北方銅業垣曲冶煉廠改造項目工藝節能分析

陳輝

(中條山有色金屬集團有限公司，山西垣曲 043700)

北方銅業垣曲冶煉廠改造項目工藝節能分析

陳輝

(中條山有色金屬集團有限公司，山西垣曲 043700)

介紹了北方銅業垣曲冶煉廠處理500kt/a多金屬礦綜合捕集回收技術改造項目的簡況，通過對富氧底吹熔池熔煉技術、封閉稀酸洗滌——接觸法雙轉雙吸制酸等先進工藝的技術分析及改造前后主要產品的能耗對比，說明了工藝節能在企業節能減排工作中所起到的重要作用。

工藝節能;冶煉;改造;能耗;余熱回收

1 引言

北方銅業垣曲冶煉廠原冶煉工藝為傳統的密閉鼓風爐－轉爐吹煉－陽極爐精煉－電解精煉，制酸工藝為稀酸洗－單轉單吸流程，生產能力約為50kt/ a陰極銅、100kt/a硫酸。根據國發［2010］7號《國務院關于進一步淘汰落后產能工作的通知》，垣曲冶煉廠現有的密閉鼓風爐熔煉工藝屬于淘汰工藝，要求在2011年底前必須停產拆除。為了響應國家淘汰落后產能、工藝、設備的產業政策，北方銅業決定對垣曲冶煉廠進行處理500kt/a多金屬礦綜合捕集回收技術改造。

本次技術改造項目主要由火法冶煉廠區、濕法精煉廠區、硫酸庫、精礦儲存區、渣選礦廠區等組成［4］。火法冶煉系統在垣曲冶煉廠的現有廠址內進行總體布置，新增電解及凈液廠房在現電解車間東側擴建，渣選礦利用銅礦峪礦一期現有設施，并適當進行改造。

本改造工程冶煉工藝流程采用“富氧底吹熔池熔煉—轉爐吹煉—陽極爐精煉—電解精煉—熔煉渣和吹煉渣選礦”流程;煙氣制酸為“封閉稀酸洗滌—雙轉雙吸制酸”工藝流程;銅電解采用傳統電解法生產。主要設備有:Φ4.8底吹熔煉爐1臺;Φ3.6轉爐3臺;Φ3.6陽極爐2臺。

2 改造的必要性

(1)淘汰落后產能的需要。

(2)滿足行業準入條件的需要。

(3)發揮資源優勢、提升企業生存競爭能力的需要。

3 工藝節能技術措施

3.1 富氧底吹熔池熔煉技術

富氧底吹熔池熔煉技術［1］是具有中國國內自主知識產權的技術，也是國家重點推薦的技術，具有生產效率高、工藝先進、能耗低、環保達標和資源綜合利用好的特點。富氧底吹熔池熔煉時，精礦、熔劑與煤加到熔煉爐熔池表面，與液態熔體在噴槍風強烈攪拌中進行快速化學反應，噴入熔體的氧氣使熔煉和吹煉同時進行，充分利用了物料中硫和鐵的氧化反應熱。調整精礦與射入空氣或氧氣的比例，即可控制精礦的氧化程度，得到指定的銅锍品位和煙氣二氧化硫濃度。銅锍品位越高，熔煉發熱量越大，燃料消耗越少;煙氣二氧化硫濃度越高，煙氣量也越少，從而煙氣帶走的熱量也越少;單位硫酸產量的電耗越低，能耗越少。

本項目底吹爐的富氧濃度高達75%，原料中配煤率僅為0.2%，而原鼓風爐富氧濃度為23%，熔煉焦率高達11.6%。如進一步提高富氧濃度或冰銅品位，完全可以實現自熱熔煉。設計熔煉與吹煉過程產生的高溫煙氣均通過余熱鍋爐回收熱量并發電，硫酸煙氣和陽極爐的煙氣經熱管式鍋爐產出低壓蒸汽供生產和生活用。

3.2 封閉稀酸洗滌——雙轉雙吸制酸工藝

設計采用“雙轉化，雙吸收、尾氣脫硫”制酸工藝［2］，屬20世紀末21世紀初的技術。該工藝轉化率高，硫利用率高，硫的總回收率達到96.93%以上，整個制酸系統工藝先進，設備可靠，具有高效、節能、降耗和環保的優點。

新工藝流程資源綜合回收有效利用率高，環保條件好，經濟效益好，金總回收率為95.68%，銀總回收率94.60%，銅總回收率98.21%，各種元素的回收率均達到了行業先進水平。煙氣凈化采用稀酸逆噴洗滌、高效凈化技術，使煙氣得到較好的凈化除塵和冷卻降溫，為下道工序準備了良好的煙氣條件，為產出優質酸產品奠定基礎。

二氧化硫鼓風機采用進口風機，進口導葉調節，適應冶煉煙氣量的波動特點，做到性能高效，節能顯著。

3.3 余熱回收技術

熔煉爐及每臺轉爐各設置1臺中壓余熱鍋爐，產生的中壓蒸汽用于發電，選擇1臺高效的3500～4100kW/10kV/50Hz進口發電機，年發電量2865.6 ×104kW·h，折3522t標煤，使每噸陽極銅的能耗下降33.3kg標煤。余熱鍋爐的設置不僅回收了余熱，也是煙氣降溫和除塵的工藝要求。熔煉爐煙氣溫度從850℃降到380℃，除塵效率30%;轉爐煙氣從775℃降到350℃，除塵效率30%。陽極爐設1臺低壓余熱鍋爐(含空氣換熱器)，經過余熱鍋爐后的陽極爐煙氣溫度降至280℃，再兌適當冷空氣通過布袋收塵器、高溫風機進煙氣脫硫系統。硫酸煙氣也設熱管鍋爐產低壓蒸汽，可以滿足脫硫亞硫酸鈉結晶用汽［5］。

3.4 控制系統自動化

主要生產工序底吹爐熔煉、余熱鍋爐、煙氣制酸和制氧設備、澆鑄設備等，均設有PLC邏輯控制和DCS在線檢測、控制系統，達到自鎖、自投、自控等調節功能。自動化程度高，生產過程連續穩定，可有效節能降耗。

3.5 電解部分節能措施

3.5.1 節電措施

工藝設計中通過加強對極板物理規格質量、電解液循環、電解液溫度、電流密度、電解液雜質濃度、添加劑加入等因素科學合理的控制，有效降低濃差極化現象的危害程度，可使電流效率保持≥95%。

3.5.2 節約蒸汽

為減少蒸汽消耗，設計中采取了如下措施:

電解槽外壁設保溫層:選用厚度為25mm聚乙烯泡沫塑料，用粘結劑粘結在槽壁上。此方法可有效降低熱能輻射損失。

電解槽面覆蓋:用耐酸尼龍塑料布覆蓋，可大大降低槽面蒸發量，減少蒸發熱損失。

4 能耗狀況和能耗指標分析

本項目以多金屬復雜精礦為原料，主要金屬成分含Cu 21.06%、S 28.42%、Au 6.5g/t、Ag 315.08g/t，采用的工藝流程為富氧底吹熔池熔煉－轉爐吹煉－陽極爐精煉。底吹爐和轉爐爐渣經選礦后渣精礦返回底吹爐熔煉。產品為金錠、銀錠和電銅，副產品為硫酸、硫酸鎳和粗硒。

4.1 陽極銅綜合能耗

本項目所用壓縮空氣來自空壓機房，氧氣來自氧氣站，均為自產，計算能耗時，只計算電耗。本項目冶煉煙氣余熱鍋爐產的中壓蒸汽用于余熱發電，低壓蒸汽滿足電解、采暖等生產和生活用汽。本項目用的其他能源全部外購。生產陽極銅綜合能耗［3］見表1。

表1 陽極銅綜合能耗

從上表可見，本項目陽極銅單位產品工藝能耗指標為232.6kgce/t，不僅大大低于銅冶煉企業單位產品陽極銅(銅精礦——陽極銅)能耗限額準入標準(工藝能耗550kgce/t)，同時也大大低于銅冶煉企業單位產品陽極銅(銅精礦——陽極銅)能耗限額先進值(工藝能耗380kgce/t)［6］。

4.2 能耗指標分析

垣曲冶煉廠原采用密閉鼓風爐工藝的能耗情況:單位產品陽極銅綜合能耗為853kgce/t，采用現工藝扣除余熱發電后單位產品陽極銅綜合能耗為232.6kgce/t，改造后陽極銅年產量132770t，按相同產量比較，年節能量折合標煤82370.508t。

5 結束語

北方銅業股份有限公司是國家千家企業節能單位之一，按照國家發改委《千家企業節能實施方案》的要求，省政府下達了“十二五”期間我公司的節能目標。北方銅業垣曲冶煉廠處理500kt/a多金屬礦綜合捕集回收技術改造項目的實施必將有力的保證我公司“十二五”期間節能減排任務的完成。

［1］崔志祥，申殿邦，王智，等.高富氧底吹熔池煉銅新工藝［J］.有色金屬(冶煉部分)，2010(3):17－19.

［2］黃其興.20世紀90年代世界主要銅冶煉廠的技術改造狀況及對白銀爐進一步現代化的建議［J］.有色冶煉，2002(3):1－3.

［3］山西四誠工程技術咨詢有限公司.北方銅業股份有限公司處理500kt/a多金屬礦綜合捕集回收技術改造工程項目節能評估報告［R］.太原:山西四誠工程技術咨詢有限公司，2011.

［4］中國恩菲工程技術有限公司.垣曲冶煉廠處理500kt/a多金屬礦綜合捕集回收技術改造工程可行性研究報告［R］.北京:中國恩菲工程技術有限公司，2010.

［5］高淮昆.銅冶煉系統節能降耗與余熱利用前景分析［J］.有色冶金節能，2007(1):46－48.

［6］楊曉琴，張邦其.銅冶煉系統節能降耗技術改造效果評價［J］.有色冶煉，2003(5):7－8.

Northern Copper the Yuanqu Smelter Reconstruction Project Process Energy－saving Analysis

CHEN Hui

(Zhongtiaoshan Non－ferrous Metal Group Company Limited，Yuanqu，Shanxi 043700，China)

This paper introduces the Yuanqu Smelter＇s 500kt/a multi－metal ore recycling technology transformation project.Compared the main products＇energy consumption between rich oxygen bottom blown bath smelting technology and closed acid washing－，double conversion double absorption contact method process before and after technology transformation project;explains the importance of technical process energy saving in enterprises＇energy saving and emission reduction work.

energy－saving technology;smelting;transformation;energy consumption;waste heat recovery

TF811

C

1009－3842(2012)05－0063－03

2012－03－05

陳輝(1969－)，男，山西運城人，電氣高級工程師，主要從事電氣設備運行及能源管理方面的研究。E－mail:695027576@qq.com