多氧燃燒在轉(zhuǎn)動(dòng)分銀爐上的應(yīng)用實(shí)踐*

張繼潤，許 娜，段建鋒，方振華，張德超，和秋谷

（1.云南銅業(yè)股份有限公司西南銅業(yè)分公司，云南 昆明 650100 2.昆明冶金研究院有限公司，云南 昆明 650531）

目前某公司陽極泥經(jīng)過濕法處理后得到銀精礦，通過火法冶煉銀精礦回收其中的有價(jià)金屬Au、Ag、Se、Te等，采用的熔煉設(shè)備主要是轉(zhuǎn)動(dòng)分銀爐，配套燃燒系統(tǒng)為傳統(tǒng)的顏式燃料器，燃料主要為0#柴油[1-3]。轉(zhuǎn)動(dòng)分銀爐冶煉銀精礦的主要工藝為：加料、還原熔煉、氧化精煉及排放等，整個(gè)冶煉過程中，需要的熱量均來自傳統(tǒng)的顏式燃料器，燃料器的助燃?xì)鉃榭諝?，空氣中夾雜的氮?dú)獠粎⑴c反應(yīng)，但會(huì)帶走大量的熱量，不僅造成燃料浪費(fèi)，而且增加了污染物的排放[4-8]。該公司最新數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，轉(zhuǎn)動(dòng)分銀爐每冶煉一噸銀陽極板需要消耗柴油1 327 L，其柴油的消耗費(fèi)占了生產(chǎn)成本的28.7%。本文采用先進(jìn)的多氧燃燒技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的顏式燃燒技術(shù)應(yīng)用于轉(zhuǎn)動(dòng)分銀爐的生產(chǎn)實(shí)踐，對比分析了改造前后的效果，其運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及理論數(shù)據(jù)為陽極爐改造奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

1 分銀爐多氧燃燒系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理

1.1 分銀爐多氧燃燒系統(tǒng)構(gòu)成

分銀爐多氧燃燒系統(tǒng)的多氧燃燒裝置由供氧單元、供油單元、燃燒單元、控制單元組成。供氧單元是將氧氣供給站的氧氣分為一次氧與二次氧，并給燃燒器供氧。燃燒單元由燃燒器與燒嘴磚組成，其結(jié)構(gòu)見燃燒器外形圖1。控制單元以PLC為主體與各單元儀表、閥門組成控制系統(tǒng)，由上位機(jī)進(jìn)行操作。

圖1 分銀爐多氧燃燒系統(tǒng)流程圖Fig.1 Flow chart of multi-oxygen combustion system of silver smelting converter

1.2 系統(tǒng)工作原理

多氧燃燒系統(tǒng)的燃燒原理與一般燃燒器有本質(zhì)上的不同，首先就燃燒過程而言，它是柴油與純氧在爐內(nèi)充分混合后分散在爐膛中彌漫性燃燒，沒有明顯著火點(diǎn)、火焰分布均勻，這樣可以使燃料完全燃燒，充分釋放熱量，有效提高資源利用率，減少煙塵的排放量。

多氧燃燒技術(shù)源自北京凱明陽熱能技術(shù)公司。多氧燃燒裝置主要由點(diǎn)火系統(tǒng)、燃料噴口、一次氧槍、二次氧槍等組成。多氧燃?xì)馄鞯囊淮窝鹾投窝醴謩e與燃料參混。燃料進(jìn)入爐內(nèi)后，一次氧與部分燃料參混，燃燒形成根部火焰，未燃燒的燃料進(jìn)入爐膛中，與二次主燃料氧在爐膛發(fā)生劇烈反應(yīng)，形成無煙火焰。在一定范圍內(nèi)，一次氧和二次氧的需氧量可根據(jù)燃燒過程的需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。

分銀爐多氧燃燒工藝控制流程，主要由氧站閥組總成、柴油閥和柴油霧化風(fēng)閥組構(gòu)成。分銀爐多氧燃燒裝置中柴油與氧氣流量按一定比例進(jìn)行控制，一次氧與二次氧流量按一定比例進(jìn)行控制，通過調(diào)節(jié)一次氧壓力閥、柴油壓力閥、二次氧流量閥、柴油流量閥使?fàn)t膛的火焰達(dá)到最佳燃燒效。分銀爐多氧燃燒系統(tǒng)流程圖見圖2。

圖2 多氧燃燒器外形圖Fig.2 Outline drawing of multi-oxygen burner

2 分銀爐多氧燃燒技術(shù)改造

拆除原來的燃燒器，用多氧燃燒裝置燒嘴進(jìn)行替換，閥組配置在轉(zhuǎn)動(dòng)分銀爐左上方平臺上，擴(kuò)建改造平臺配置閥組，柴油閥組布置于爐體燒嘴磚端處，壓縮空氣閥組布置于爐后，控制系統(tǒng)配置在門口操作室。

2.1 控制系統(tǒng)改造

多氧燃燒裝置在運(yùn)行時(shí)，供氧單元、供油單元、控制單元為燃燒單元服務(wù)。完成控制過程的操作是通過控制柜和上位機(jī)實(shí)現(xiàn)，控制柜完成現(xiàn)場點(diǎn)火控制，流量信號、壓力信號采用（4～20）mA傳入控制柜?？刂葡到y(tǒng)包括PLC、上位機(jī)、供電系統(tǒng)和自動(dòng)化儀表。利用控制柜中的PLC完成控制過程，上位機(jī)安裝在操作控制室中，完成實(shí)時(shí)監(jiān)控和操作。

2.2 能源管網(wǎng)改造

氧氣外管線從現(xiàn)有動(dòng)力車間至熔煉車間的氧氣總管上接出，DN80管道沿現(xiàn)有管廊和橋架接到稀貴車間分銀爐氧氣閥站附近，總長約500 m。在接入點(diǎn)處設(shè)置DN80總閥門，在分銀爐氧氣閥站處各設(shè)置一臺DN50截止閥。在氧氣管道兩端設(shè)置氮?dú)庵脫Q口和吹掃口。沿途設(shè)置支架時(shí)考慮管線的自由膨脹。

2.3 爐體燃燒端爐磚改造

空氣助燃燃燒器結(jié)構(gòu)簡單但體積大、外形笨重，與之配套的燃燒風(fēng)輸送管道口徑大，占據(jù)爐前操作平臺空間較大。對已有1#轉(zhuǎn)動(dòng)分銀爐燃燒器拆除。燒火端爐磚按照多氧燃燒器的不銹鋼外殼，采用半再結(jié)合鎂鉻磚（380×150×93/61） mm異型磚、（330×150×75）mm方磚進(jìn)行砌筑，同時(shí)采用焊接方式固定在原有燃燒器的位置，其燒嘴磚采用螺栓固定在不銹鋼外殼內(nèi)，使之與燒嘴磚形成整體。

3 存在的問題及整改的措施

3.1 燃燒系統(tǒng)油氧控制

多氧燃燒系統(tǒng)小火控制（柴油流量30kg/h以下時(shí)），燃燒火焰效果不是太好，在控制時(shí)也不太穩(wěn)定。柴油霧化效果受壓縮風(fēng)影響大，霧化差的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)火星和喘震。燒嘴磚柴油槍孔容易結(jié)碳，可能是燃燒效果不充分或者油槍接頭處漏油造成的，導(dǎo)致燒嘴磚孔冒白煙，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)火焰。氧氣總管壓力有波動(dòng)（0.13～0.21）MPa，對手動(dòng)操作時(shí)氧氣流量的穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生一定影響。燒嘴磚燒蝕較快，目前最短處只有360 mm。

3.2 動(dòng)力波收塵系統(tǒng)煙塵量升高

由于多氧燃燒采用彌漫式燃燒氧化氣氛強(qiáng)，煙塵顆粒較以前小，合金中的硒鉛隨著煙塵揮發(fā)進(jìn)入收塵系統(tǒng)，導(dǎo)致動(dòng)力波系統(tǒng)煙塵量較以前增加了50%，動(dòng)力波后段易堵塞，加大了動(dòng)力波清理工作量。

3.3 爐渣含銀升高

多氧燃燒系統(tǒng)是用純氧代替以前的壓縮空氣助燃，在還原熔化階段，氧氣參與了爐內(nèi)反應(yīng)，造成還原熔煉階段爐內(nèi)氣氛氧化性過強(qiáng)，致使?fàn)t渣含有部分氧化渣，由于氧化渣粘性高，易夾雜合金，不利于分銀爐爐渣的澄清，從而導(dǎo)致了分銀爐爐渣含銀過高，渣含銀從原來的0.35%上升到0.5%。

3.4 優(yōu)化措施

1）通過調(diào)整一次、二次氧比例因子，采用A-90剛玉澆鑄材料制作燒嘴磚，筑爐改造燒嘴磚采用方形燒嘴磚內(nèi)嵌至爐墻，利用爐墻磚保護(hù)燒嘴磚，減少燒嘴磚燒蝕，保障其耐高溫強(qiáng)度，避免了油槍燒蝕結(jié)碳的情況。同時(shí)調(diào)整燒嘴磚位置，使火焰角度偏向爐膛內(nèi)部，避免吹煉時(shí)熔體飛濺堵塞油槍造成回火；

2）對動(dòng)力波沉降室進(jìn)行改造，在其內(nèi)部增加擋板，增加煙氣停留沉降時(shí)間，使細(xì)顆粒煙塵沉降。優(yōu)化動(dòng)力波收塵系統(tǒng)一級噴嘴壓力，使煙塵在一級塔內(nèi)沉降過濾，避免煙塵后移；

3）通過調(diào)整熔化澄清階段氧氣、柴油比例，在爐渣澄清階段降低爐內(nèi)氧氣比例，同時(shí)向爐內(nèi)二次加入碳粉和碳酸鈉，增加還原熔煉后期爐內(nèi)還原氣氛及澄清時(shí)間等，提高渣流動(dòng)性，降低爐渣含銀。

4 應(yīng)用后取得的效果

4.1 節(jié)能效果有效提升

由于多氧燃燒系統(tǒng)采用柴油-氧氣純氧彌漫性燃燒技術(shù)代替原來柴油齒輪泵機(jī)械霧化、普通空氣燃燒系統(tǒng)。柴油單耗由原來的1 356 L/t·陽極板降低到目前656.35 L/t·陽極板，較原來老式燃燒系統(tǒng)降低柴油單耗50%，節(jié)油效果顯著。具體見表1所示。

表1 多氧燃燒與傳統(tǒng)燃燒柴油單耗對比Tab.1 Unit consumption comparison between multi-oxygen combustion and traditional diesel oil combustion

4.2 過程可控、效率高

多氧燃燒系統(tǒng)所有控制元件均由PLC控制，控制老式燃燒系統(tǒng)方便，整個(gè)燃燒程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，冶金爐內(nèi)的火焰長度、寬度可靈活調(diào)整，與普通空氣燃燒相比，冶金爐內(nèi)溫度場更加均勻，傳熱效果更好。不需要人工憑經(jīng)驗(yàn)判斷燃燒效果和爐溫，對于標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)有很好的推動(dòng)力。有連鎖投運(yùn)報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，安全保障方面也比較好。

4.3 氧化氣氛好，除雜效果提升

采用多氧燃燒系統(tǒng)后，由于氧氣參與了反應(yīng)，加強(qiáng)了氧化精煉階段除雜能力，特別是對金銀合金中的銅、鉍除雜能力較好，同時(shí)避免了爐墻上的雜質(zhì)燒蝕二次污染合金，銀陽極板中雜質(zhì)含量較之前下降明顯。具體見表2所示。

表2 多氧燃燒與傳統(tǒng)燃燒銀陽極板雜質(zhì)含量Tab.2 Impurities content of silver anode plate of multioxygen combustion and traditional diesel oil combustion %

4.4 爐體升溫加快

傳統(tǒng)燃燒方式爐溫難以控制，特別是在澆鑄階段，如果澆鑄包溫度不夠，極易造成銀水冷凝在澆鑄包的澆口，造成澆鑄過程中斷，多氧燃燒技術(shù)升溫快，在澆鑄包出現(xiàn)銀水粘附時(shí)，通過調(diào)整油量及氧量，可短時(shí)間內(nèi)對澆鑄銀水給予熱補(bǔ)償，避免澆鑄包冷凝造成的澆鑄過程中斷，減少柴油的消耗保證爐時(shí)。

4.5 煙氣量降低

轉(zhuǎn)動(dòng)分銀爐經(jīng)過多氧燃燒系統(tǒng)改造后，還原熔煉與氧化精煉單位時(shí)間內(nèi)柴油消耗量降低了一半，從而減少了50%的CO2排放，采用氧氣助燃方式降低了壓縮空氣帶來氮?dú)獾挠绊?，而且在爐膛空間不變的情況，相對擴(kuò)大了燃燒空間，使柴油燃燒更加充分，降低傳統(tǒng)燃燒方式員工操作風(fēng)油比不合理燃燒時(shí)的黑煙產(chǎn)生。同時(shí)幅減少了爐前的低空污染及煙氣排放量。

4.6 濕式收塵系統(tǒng)煙氣入口溫度降低

未使用多氧燃燒技術(shù)之前，還原熔煉期動(dòng)力波濕式收塵系統(tǒng)煙氣入口溫度基本維持在（200～250）℃，甚至有時(shí)超過了250℃，氧化精煉期都達(dá)到150℃，動(dòng)力波濕式收塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求入口煙氣溫度不能超250℃，因而員工在入口煙氣高時(shí)將爐口搖下或降低柴油流量，造成低空污染及爐時(shí)延長，采用多氧燃燒技術(shù)后，整個(gè)冶煉過程煙氣入口溫度都能控制在100℃左右，有效地保證了動(dòng)力波濕式收塵系統(tǒng)的安全。

4.7 輔料的消耗減低

氧化精煉后期需要加入硝酸鈉對爐內(nèi)金銀合金中的銅、硒進(jìn)一步除雜，傳統(tǒng)操作噸銀陽極板硝酸鈉的單耗為60 kg，采用多氧燃燒技術(shù)后，整個(gè)冶煉在強(qiáng)氧化的氣氛下進(jìn)行，雜質(zhì)去除能力較強(qiáng)，故在清合金階段噸銀陽極板硝酸鈉單耗降低至30 kg左右。銀陽極板柴油單耗節(jié)約50%，由1 356 L/t·陽極板降低至656.35 L/t·陽極板，節(jié)約費(fèi)用222.27萬元/年，硝酸鈉由60 kg/t·陽極板降低至30 kg/t陽級板，節(jié)約費(fèi)用3.37萬元，除去氧氣增加的費(fèi)用，每年可節(jié)約生產(chǎn)費(fèi)用173.14萬元。

4.8 爐時(shí)縮短

顏式燃燒器分銀爐冶煉周期為48 h，采用多氧燃燒系統(tǒng)后，由于升溫較快，燃燒均勻，縮短了進(jìn)料熔化階段時(shí)間；氧氣不但參與燃燒，也提高了冶煉過程中爐內(nèi)氧化氣氛，在氧化精煉過程中通過合理調(diào)節(jié)氧氣柴油比例，加大氧氣通入量，提高除雜效率，總體上縮短爐時(shí)6 h。

目前燃燒系統(tǒng)油氧控制穩(wěn)定，且燒嘴磚的使用壽命由原來的半個(gè)月增加至6個(gè)月，收塵系統(tǒng)煙塵量減小，煙塵含銀穩(wěn)定在5%以下，爐渣含銀穩(wěn)定在0.3%左右。

5 結(jié)語

1）多氧燃燒系統(tǒng)在陽極泥轉(zhuǎn)動(dòng)分銀爐上的應(yīng)用，降低柴油單耗約50%，提高了柴油的熱利用效率；

2）煙氣CO2排放減少了50%，降低了燃料成本和煙氣處理設(shè)施運(yùn)行成本；

3） 輔料硝酸鈉單耗減至30 kg左右，用量降低50%；

4）加強(qiáng)氧化精煉階段除雜能力，對金銀合金中的銅、鉍除雜能力較好；

5）升溫較快，燃燒均勻，縮短了爐時(shí)6 h。

總之，多氧燃燒系統(tǒng)具有節(jié)能、減排、降耗、自動(dòng)化程度高等顯著特點(diǎn)。