DOC《稀氧燃烧技术在铜阳极精炼炉上的应用》

稀氧燃烧技术在铜阳极精炼炉上的应用 袁海滨,陈钢,杨建中 (云南锡业股份有限公司 铜业分公司,云南个旧,661000) 摘要:稀氧燃烧技术在铜阳极精炼炉上的应用结果表明,稀氧燃烧产生的烟气量约为煤气燃烧烟气量的22.

4%,每吨阳极铜的能耗由应用前的大于88 kgce降低至42 kgce.稀氧燃烧技术对铜水提温较快,加速了氧化脱硫作业,炉内温度调整灵活、迅速,还原结束铜水温度达到1

190 ℃以上,满足阳极板正常浇铸的需要. 关键词:稀氧燃烧;

阳极炉;

精炼;

铜 中图分类号:TF811 文献标志码:A 文章编号:1007-7545(2015)03-0000-00 Application of Dilute Oxygen Combustion on Copper Anode Refining Furnace YUAN Hai-bin, CHEN Gang, YANG Jian-zhong (Copper Branch of Yunnan Tin Limited Company, Gejiu 661000, Yunnan, China) Abstract: Dilute oxygen combustion technology was applied on copper anode refining furnace. The results show that flue gas volume generated by dilute oxygen combustion is only 22.4% of that of coal gas combustion. Energy consumption per ton anode copper drops from

88 kgce above to

42 kgce. Temperature of liquid copper can be raised quickly by dilute oxygen combustion technologies, which accelerate desulfurization by oxidation operation. Temperature of liquid copper is

1 190 ℃ above after reduction, which meets the requirement of anode plate casting. Key words: dilute oxygen combustion;

anode furnace;

refining;

copper 冰铜吹炼产出的粗铜中粗铜必须经精炼除杂后[1],浇铸成阳极板,再送电解精炼才能作为阴极铜销售或再深度加工成铜材等产品销售.铜的精炼技术近年来有了较大发展[2-4].在工艺方面,由常态空气氧化发展到富氧空气氧化,由插木还原、重油还原发展到天然气、氨气、液化石油气还原,从而强化了精炼过程,缩短了还原时间,提高了生产效率,降低了生产成本.精炼设备大型化、机械化、自动化程度日趋提高,过去采用几十吨到一百多吨的精炼炉,逐步发展到200~300 t,目前国内少数厂家精炼炉还升级到了400~600 t[5].以前绝大多数厂家采用反射炉精炼,随着环境要求越来越严格,反射炉逐步被回转式阳极炉取代,在国内仅有极少数厂家仍采用反射精炼炉. 回转式阳极炉[5]以其更优越的自动化程度,更好的操作环境,更为灵活的炉况气氛控制而广泛应用于粗铜精炼,实现粗铜精炼的自动化,减轻了工人的劳动强度,提高了劳动生产率,降低了能耗.稀氧燃烧技术近年来才被国内各大铜冶炼厂引进使用[6].稀氧燃烧技术以其更高效的热效率、更低的烟气产生量、更快的提温速度和更容易控制炉内气氛而逐渐被有色行业所接受并使用[7].目前,国内已有10余家铜冶炼企业将稀氧燃烧技术应用于回转式阳极精炼.稀氧燃烧技术在国外已成熟应用[8],国内正逐步推广使用,本文阐述稀氧燃烧技术在云南锡业股份有限公司铜业分公司回转式阳极精炼炉上的应用.

1 铜阳极精炼原理 粗铜的火法精炼[1]是在精炼炉内向粗铜熔体中鼓入空气,使熔体中对氧亲和力较大的杂质如锌、铁、镍、砷、锑、铅、硫和锡等发生氧化,以氧化物的形态浮于铜熔体表面形成炉渣,或挥发进入烟气而脱除,部分难脱除的杂质还需采用相关的造渣剂或助熔剂反应脱除,残留在铜熔体中的氧经还原脱去后,铜即可浇铸成电解精炼用的阳极板.

2 稀氧燃烧技术原理 稀氧燃烧技术是由普莱克斯公司经过40余年的研发和探索开发出来的,涉及多项美国及国内专利[9].自20世纪90年代以来,在国内外的多项应用实例中,该技术表现出了安全、可靠、高效和节能、维护简单及对现有系统改动少的优点. 收稿日期:2014-09-29 基金项目:云南省财政厅、科技厅技术创新暨产业发展专项资金资助项目(2014XB017) 作者简介:袁海滨(1984-),男,江西吉安人,硕士,工程师. 传统燃烧技术均以空气为助燃介质,而空气中仅20%氧气为有用助燃介质,约80%为非助燃介质,该非助燃介质进入炉内后,交换带走大量热量,导致燃料热效率低.而稀氧燃烧技术,采用98%以上浓度富氧作助燃介质,有效辅助燃料完全燃烧,热量完全释放,产生气体量明显小于传统燃烧技术气体量,烟气带走热量少,炉内燃料热效率高. 普莱克斯开发的 DOC-JL 烧嘴是一种利用炉内烟气循环而降低火焰峰值温度并进而降低NOx排放的卷吸式 JL 烧嘴(如图1所示),它通过高动量氧气燃料射流带来强劲的炉气卷吸,并且促进更均匀的温度分布和热量传递. 图1 稀氧燃烧JL烧嘴砖结构图 Fig.1 JL burner brick structure diagram of dilute oxygen combustion

3 稀氧燃烧技术在铜阳极精炼炉上的应用 3.1 稀氧燃烧对精炼产生烟气量的影响 稀氧燃烧应用前,精炼炉燃烧需要的煤气量为3

000 m3/h、柴油250 kg/h、助燃风4

000 m3/h,稀氧燃烧应用后,精炼炉燃烧省去了煤气和助燃风,只需补充550 m3/h的富氧空气. 稀氧应用前,使用的热煤气主要可燃气体成分及其体积含量分别为:CO 20.5%、CH4 1.8%和H2 19%,另外还有不可燃气体成分及其体积含量分别为N2 49%和CO2 9.7%.根据热煤气中主要的可燃气体来计算完全燃烧需要消耗的氧气量,再反推出所需消耗的助燃空气量.经详细计算,除去煤气完全燃烧所消耗的助燃空气外,还有部分富余空气及煤气中不可燃的气体,再加上柴油燃烧产生的烟气等,都将汇总至后端烟(道)气里,计算得到原煤气燃烧系统尾端产生的烟气量约为6

705 m3/h(标态,下同).然而,采用稀氧燃烧计算,每小时仅柴油完全燃烧约产生1

500 m3烟气,烟气量约为煤气燃烧的22.4%,也就是说烟气排放量减少了77.6%. 根据精炼炉出口烟气温度,原煤气燃烧出口烟气温度常大于300 ℃,稀氧燃烧出口烟气温度约150 ℃,稀氧燃烧每小时产生的烟气量带走了97.2 MJ的热量,而原煤气燃烧系统则每小时产生的烟气量带走了2

167 MJ的热量.由此也可以看出,在相同阳极铜产量的前提下,稀氧燃烧避免了因烟气带走2 069.8 MJ的热量损失. 3.2 稀氧燃烧对精炼能耗的影响 云南锡业股份铜业分公司在引进稀氧燃烧技术前12个月的生产中,回转式阳极精炼炉主要以煤气和柴油作为主燃料提供精炼所需热源,助燃风机提供助燃空气.稀氧燃烧技术在回转式阳极精炼炉改造后,即取消了原煤气和柴油燃烧模式,改用稀氧烧嘴,燃料仅以柴油为主,以富氧浓度为98%以上的氧气作助燃风.稀氧燃........