火法冶煉煙氣治理實踐

賀志興，王國珍

（江西銅業集團有限公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

熔煉車間采用火法冶煉工藝，高溫煙氣及煙塵不可避免進入排煙系統。排煙系統宛如一個人的肺，肺活量的高低直接影響人的健康狀況。隨著年修期間設備的深度檢修，因設備故障，引起主系統長時間停車的現象已非主因，而長周期生產后期排煙系統積灰，排煙不暢，銅酸系統被迫停車定修已成為制約工廠“均衡、穩定、高效”作業的瓶頸。如何實現定修周期≥6月/次，熔煉車間火法冶煉煙氣高效整合迫在眉睫。陽極爐煙氣直接排放，一是污染環境，在日益嚴峻的環保形勢下，已不能滿足現在的發展需求；二是煙氣中的二氧化硫資源未得到有效回收利用。

2 工藝簡介

熔煉車間生產工藝為：干燥后的精礦經中央精礦噴嘴在反應塔內進行反應，得到的冰銅和爐渣在沉淀池內分離。閃速爐產出的冰銅通過行車裝入到轉爐吹煉成粗銅。轉爐產出的粗銅進一步在陽極爐中精煉，最終通過圓盤澆鑄機澆鑄成能滿足電解工序要求的陽極板。閃速爐渣和轉爐渣一起運至渣選礦車間浮選處理，產出的渣精礦返閃速爐熔煉。閃速爐和轉爐產出的高溫二氧化硫煙氣經由各自的廢熱鍋爐降溫和電收塵器除塵后送往硫酸車間制酸。陽極爐產出的高溫工藝煙氣經廢熱鍋爐降溫和布袋收塵除塵后，直接排空。

3 存在的問題分析及對策實施

3.1 存在的問題

通過對火法冶煉煙氣進行了梳理分析，閃速爐爐況波動煙塵發生率高，閃速爐及轉爐電收塵收塵效率不高，導致煙灰后移，排煙系統積灰阻力大，排煙不暢。在離子液脫硫項目運行后，明顯存在資源閑置，火法冶煉煙氣未得到高效整合。原因有以下幾點：

（1）閃速爐爐況波動，使得煙塵發生率高，大量煙塵后移；

（2）工頻電源收塵效果差，閃速爐及轉爐電收塵收塵效率低；

（3）轉爐小混合煙道至硫酸空塔前積灰嚴重，導致煙道堵塞,排煙系統壓差大；

（4） 離子液環集脫硫裝置能力未得到充分利用。

3.2 主要對策實施

3.2.1 精細爐況管理，降低煙塵發生率

閃速煉銅優勢在于產能大、綜合成本低，在火法煉銅行業處于主導地位。但其本身仍存在其弱點，如煙塵發生率高［1］，較高的煙塵發生率會帶來一系列問題。

3.2.1.1 煙灰發生率高的主要危害

（1）大量的熔融狀煙灰隨煙氣進入排煙系統，加大了余熱鍋爐的運行負荷，降低了余熱鍋爐的換熱效率；在電收塵入口方管粘結，造成煙氣偏流，降低電收塵的收塵效率；增加排煙風機運行負荷，排煙系統負壓難以受控，被迫停爐定修。

（2）煙灰以中間物料的形式返回到閃速爐，形成無效循環，造成資源和能源的浪費。煙灰埋刮板計量不精確，導致爐況的波動大，煙塵發生率高，形成惡性循環。其次煙灰實際成分無法實時跟蹤并納入冶金模型精準控制，較高的煙灰發生率再次返回到系統將直接影響到工況的穩定。

3.2.1.2 降低閃速爐煙塵發生率的主要途徑

生產實踐證明：入爐物料的合理配比、水分、粒度、煙灰裝入量的精準控制，穩定的爐況，是降低閃速爐煙塵發生率的有效途徑。

（1）入爐物料的控制，精準控制入爐物料配比，S/Cu控制在1.2左右，減少Pb、Zn、As含量高礦種使用比例，因Pb、Zn、As氧化物易造成排煙系統粘接。干燥后精礦水分控制在0.3%以下為宜，含水過高，影響反應速度。干燥后的精礦經回旋篩篩分，控制入爐物料粒度，大于200目占80%以上，精礦粒度過大，易引起精礦偏析反應不完全。

（2）給料系統優化改進，煙灰裝入量通過調節埋刮板機轉速來控制，默認煙灰料層均勻，不能實現在線計量，只是通過定期校驗來修正煙灰埋刮板轉速達到煙灰計量相對準確。實際生產過程中，受煙灰性質影響，煙灰倉易架空或流態化，煙灰料層不均，煙灰實際裝入量與設定值偏差大，計量不準確，進而造成閃速爐爐況波動較大。為解決此問題，貴冶借鑒國內外同行業經驗，將煙灰通過刮板帶料改為失重計量帶料,給料量［2］可時時計量，在線監控，能有效避免煙灰計量不準現象，穩定爐況。見圖1。

圖1 閃速爐煙灰失重系統改造前后效果對比圖

3.2.2 加強排煙系統管理，提高電收塵收塵效率

閃速爐排煙系統主要是由余熱鍋爐、鵝頸煙道、沉降室、電收塵、排煙風機等組成，攻關小組對目前排煙系統的癥結分析，通過技術改造及管理創新，閃速爐排煙系統的運行狀況，得到了逐步改善，確保了生產穩定運行，延長了定修周期。

3.2.2.1 問題分析

（1）上升煙道開口部粘結嚴重，通煙面積縮小，造成煙氣流速過快；

（2）余熱鍋爐受熱面粘結，換熱效率降低，造成煙塵后移；

（3）電收塵收塵效率不高，致使后序排煙管道積灰嚴重；

（4）漏風腐蝕嚴重。

3.2.2.2 主要措施

（1）通過沉淀池二次氧的分布改造。二次氧槍合理分布，覆蓋整個煙氣流向區域，增設的二次氧可有效與煙氣中夾帶精礦進行反應，減少煙氣中的煙灰夾帶，有效控制開口部粘結，擴大通煙面積。

（2）余熱鍋爐結構改造，提高鍋爐的換熱效率，防止煙灰后移。對閃速爐余熱鍋爐進行改造，在輻射部尾部增加一組輻射管屏。通過降低煙氣的流速，延長煙氣在輻射部的停留時間，使煙氣分布更加均勻。提高換熱效果［3］，以達到提高鍋爐受熱面除灰效率的目的，減少煙塵后移，降低后續電收塵的負荷。

（3）提高電收塵收塵效率。閃速爐電收塵做為排煙系統末端的除塵設備，提高其性能可以起到事半功倍的效果。從近幾年電收塵的運行狀況及經常存在的頑固性問題進行分析，并針對分析出的問題采取一系列相應的措施。隨著科技創新及國內電除塵技術上的廣泛應用，現使用的工頻電源效率低于工藝除塵需求，嚴重影響電收塵收塵效率，導致出口煙氣含塵量超標。煙塵移至后序管道及制酸系統，對生產有較大影響，高電壓、大電流、系統不堵不漏是提高電收塵收塵效率關鍵。

①根據閃速爐轉爐工藝特性，在電收塵本體不變的情況下，選擇最優電源模式［4-5］，利用變頻電源替代工頻電源。通過各類電源對比，現場進行實際投運，在經過正常生產周期的設備釋放二次電流電壓對比，最終選型將一系統的轉爐和閃速爐電源容量統一為0.4A/100kV變頻電源。變頻電源供電電壓紋波系數在5%以下，相比工頻電源可抑制電場閃絡發生，高效提高電場電暈功率，大幅降低粉塵排放；變頻電源具有現階段最佳的直流供電特性，同時采用變壓器和變頻控制柜分離的方式——變頻控制柜放置在控制室內運行可靠，檢修運行方便。

②閃速爐絕緣子清掃風加熱系統改造為雙回路輸出，轉爐一系列增強絕緣子清掃風風量，轉爐二系列增加一套熱風吹掃裝置，避免絕緣子室結露粘結；對現有的振打系統進行升級，陰極振打改為萬向節傳動振打，方便檢修維護；振打系統斷電振打優化，有利于提高陰陽極振打清灰效果，保證除塵器的長期穩定高效運行。

③為了降低除塵器絕緣瓷瓶損壞率，保證閃速爐和轉爐可靠高效運行、降低除塵器本體檢修率，落實采用新材料、新工藝，加強保溫箱密封方式，避免漏風現象，提高保溫箱保溫效果，以增高支撐絕緣子室高度500mm,并改進保溫箱的密封，改善瓷缸材質，對母線通道進行粉塵隔絕。確保保溫箱內溫度穩定在酸露點以上，具有良好的防護及減少隱患、降低檢修率等效果。對現場電控柜進行斷電振打的優化。

④針對加熱系統改進為各測點溫度實時監控，高效投入和停止加熱功能；增設2套上位機系統對3臺電除塵工況進行24h監測。

（4）加強系統漏風治理。工段管理細化，定期對排煙系統漏風點進行排查，減少漏風情況的發生。電收塵殼體采用了新型膏體保溫材料，保溫效果好，附著力強，表面平整光潔，如果某部位出現漏風，在漏風處會馬上出現黑色，可以做到及時修復漏風點，同時膏體保溫材料的保溫效果較好，電收塵出入口溫差減少10℃，提高電收塵出口溫度，降低結露率。

3.2.3 創新定修新模式

近年來，隨著大修檢修深度的延伸，重、特大設備日常運行狀況良好，熔煉一系統幾次定修均因小混合煙道至硫酸空塔前積灰嚴重，導致硫酸一、二系列之間負壓失衡，壓差達1000~1500Pa，銅酸系統無法穩定、高效作業，從而安排定修清理煙道內的積灰。

（1） 降低定修對生產的影響，項目組通過前期大量數據、理論分析，決定利用硫酸雙系列優勢，硫酸一系列正常生產，二系列停車進行煙道清理。其中將至二系列硫酸小混合煙道盲斷，阻隔SO2煙氣進入二系列硫酸，使得小混合煙道具備清理作業條件。

（2） 硫酸一系列可以接收的總風量為180000 Nm3/h，SO2濃 度 為9%~12%的 煙氣。FF投 料80~100t/h，閃排風機轉速控制在300rpm，最大風量約為120000 Nm3/h；CF一、二系列單爐吹煉，轉排轉速控制在820rpm，最大風量約為60000 Nm3/h，FF+CF最大總風量180000Nm3/h，完全在一系列硫酸可以接收的風量能力內。將小混合煙道中間段增加閘板閥；利用硫酸雙系列優勢，二系列硫酸停車，并穩定一系列硫酸空塔前負壓在0~-200Pa。

（3）在閃速爐及轉爐不系統停車情況下，小混合煙道及硫酸二系列水平煙道清理積灰作業。見圖2。

圖2 排煙管道改進示意圖

3.2.4 陽極爐煙氣整合高效回收

陽極爐煙氣直接排放，不僅造成二氧化硫資源浪費，還嚴重污染環境，既不符合綠色發展理念，也不符合江銅世界500強形象。在離子液脫硫項目投入運行后，經過充分討論和計算，認為離子液脫硫裝置［6］處理能力還有富余，在不新增設備的前提下，可將陽極爐煙氣引入至離子液脫硫系統。離子液在水中電離，常溫下吸收二氧化硫，高溫下解析二氧化硫送至硫酸車間制酸，離子液循環利用。離子液脫硫不僅工藝穩定，脫硫效率高，二氧化硫還能高效回收制酸，優化技經指標。

4 實施效果

4.1 降低煙塵發生率及排煙系統管理

通過降低前端煙塵發生率以達到減少煙灰進入后續排煙系統的目的，同時排煙系統的管理使電收塵二次電壓及二次電流均有大幅提升，見圖3、4；電除塵系統收塵效率提高，降低了出口含塵濃度；轉爐白煙塵收塵量較之前每天多回收2t，提高了本工藝段金屬鉍回收率；減少了煙道積灰，定修周期從6月/次延長到10月/次；降低了廢酸原液含銅，提高了銅金屬回收率。

圖3 閃速爐電收塵變頻及工頻電源二次電壓

圖4 閃速爐電收塵變頻及工頻電源二次電流

4.2 創新定修新模式

定修是維持銅酸系統穩定、高效作業，生產設備持續、可靠運行的一種必要檢修手段。但定修一次，整個銅酸系統需停車約8h，系統影響超過10h，每定修一次影響FF精礦處理量1400t、陽極銅產量1000t左右，其它如FF作業率、重油單耗、SO3發生率、Na2S單耗等各項技經指標也受不同程度影響。

4.3 陽極爐煙氣回收

利用離子液脫硫裝置閑置能力，在不增加能耗的前提下將陽極爐煙氣引入，每年回收低濃度SO2制酸400余t，原陽極爐排煙風機為3臺，一備兩用，煙氣引入離子液脫硫后，利用脫硫風機抽力，將排煙風機停運。取消兩臺，一臺做為離子液脫硫裝置檢修時備用。不僅節約了電費，還減少了設備檢修費用，現場作業環境也得到了質的提升。

5 結語

綜上所述，通過火法冶煉煙氣創新治理實踐。降低了職工勞動強度，改善了作業環境，提高了勞動生產率。延長了定修周期，車間相關技經指標得到了提升，如閃速爐作業率等，鞏固了在同行業中的領導地位，節能減排，樹立綠色發展理念，維護了企業的良好形象。