30萬t銅電解脫鎳凈化系統節能改造綜述

王 磊

(大冶有色金屬股份有限公司 冶煉廠， 湖北 黃石 435000)

30萬t銅電解脫鎳凈化系統節能改造綜述

王 磊

(大冶有色金屬股份有限公司 冶煉廠， 湖北 黃石 435000)

針對脫鎳凈化系統大功率制冷設備運行電耗成本居高不下等問題，介紹了利用本地區自然空冷條件的節能改造案例，用以降低生產運行成本，取得了良好的經濟、環保效益。

脫鎳凈化系統； 自然冷卻； 節能改造； 應用

1 工程簡介

大冶有色公司30萬t銅加工清潔生產項目于2012年11月建成投產，采用了目前全世界最先進的銅電解濕法提純工藝，項目主生產線所配置的生產設備全部從法國、芬蘭及澳大利亞等國外專業廠家引進，該項目建成投產后可實現產品全流程自動化生產，技術經濟指標及工裝水平居國內領先地位，達到世界一流水平，未來5年大冶有色公司預計電銅年生產能力可提升至65萬t，年產值將突破230億元，該項目定位于無公害綠色循環生產，其末端配備有電解液脫鎳凈化工序用于清潔生產，本文針對脫鎳凈化系統配置制冷設備功率大，及優化生產工藝、節能降耗等問題提出探討，旨在確保能源高效利用，達到經濟、環保的目的。

2 工程節能改造的具體做法

大冶有色金屬股份有限公司冶煉廠硫酸鎳生產工藝的主要流程為接收脫銅后液，采用間接加溫方式(溫度>100 ℃)加快水份蒸發，當溶液比重達到1.35 g/l～1.45 g/l就可以將濃縮液泵入結晶槽冷卻結晶(溫度-16～-20 ℃)，最后進行固液分離，鎳以無水硫酸鎳形態沉淀析出，同時含有較高的鐵、銅、鋅等雜質，起到凈化銅電解液的作用，整個工藝流程中從高溫濃縮到冷凍結晶需要配置大功率制冷設備滿足生產，我廠08年老系統制冷機總功率500 kW，制冷量1 104 kW，全年運行耗電量大，一度成為制約節能生產的瓶頸環節。

2.1 系統預冷功能

在30萬t銅電解脫鎳凈化系統籌建設計階段，基于節能降耗等問題的要求，我們優化了生產工藝的配置，在高溫濃縮液進入冷凍結晶前增加了預冷工序(如圖1)，充分利用了環境溫度在自然通風條件下的熱交換，為保證冷凝效果的裕量，預冷槽體還設計成了“夾套”壁層，可根據生產需要適時通入常溫生活水強制降溫，生活水泵入一臺200 mm3/h干式冷卻塔形成閉路循環使用，這套預冷系統在冬季室外氣溫焓值低于14 kJ/kg時完全可以滿足要求，在過渡季節，將自然冷卻管路上的閥門和循環水泵打開，通過干式冷卻塔中的低溫冷卻水給預冷槽回水降溫，冷卻塔選用設計進(出)水溫度42 ℃/33 ℃，溫差9 ℃，干(濕)球溫度31.5 ℃/28 ℃，設計壓力0.6 MPa，工作壓力0.2～0.5 MPa，冷卻塔在運行散熱過程中噴淋水會有少量蒸發，水槽內容易沉積結垢，操作使用時最多2個月排水一次即可，運行非常經濟可靠。

圖1 硫酸鎳預冷系統工藝配置詳圖

2.2 冬季氣候背景

由于廠房內預冷槽釋放出大量的熱量，為了充分利用自然對流的冷量資源，廠房在構造時必須考慮空氣迎面風速、流動阻力和傳熱系數等特性，本地區10年氣溫均值保持在7 ℃左右，空氣相對濕度55RH%，具備自然空冷運行條件，每年進入冬季或當年11月至翌年3月季風時期，環境對流風速為最理想狀態，其氣候變化的統計情況如表1所示，此時期工廠排產計劃也同步增高，滿負荷生產，科學利用環境資源。

表1 2002年～2012年黃石地區氣候狀況記錄

圖2 硫酸鎳預冷廠房通風流向條件圖

2.3 合理選擇設備

為確保自然冷卻效果和工程質量，此工程中我們選用了國內一線品牌江蘇恒德力新研發的Ⅱ代產品，槽體巧妙的采用了敞口式設計，容積：16 m3，內壁：搪瓷內襯，攪拌方式：二葉推進dj/D=0.33，dj=400 mm，功率：15 kW，轉速：970 r/min，共計16臺，排列呈東西向布置，濃縮罐和預冷槽分別安裝在廠房5樓、4樓，預冷槽可利用約3 m空間落差自動補液，節約了配備輸液泵約30 kW功率，廠房通風條件采用湍流式中空結構(如圖2所示)，有利于形成均勻的溫度場和熱壓浮升力，推動了空氣的良好流通。

3 節能量對比

大冶公司30萬t銅電解脫鎳凈化系統于2013年7月投入使用，我們將新舊模式下的節能量統計如下，3臺冷水機組主要為冷凍結晶生產工藝提供冷水，工藝要求進水溫度為32 ℃，冷水機組回水溫度為-25 ℃。日常至少需要3臺冷水機組投入運行，平均負載為80%；4臺冷凍機(3用l備)，鹽水循環泵4臺，額定功率為660 kW，流量為250 m3/h，揚程為42 m；新模式下某日系統運行總耗電量如圖3所示，晝夜溫差越大，自然冷卻效果越好，節能效果越明顯，通過2013年7月投運以來的統計數據表明，節能改造后帶來了可觀的經濟效益，在產能同比條件下，產品電能單耗降至12.42 kg/kWh，降副達13.2%，按用電市場價0.61元/kWh計算，可節約能源成本開支約22萬元/年，為大冶公司增加了經濟效益的同時達到節能減排，經濟環保的目的。

圖3 采取措施后制冷機組用電柱狀圖

4 結語

隨著化工、冶金行業的快速發展，大型制冷設備的廣泛應用，工序前端增加預冷系統為緩解制冷量供給不足，制冷設備配備功率大等問題提供了很好的幫助，所帶來的產能提高和節能效益具有較高的推廣價值和應用前景，具有運行自由冷卻系統溫差條件的地區都不應放棄利用這一有利的氣候資源，設計出運行可靠的自然冷卻系統，對企業節約運行能耗，降低產品成本具有重要的意義。

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The Review of 300 000 Tons Copper Electrolytic Nickel Free Purification System Energy Saving Transformation

WANG Lei

Due to high cost of power consumption of high power refrigeration equipment running in nickel removed purification system, the paper introduces the energy saving transformation by using natural air cooling, decreases the power consumption costs, achieves good economic and environmental benefits.

nickel removed purification system；natural air cooling；energy saving transformation

2015-02-16

王 磊(1978-)，男，湖北鄂州人，工程師，大學本科，主要從事設備管理及維護工作。

TF811

B

1003-8884(2015)04-0051-03