一安排到其他輔助崗位。

3.3 油改氣前后生產(chǎn)經(jīng)濟指標(biāo)及噸銅加工成本情況

（3）錯開陽極爐操作周期，不斷穩(wěn)定煙氣管道中的煙氣成分以及溫度。聯(lián)合銅業(yè)精煉車間有3臺陽極爐可供生產(chǎn)，正常生產(chǎn)模式是2用1備運行狀態(tài)，在實際生產(chǎn)中2臺運行的陽極爐通過配料雜銅比例等措施控制單臺爐時周期及合理安排設(shè)備檢修等刻意錯開2臺運行陽極爐的操作周期，盡可能的使得一臺陽極爐在進料期，另一臺陽極爐在氧化后期，提高進料期的陽極爐排風(fēng)機頻率和適當(dāng)降低氧化后期的陽極爐風(fēng)機頻率，以加大陽極爐在煙氣溫度較低時引風(fēng)量，以犧牲少部分熱效率來提高煙氣溫度，同時系統(tǒng)煙氣量波動較小，有利于穩(wěn)定脫硫塔的工作效率，對各種監(jiān)測數(shù)據(jù)波動起到積極作用。另外，2臺陽極爐操作周期的錯開后，班組人員安排更為妥當(dāng)，工作負荷合理分布，生產(chǎn)銜接更為有序，促進了生產(chǎn)的穩(wěn)定。

（4）采取多氧化管熔料、初期氧化操作，縮短熔料和初期氧化時間，減少煙氣低溫時段的時間。在陽極爐加滿料并檢查爐體正常后，將天然氣燃燒量600Nm

/h左右悶燒，一是盡快的速提高煙氣溫度，二是縮短熔料時間。實踐中大約3小時，觀察靠近燒嘴附近有一定量的銅水時，立即在1#爐門加氧化管進行攪拌銅水加速未熔化冷銅熔化，同時對銅水進行預(yù)氧化。后續(xù)根據(jù)爐內(nèi)銅水分布情況，逐步在2#爐門及渣口加氧化管進行氧化和造渣。多管操作明顯提高了冷銅的熔化速度以及縮短了銅水的氧化造渣時間，單爐爐時從原來單根氧化管操作所需30小時縮短至目前多管氧化所需爐時24個小時左右，大幅度降低了煙氣在低溫段的時間。

由表1可知，使用天然氣后在入爐原料品位存在一定下降的前提下，爐時及日產(chǎn)量基本與重油燃燒時指標(biāo)一致。

（5）做好預(yù)配料管理，合理的使用含硫較高的銅原料，降低煙氣中的二氧化硫濃度。根據(jù)陽極爐結(jié)構(gòu)尺寸，折算出單爐處理含銅原料的能力。在配料過程中，根據(jù)入廠各種原料成分化驗數(shù)據(jù)，合理搭配含硫高的粗銅使用量，并采取過磅實施精準配料。合理的搭配各種物料的使用，上下爐次的原料成分過度比較穩(wěn)定，其一是降低了上下爐次的入爐原料成分中硫元素波動，煙氣成分一直處于比較穩(wěn)定，稀酸產(chǎn)生的量比較穩(wěn)定，系統(tǒng)生產(chǎn)更順暢。其二是避免了估算可能帶來的單爐配料過多引起爐口渣口漫銅事故，而耗費過多的天然氣及氧氣；或過少導(dǎo)致精煉渣難以扒出，影響陽極板質(zhì)量，甚至整爐陽極板不合格，提高了陽極爐一次合格率，也間接降低了生成成本。

（6）對爐門進行密封改造，減少冷空氣入爐，提高煙氣溫度。考慮到在加料和氧化時，需要提高爐門方能操作，為保持爐內(nèi)負壓，此時有大量的冷空氣從爐門口進入爐內(nèi)，不僅降低了天然氣熱效率且對煙氣溫度也有一定的影響。為此，將原來的2個爐門口共用的敞開式的大環(huán)集煙罩，進行根據(jù)爐門結(jié)構(gòu)優(yōu)化成單獨易操作的密封罩。改造后，除了在加料入爐時間需要打開爐門，其它時間基本通過觀察口即可滿足操作和生產(chǎn)觀察要求，極大的降低了爐口冷空氣的吸入量，對煙氣溫度有了進一步改善，同時此密封罩能夠在生產(chǎn)偶然爐內(nèi)正壓時很好的將逸散出來的煙氣通過環(huán)集風(fēng)機抽走，基本杜絕了低空污染與改善了現(xiàn)場的作業(yè)環(huán)境。

（1）天然氣指標(biāo)：單爐天然氣的單耗指標(biāo)折成標(biāo)準煤比使用重油單耗指標(biāo)低9.45%。另外，但從燃料加工成本上天然氣的單耗成本折算為98.72元/噸銅，重油的單耗成本折算為128.94元/噸銅，在燃料生產(chǎn)成本上天然氣是比重油少30.22元/噸銅，也即節(jié)約燃料成本約23.43%。

（2）氧氣指標(biāo)：單爐氧氣指標(biāo)比重油燃燒時指標(biāo)低2.68Nm

/t-Cu，節(jié)約能原為3.61%。

3.3.2 噸銅加工成本改善情況

根據(jù)噸銅加工成本主要由能源費用、制造費用、人工成本以及輔助材料四大費用構(gòu)成，統(tǒng)計了2019年度重油生產(chǎn)的銅加工成本見表2，以及2020年天然氣生產(chǎn)的噸銅加工成本見表3。

從表2和表3可見，2020年在人工成本提升的情況下實現(xiàn)了噸銅加工成本較2019年下將6.75%。其主要因素是在重油改造為天然氣生產(chǎn)后以及在解決天然氣生產(chǎn)帶來的酸水問題的同時，對天然氣混全氧替代蒸汽改造、煙氣系統(tǒng)以及爐門進行優(yōu)化，生產(chǎn)系統(tǒng)更加穩(wěn)定，生產(chǎn)作業(yè)率更高。另外，車間技術(shù)人員對天然氣生產(chǎn)也在不斷摸索總結(jié)，優(yōu)化了原料搭配以及生產(chǎn)操作管理，兩臺陽極爐配合更為銜接有序。

4 結(jié)語

通過對固定式陽極爐重油改天然氣升級改造后，能夠有效的實現(xiàn)聯(lián)合銅業(yè)節(jié)能減排、清潔生產(chǎn)理念。釋放出來重油庫管理工種，減少了崗位編制；杜絕了重油管道吹掃等改善了工作環(huán)境，降低了勞動強度；減少耐材的消耗，延長了陽極爐使用壽命周期等諸多優(yōu)點。但使用天然氣生產(chǎn)也帶來了相應(yīng)的問題，我們在解決天然氣帶來的問題同時也鍛煉了車間技術(shù)人員能力，生產(chǎn)更為高效，公司也實現(xiàn)了降本增效。因此，在再生銅精煉企業(yè)中推進重油改造為天然氣生產(chǎn)是發(fā)展綠色冶煉，更是適應(yīng)日益嚴格的環(huán)保要求的必然趨勢。

[1]朱祖澤,賀家齊．現(xiàn)代銅冶金學(xué)[M]．北京市：科學(xué)出版社．2003年

[2]項超,程貴桃．固定式陽極爐全氧燃燒技術(shù)應(yīng)用與優(yōu)化[J]．世界有色金屬．2018(21)：4+6

[3]李文峰，陳強，王利敏．固定式陽極爐煙氣收塵系統(tǒng)的優(yōu)化與實踐[J]．銅業(yè)工程．2016(5)：65-68