NRTC爐的設計與安裝

孔祥輝，謝華有，蔡加武

（江西華贛瑞林稀貴金屬科技有限公司，江西豐城331100）

我國有色冶煉行業年產多金屬固體廢物超過千萬噸，歷年堆存量達數億噸，利用率卻不超過60%。固體廢物堆存不僅占用大量土地，而且其中含有砷、鎘、鉻、鉛等具有高遷移性的重金屬有毒元素，對環境造成了極大污染和潛在威脅。

為提高電子廢料、低品位雜銅、工業污泥、工業廢渣等多源有色固體廢物協同冶煉原料的適應性，進一步降低綜合能耗，江西華贛瑞林稀貴金屬科技有限公司（以下簡稱“稀貴公司”）與中國瑞林工程技術股份有限公司合作研究開發了NRTC爐富氧側吹工藝及裝備。通過控制多元氣氛下的梯級反應，充分利用電子廢物中有機可燃物的熱值和玻璃纖維，以及多金屬固廢中的造渣元素，完成冶煉過程，實現多源有色冶煉固體廢物無害化處理與資源化利用。

1 NRTC爐工藝簡介

NRTC爐工藝主要是以電子廢料等多金屬固體廢物為原料，通過對稀貴金屬的火法富集，實現電子廢棄物的無害化處理與資源化利用。該工藝是通過控制氧氣、還原煤、送風、天然氣等的加入量對NRTC爐內的氧化或還原氣氛進行調節，以滿足冶煉工藝要求的條件。

NRTC爐主工藝流程為原料預處理—配料—NRTC爐熔煉，產出的粗銅澆鑄后外售，爐渣水淬，煙塵送稀貴系統處理。

爐料從爐頂加料口加入爐內，在一次風的攪拌下，混合物料在渣層完成造銅造渣反應，反應生成的熔體在爐內分離成粗銅和爐渣。爐體一端設粗銅虹吸排放口和爐渣溢流排放口。采用NRTC爐排銅口和排渣口環集煙氣作為二次風和三次風，二次風吹入爐膛內空間，三次風吹入上部煙道，用于燃燒有機物和可能存在的一氧化碳。NRTC爐產出的煙氣經余熱鍋爐回收余熱后，煙氣溫度降至800℃左右，煙氣中的煙塵大量沉降下來。隨后，煙氣進入煙氣處理系統，收集的煙塵送入稀貴系統處理。

2 NRTC爐設計組成

NRTC爐是本工藝的關鍵設備。爐體采用固定式矩形爐型，由銅水套、耐火材料和鋼結構組合而成[1-3]。爐體自下而上分為爐缸、爐身、爐頂和煙道4個部分，如圖1所示，采用自然通風冷卻型條形基礎，支撐爐體的全部重量。

圖1 NRTC爐示意

2.1 爐缸

爐缸用于存儲分離反應產生的粗銅和爐渣分離。爐缸由爐底梁支撐在結構混凝土基礎上，并通過在封閉型爐殼內砌筑耐火材料構成。底部耐火磚砌筑為斜底結構。在爐缸兩側爐寬方向設置若干固定在爐體立柱上的彈簧，在爐長方向設置上下拉桿形成穩定的框架結構；同時考慮渣線區、銅虹吸口、渣口區域可能為易損區，對其采用冷卻銅水套來強化保護，延長爐缸整體壽命。

爐缸端部設置渣室，渣室內設有石墨電極保溫。渣室端部設置2個粗銅排放口、1個渣排放口，排放口可通過墊磚調整；渣室側面設有1個緊急排放口，保證緊急狀況下能及時將爐體熔體高度降到一次風口以下，以排空爐內熔體。

2.2 爐身

爐身分為反應區和煙氣區。反應區由銅水套和一次風口組成，其中一次風口設置在銅水套組成的反應區兩側，用于向爐內送入富氧。反應區所有銅水套均采用不銹鋼堆焊，避免反應區內粗銅與銅水套直接接觸。爐身煙氣區由便于掛渣保護的開槽銅水套和二次風口組成。通過二次風口鼓入的二次燃燒風對爐內的有機揮發物和一氧化碳進行二次燃燒。整個爐身銅水套通過支撐桿與爐體鋼結構連接。

2.3 爐頂

爐頂采用鋼水套，設有加料口和排煙口。鋼水套與煙氣的接觸面設有澆注料。原料從加料口加入，反應煙氣由爐頂排煙口排出，進入煙道，排煙口兩側設置爐門，以便生產操作和開爐。

煙道采用方形結構，耐火磚砌筑，耐火材料重量通過煙道鋼殼的內側托板支撐在煙道鋼結構上，煙道鋼結構通過吊掛梁吊掛在廠房的結構鋼梁上。煙道頂部入鍋爐前采用斜頂結構。該結構能調整入鍋爐煙氣路線。煙道空間尺寸根據煙氣流速進行核算，保證煙氣在煙道內停留時間在2 s以上。煙道下部設有三次風口。煙道出口部位設置了水冷閘板和事故煙道口，當余熱鍋爐處于事故狀態時，可將煙氣轉入環集系統，不影響鍋爐檢修。

2.4 耐火材料

爐缸主要采用半再結合鎂鉻磚，渣室渣線位置采用電熔再結合鎂鉻磚，爐頂采用鎂鉻質澆注料，煙道采用直接結合鎂鉻磚。

3 NRTC爐爐體結構特點

NRTC爐爐體結構特點為：1）水套的安裝與耐火磚的砌筑相互獨立，不受干擾。將煙氣區結構和爐中段的受力分別轉移到爐體立柱上，保證了受力的獨立性，縮短了大修或冷修的時間。2）爐缸區增加水套，提高了爐缸區耐火磚的壽命。3）爐體區為多層單獨水套組合而成，檢修時可單獨更換，勞動強度低，檢修時間短。4）加料口處增加了二次風，防止加料口漏煙。5）爐體水套供排水系統由供水主管、單元供水支管、單元回水支管、回水槽、回水主管組成。單元供水支管向該單元水冷元件供水，供水主管上設置流量計，單元回水支管設置回水水溫檢測裝置。各冷卻元件根據冷卻強度大小，采用單元件供水或幾個元件串聯供水的方式。冷卻元件的所有回水點均設置水溫檢測和報警系統，可及時掌握各冷卻元件的工作狀況。6）煙道整體吊掛，施工簡單，煙道與爐本體自由膨脹，施工后可不考慮烘爐影響。

4 NRTC爐爐體安裝關鍵技術

NRTC爐爐體鋼構件、銅水套等規格數量多、安裝工程量大，因此確定安裝順序和控制安裝質量是關鍵。

4.1 確定安裝順序

NRTC爐安裝順序為：NRTC爐框架立柱→底梁→爐底板→爐缸鋼結構→側板→爐體框架三層橫梁安裝→托板→底平水套→1～4層水套安裝→爐頂鋼水套（同時進行爐體砌筑）→爐頂煙道安裝（煙道鋼結構、煙道水套）→煙道砌筑→煙道接口水套安裝（同時進行風口安裝→二次風管→NRTC爐其他小件→溜槽安裝）。

4.2 控制安裝質量關鍵技術

安裝質量關鍵技術包括:1）找準定位基礎，在爐體安裝施工前以選定標準立柱為永久柱，標定水平、垂直方向，定位爐體中心線及煙道中心線，在此基礎上展開施工。2）為方便運輸和裝配，減少焊接變形，采用適當分割部件法，將底梁分為兩片，運至現場后分別進行裝配焊接。采用CO2氣體保護焊焊接工藝對底梁連接部位進行焊接，較長焊縫應采取分段、多次焊接以減小焊接應力和變形量，有效保證底梁的整個水平度和焊接質量。3）水平托板安裝前，用紅外線找標高線，找到四角拐點，保證側板頂部與紅外線平齊。如有偏差，在允許誤差范圍內可以用火泥進行調整，以保證托板的水平度，并且提前在托板底部加臨時支撐保護。4）水套安裝前都進行試壓試驗和通球試驗，確保水套的安全可靠。預先將銅水套和水套連接板拼接成整體后再吊裝，立式水套和水套框架組裝完畢后，進行尺寸復測，檢查螺栓孔是否匹配。如有偏差，安裝前提前進行修整。5）每層水套施工完成后進行找平確認，并對水套的支撐桿進行滿焊焊接固定。6）砌筑前在爐缸底板上標出爐體中心線和煙道中心線，側板和端板上標出鎂鉻搗打料層高度厚度位置、每一層黏土磚高度位置、相應的次工作層耐火磚工作層耐火磚高度位置。

5 結語

多源有色冶煉固體廢物綜合利用是節能環保戰略性新興產業的重要組成部分，是為我國工業又快又好發展提供資源保障的重要途徑，也是解決大宗工業固體廢物不當處置與堆存所帶來的環境污染和安全隱患的治本之策。本項目開發的NRTC爐具有原料適應性強、投資成本低、環保效果好的優勢。隨著工業實踐的不斷改進，以及設計理念的創新，NRTC工藝及裝備將更加成熟完善，可大大提升我國電子廢料等多金屬綜合利用工業整體技術裝備水平和競爭力。