淺談煙化爐冶煉工藝的節(jié)能措施

楊建英,陳志冬,張飛奔

（江西銅業(yè)鉛鋅金屬有限公司,江西 九江 332500）

在采用氧化還原揮發(fā)法對(duì)鉛鋅爐渣、鉛鋅富中礦進(jìn)行處理時(shí)，主要生產(chǎn)設(shè)備就是煙化爐。在大中型鉛鋅冶煉廠中的年總耗能量中，煙化爐煉渣工序的年消耗能量比重約為40%。所以，一直以來，鉛鋅冶煉廠非常重視的一大問題，就是煙化爐冶煉工藝的節(jié)能問題。本文以某煉鉛鋅廠18平方米煙化爐為例，通過分析該煙化爐的熱平衡數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)，在全廠總耗熱量中，因冷卻水、煙氣所引發(fā)的熱損失的比重約為52%，其在燃料化學(xué)熱中的比重約為68%。目前，為對(duì)上述熱量進(jìn)行有效回收，我國主要采用兩種途徑，其一，為生產(chǎn)出中壓蒸汽，為人們所運(yùn)用，將煙化爐的水套改成汽化冷卻水套；其二，為利用余熱進(jìn)行發(fā)電，采用煙化爐和余熱鍋爐為一體設(shè)備。例如，在2015年，山東鉛鋅業(yè)企業(yè)第二冶煉廠對(duì)4平方米的煙化爐水套進(jìn)行改造，將其改造為汽化冷卻水套，采用煙化爐和余熱鍋爐為一體設(shè)備，以對(duì)蒸汽進(jìn)行生產(chǎn)，進(jìn)而進(jìn)行發(fā)電，同時(shí)有效降低排煙的溫度。最終，經(jīng)改造后的煙化爐配套系統(tǒng)，其熱效率得到有效提高，即由過去的32%上升至的86%，使本爐能夠有效節(jié)約約1600噸標(biāo)準(zhǔn)煤。目前，我國已廣泛使用回收熱損失方法，基于此，本文深入研究煙化爐冶煉工藝的節(jié)能措施，具有重要意義。

1 煙化爐節(jié)能的可能性分析

一直以來，鉛鋅冶煉廠非常重視的一大問題，就是煙化爐冶煉工藝的節(jié)能問題。本文以某煉鉛鋅廠18平方米煙化爐的熱平衡為例，對(duì)熱能流向進(jìn)行深入研究和分析。通過分析后不難發(fā)現(xiàn)，在本廠總耗熱量中，因冷卻水、拋渣、煙氣等而引發(fā)的熱損失比重約為75%。由此可見，對(duì)這些熱量進(jìn)行回收，具有非常大的節(jié)能可能性。目前，在我國大多數(shù)煉鉛鋅廠中，煙化爐設(shè)備主要對(duì)汽化水套、汽化冷卻爐壁進(jìn)行應(yīng)用，為進(jìn)行余熱發(fā)電、供熱，采用煙化爐和余熱鍋爐為一體設(shè)備，熱利用率得到有效提高，不過蒸汽壓力并不高，尚未對(duì)其進(jìn)行充分應(yīng)用。所以，對(duì)拋渣進(jìn)行合理利用，將余熱帶走，對(duì)煙氣余熱回收率進(jìn)行有效提高，具有非常大的節(jié)能可能性。

2 煙化爐冶煉工藝的節(jié)能措施

2.1 合理利用拋渣

通過對(duì)18m2煙化爐平衡數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后可知，在總熱量中，拋渣帶走的熱量比重約為25%，在整個(gè)燃料化學(xué)熱量中，其比重約為33%。假如能夠合理回收這些熱量，便能夠進(jìn)行有效節(jié)能。因?yàn)闊熁癄t在生產(chǎn)過程中，具有周期性，因此要想回收爐渣中的熱量，其技術(shù)難度是非常高的，不過，我們可以利用間接回收方法。例如，對(duì)基夫賽特爐渣進(jìn)行粒化，根據(jù)一定比例，將一些石膏、普通硅酸鹽水泥熟料添加到爐渣粒中，對(duì)其進(jìn)行充分混磨，進(jìn)而生產(chǎn)出更為優(yōu)質(zhì)的水泥。這種冶煉-制水泥新工藝，能夠?qū)δ茉催M(jìn)行有效節(jié)約。通過進(jìn)行試驗(yàn)證明，冶煉廠如果能夠?qū)@種復(fù)合新工藝進(jìn)行運(yùn)用，因?yàn)榛蛸愄貭t渣已被粒化，所以不必進(jìn)行焙燒，可以直接用為水泥混合材料，年均節(jié)約約3000噸標(biāo)準(zhǔn)煤，能夠充分利用約50000噸的廢渣。

2.2 對(duì)冶煉工藝進(jìn)行改進(jìn)

2.2.1 對(duì)合適的氧化還原壓進(jìn)行保持

煙化爐在整個(gè)生產(chǎn)過程中，爐渣內(nèi)鉛鋅的深度會(huì)隨著氧化還原揮發(fā)不斷變小，通過對(duì)鉛鋅的氧化還原揮發(fā)機(jī)理進(jìn)行分析后可知，在鉛鋅的揮發(fā)過程中，應(yīng)始終保持合適氧化還原壓，這是非常重要的。在入爐渣料含鉛鋅量中，加硫量宜控制在它的0.5～1倍。通過大量試驗(yàn)，本文主要研究兩種鐵礦加入方法。第一，在吹煉開始10分鐘的時(shí)候加入鐵礦；第二，在吹煉120分鐘這段時(shí)間內(nèi)，將鐵礦進(jìn)行均勻分散加入。試驗(yàn)結(jié)果顯示，前一種方法，鉛鋅的揮發(fā)速度相對(duì)比較快，僅1個(gè)小時(shí)后，鉛鋅的揮發(fā)率便能夠獲取同等的效果；后一種方法，氧化還原劑加入量和鉛鋅的揮發(fā)率之間存在著較為密切的關(guān)系，在入爐渣料含鉛鋅量中，當(dāng)氧化還原加入量比重為0.5～0.7倍時(shí)，經(jīng)過2個(gè)小時(shí)吹煉后，鉛鋅的揮發(fā)率約為90%，當(dāng)氧化還原劑加入量比重為0.8～1.0倍時(shí)，鉛鋅的揮發(fā)率約為95%。

由此可知，在吹煉開始之后的短時(shí)間中加入鐵礦時(shí)，能夠產(chǎn)出比較大的壓力，鉛鋅的揮發(fā)速度比較快，第一種方法前30分鐘的吹煉效果和第二種方法前80分鐘的吹煉效果是一樣的。在其他前提條件都一樣時(shí)，和第二種方法相比，采用第一種氧化還原加入方法時(shí)，能夠獲得更高的爐床能力和煙化爐熱效率，能夠有效降低能耗量。所以，在吹煉過程中，應(yīng)盡量對(duì)較高壓進(jìn)行保持。不過，如果在吹煉過程中，氧化還原加入量過多，高于爐渣溶解的上限，便會(huì)使鉛鋅的揮發(fā)率得到降低，使氧化亞鉛鋅的蒸氣壓變小，出現(xiàn)鉛鋅溶解于硫中現(xiàn)象，分散金屬，同時(shí)在放渣過程中，極易會(huì)出現(xiàn)爆炸現(xiàn)象。通過大量實(shí)踐表明，在渣料含鉛鋅量中，加氧化還原量宜保持約1倍為最佳。

2.2.2 單位鼓風(fēng)量存在最佳值

通過煙化爐風(fēng)嘴，風(fēng)煤混合物便能夠吹入到渣池中，爐渣受熱后，便會(huì)出現(xiàn)爆炸性燃燒現(xiàn)象，大量氣泡便會(huì)在渣中產(chǎn)生，氣泡中的氣體在燃燒過程中所產(chǎn)生的熱量的作用下，其溫度便會(huì)上升，進(jìn)而出現(xiàn)向泡壁進(jìn)行傳熱現(xiàn)象，進(jìn)而能夠提高、保持渣的溫度。在煙化爐渣池氣泡內(nèi)，氧化還原揮發(fā)、鉛鋅的還原是在同步進(jìn)行的。入爐氣泡內(nèi)的ZnO、PbO蒸氣壓為0，渣內(nèi)所產(chǎn)出來的ZnO、PbO便會(huì)立刻進(jìn)行揮發(fā)，氣泡的蒸氣壓便會(huì)變高。由于爐渣溫度非常高，一般不低于1200℃，其物質(zhì)揮發(fā)速度、化學(xué)反應(yīng)速度都是非常快的，氣體在較短時(shí)間內(nèi)便能夠接近平衡狀態(tài)，氣流帶走ZnO、PbO，ZnO、PbO蒸氣壓和處于平衡狀態(tài)中的蒸氣壓是差不多大的。爐渣在氣泡不斷運(yùn)動(dòng)作用下而進(jìn)行劇烈翻騰，含鉛鋅量比較高、溫度比較低的一些爐渣可以以較快速度向泡壁進(jìn)行擴(kuò)散，最終爐渣池中的化學(xué)成分和溫度是比較均勻的。所以在爐渣中，氣泡具有非常重要的作用，氣泡數(shù)量和氣泡作用之間存在著非常密切的聯(lián)系。單位鼓風(fēng)量隨著單位時(shí)間通過氣體量的增多而便大，隨之鉛鋅的硫化揮發(fā)過程也隨之變得更快。大量實(shí)踐表明，煙化爐在生產(chǎn)過程中，鼓風(fēng)量設(shè)為450m3(標(biāo))/(h·t)為最佳。

2.2.3 充分利用煙化爐的余熱

（1）回收利用高溫?zé)煔庥酂?/p>

①對(duì)汽化冷卻裝置進(jìn)行使用，對(duì)煙氣余熱進(jìn)行回收。在某一個(gè)煉鉛鋅廠中，將汽化冷卻裝置安裝在4m2煙化爐中，其中，汽化冷卻裝置包括加藥系統(tǒng)、吸熱構(gòu)件、自然水循環(huán)構(gòu)件、外供蒸汽分配系統(tǒng)等。通過分析該廠4m2煙化爐的運(yùn)行結(jié)果后發(fā)現(xiàn)，和與水冷比較，汽化冷具有很多優(yōu)勢(shì)，包括能夠節(jié)煤約2500噸，年平均生產(chǎn)約16000噸低壓蒸汽，能夠?qū)崃窟M(jìn)行有效回收，能夠節(jié)約用水，確保煙化爐的正常運(yùn)行，使冶煉工藝要求得以滿足。

②將余熱鍋爐安裝在煙道后面，對(duì)煙氣余熱進(jìn)行回收。在某一個(gè)煉鉛鋅廠中，將余熱鍋爐安裝在煙道后面。本煙化爐運(yùn)用多煙道，強(qiáng)制結(jié)合自然循環(huán)和循環(huán)，生產(chǎn)表明是可行的，能夠?qū)煔庵械腟O2進(jìn)行回收，有助于環(huán)境保護(hù)，能夠?qū)Ω邷責(zé)煔庥酂徇M(jìn)行充分運(yùn)用，生產(chǎn)出來的蒸汽能夠進(jìn)行供汽、電力生產(chǎn)。不過，余熱鍋爐在其他方面還存在不少缺陷，包括排煙溫度的下降、防止爆炸等，仍需對(duì)其進(jìn)行不斷完善。

③將高效換熱器安裝在煙道上。根據(jù)煙化爐自身特點(diǎn)，選用合理的換熱器，以對(duì)鼓入煙化爐的二次風(fēng)進(jìn)行預(yù)熱，對(duì)熱風(fēng)溫度進(jìn)行提升，結(jié)果表明，將高效換熱器安裝在煙道上，有助于能源的節(jié)約和冶煉的強(qiáng)化。不過，在對(duì)換熱器進(jìn)行選用，對(duì)煙化爐煙氣余熱進(jìn)行回收時(shí)，應(yīng)對(duì)其他因素進(jìn)行全面考慮，包括清灰的便捷性、材質(zhì)的抗腐蝕性能等。

選擇適合于煙化爐的換熱器，可以用來預(yù)熱鼓入煙化爐的二次風(fēng)，提高熱風(fēng)溫度，事實(shí)證明，這樣可節(jié)約能源，強(qiáng)化冶煉。但選用換熱器來回收煙化爐煙氣余熱，應(yīng)同時(shí)考慮材質(zhì)的耐高溫、抗腐蝕性能及清灰的方便，可在煙道上安裝熱管空氣換熱器。

（2）綜合利用拋渣和余熱

到目前為止，僅能運(yùn)用沖渣水方法，直接水淬，要想直接回收爐渣中的余熱，其難度是非常大的。一些專家已經(jīng)對(duì)爐渣的綜合運(yùn)用進(jìn)行了大量研究。

3 結(jié)語

為實(shí)現(xiàn)煙化爐冶煉工藝的節(jié)能性，可以采取有效措施，包括綜合利用拋渣和余熱、對(duì)汽化冷卻裝置進(jìn)行使用、對(duì)煙氣余熱進(jìn)行回收、對(duì)合適的壓力進(jìn)行保持等。

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