銅精礦預(yù)干燥工藝中尾氣指標(biāo)的優(yōu)化

黃永康，張 衛(wèi)

（江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

金山銀山就是綠水青山。環(huán)境問題是關(guān)系到現(xiàn)代工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的大問題，建設(shè)和諧自然的生態(tài)環(huán)境已經(jīng)引起世界各國(guó)的廣泛關(guān)注。目前，國(guó)內(nèi)大部分冶煉廠預(yù)干燥設(shè)備所采用的燃料以煤炭、重油為主，存在設(shè)備體積大，附屬設(shè)備多，能源消耗高，環(huán)境污染大的弊端［2］。已不能滿足國(guó)家節(jié)能減排和清潔生產(chǎn)的需求，阻礙我國(guó)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。而天然氣是一種高效、清潔能源，燃燒過程中基本不排放SO2和粉塵，節(jié)能、環(huán)保優(yōu)勢(shì)明顯，是國(guó)家能源發(fā)展的趨勢(shì)。2015-2016年，貴冶備料車間銅精礦預(yù)干燥生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行了燃料升級(jí)改造，采用天然氣替代燃煤燃燒供熱，并同湖南岳陽遠(yuǎn)大熱能設(shè)備有限公司合作，將原有的燃煤熱風(fēng)爐升級(jí)改造為預(yù)熱式高效天然氣熱風(fēng)爐。通過長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐和摸索改進(jìn)，達(dá)到了生產(chǎn)連續(xù)穩(wěn)定、節(jié)能環(huán)保明顯的目標(biāo)。

2 天然氣熱風(fēng)爐結(jié)構(gòu)及工作原理

2.1 結(jié)構(gòu)

預(yù)熱式高效燃?xì)鉅t由爐體、一次風(fēng)風(fēng)機(jī)（助燃鼓風(fēng)機(jī)）、二次風(fēng)風(fēng)機(jī)（稀釋風(fēng)機(jī)）、內(nèi)環(huán)流補(bǔ)風(fēng)閥、防爆閥、燃燒器、燃?xì)忾y組儀表、燃燒電氣控制系統(tǒng)等部件組成［3］。

2.2 工作原理

一次風(fēng)鼓風(fēng)機(jī)是提供燃燒所需的空氣，是燃燒器正常燃燒的重要設(shè)備，產(chǎn)生的具有一定風(fēng)壓和風(fēng)量的空氣經(jīng)螺旋預(yù)熱風(fēng)道預(yù)熱后，分別進(jìn)入燃燒器和內(nèi)環(huán)流補(bǔ)風(fēng)閥，形成助燃空氣和霧化空氣。助燃空氣經(jīng)燃?xì)鉅t端面裝的內(nèi)環(huán)流補(bǔ)風(fēng)閥進(jìn)入爐膛輔助燃燒，通過調(diào)節(jié)內(nèi)環(huán)流補(bǔ)風(fēng)閥可以起到調(diào)節(jié)助燃空氣量，使燃料量與助燃空氣量配比準(zhǔn)確的作用。在采用多頭內(nèi)混與風(fēng)散相結(jié)合方法的高效燃燒器內(nèi)，霧化空氣與燃料分兩次混合，霧化空氣與燃料充分混合后在燃燒器內(nèi)著火燃燒，形成錐形火焰后噴射至爐膛進(jìn)行充分燃燒，并產(chǎn)生700～1200℃高溫?zé)釤煔猓俳?jīng)過二次風(fēng)（稀釋風(fēng)）的摻混中和至所需溫度的熱煙氣后再經(jīng)出煙管送出（溫度在300～900℃任意調(diào)節(jié)）［4］。設(shè)計(jì)助燃空氣通過熱風(fēng)爐爐體夾層將空氣預(yù)熱后再進(jìn)入爐膛后能讓燃燒更加穩(wěn)定，無需增加加熱設(shè)備，即將空氣進(jìn)行了預(yù)熱，該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單新穎，省去了空氣加熱設(shè)備，巧妙利用自身的熱能加熱空氣，減少散熱損失，又對(duì)爐體起到一定的冷卻作用，省去爐體厚厚的隔熱層，達(dá)到了節(jié)省投資，節(jié)約能源之目的［5］。

3 尾氣中SO2數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析

天然氣熱風(fēng)爐替代燃煤熱風(fēng)爐，在燃燒過程中基本上不產(chǎn)生SO2和粉塵，車間對(duì)環(huán)保排放指標(biāo)SO2數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，如表1、表2所示。

表1 預(yù)干燥排放指標(biāo)SO2數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表（1-10月）

通過對(duì)近兩年環(huán)保排放指標(biāo)SO2數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)天然氣熱風(fēng)爐替代燃煤熱風(fēng)爐后，銅精礦預(yù)干燥工藝中尾氣排放指標(biāo)明顯優(yōu)于國(guó)標(biāo)400mg/Nm3，但存在單位時(shí)間內(nèi)SO2濃度波動(dòng)較大，為此，車間對(duì)SO2濃度實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，如圖1。

圖1 SO2在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

根據(jù)SO2在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)跟蹤，貴冶發(fā)現(xiàn)天然氣熱風(fēng)爐替代燃煤熱風(fēng)爐后，雖然在燃燒過程中基本上不產(chǎn)生SO2和粉塵，但是在預(yù)干燥生產(chǎn)時(shí)，由于銅精礦原料中依然含硫［6］，因此，尾氣中仍然會(huì)有一定的SO2產(chǎn)生。分析發(fā)現(xiàn)，SO2濃度受溫度、精礦種類、熱風(fēng)爐燃燒器火力檔位等因素影響，波動(dòng)情況不一，但重要的一點(diǎn)是天然氣火焰有和精礦直接接觸的情況存在。

4 尾氣優(yōu)化措施

4.1 措施一

根據(jù)實(shí)際情況，貴冶從燃燒火焰著手，在不影響預(yù)干燥效果的前提下，自主設(shè)計(jì)了一塊800mm×800mm的擋火板（圖2），根據(jù)天然氣熱風(fēng)爐燃燒室的結(jié)構(gòu)，在2臺(tái)天然氣熱風(fēng)爐出口端進(jìn)行了安裝，以阻擋火焰直接與精礦粉塵接觸。

根據(jù)試驗(yàn)效果，發(fā)現(xiàn)擋火板并沒有對(duì)尾氣中SO2濃度有明顯改善的效果，并且安裝的兩塊擋火板在高溫環(huán)境產(chǎn)生了變形、脫焊，如圖3。

圖2800 mm×800mm擋火板

圖3800 mm×800mm擋火板變形、脫焊

4.2 措施二

在吸取第一次改進(jìn)失敗的經(jīng)驗(yàn)后，車間改進(jìn)了方案：對(duì)熱風(fēng)爐燃燒器進(jìn)行了改進(jìn)，在確保燃燒溫度和熱量的前提下，縮短火焰長(zhǎng)度，避免火焰與精礦粉塵直接接觸。

通過與熱風(fēng)爐廠家——湖南岳陽遠(yuǎn)大熱能設(shè)備有限公司技術(shù)專家溝通，該廠家針對(duì)車間提出的需求，向車間提供了全新的改進(jìn)方案。即對(duì)火焰燒嘴做深度改進(jìn)，將長(zhǎng)火焰燒嘴改短火焰燒嘴，原燒嘴燃燒原理是燃?xì)鈴臒靽姵觯c助燃風(fēng)混合后進(jìn)行燃燒，生產(chǎn)中隨著檔位升高，燃燒火焰也隨之增長(zhǎng)。廠方根據(jù)氣流學(xué)原理，對(duì)燒嘴結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，增加導(dǎo)流片和帶角度的旋流片，燃?xì)馊紵龝r(shí)進(jìn)行三級(jí)配風(fēng)，使火焰直徑增大，長(zhǎng)度縮短。即使檔位升高，火焰長(zhǎng)度變化不大。改進(jìn)后，燃?xì)饣鹧骈L(zhǎng)度由3～4m減短至1～2m,從源頭減少火焰明火與窯頭精礦粉塵直接接觸。根據(jù)廠家提供的方案，車間于2020年10對(duì)1#天然氣熱風(fēng)爐燃燒器進(jìn)行了更換。

5 實(shí)施效果

貴冶通過對(duì)11月份對(duì)SO2濃度數(shù)值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。對(duì)比得出，11月份銅精礦預(yù)干燥系統(tǒng)SO2濃度較全年均值下降約66.12%，而且SO2濃度控制平穩(wěn)，減少了瞬間值急劇升高的情況；另一方面，車間對(duì)11月份1#熱風(fēng)爐預(yù)干燥輸送效率進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，11月預(yù)干燥輸送效率為131.94t/h，較全年平均值提升14.44%，預(yù)干燥輸送效率穩(wěn)步提升。保衛(wèi)了藍(lán)天，提高了產(chǎn)能，此次改進(jìn)取得了較好效果。

6 結(jié)語

在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的今天，全國(guó)環(huán)境保護(hù)工作尤為重要。我國(guó)環(huán)境保護(hù)雖然取得了積極進(jìn)展，但環(huán)境形勢(shì)嚴(yán)峻的狀況仍然沒有改變，保護(hù)環(huán)境，人人有責(zé)［7］。貴冶通過對(duì)工業(yè)尾氣排放指標(biāo)的優(yōu)化，展示了國(guó)有企業(yè)應(yīng)有的擔(dān)當(dāng)。同時(shí)，通過此次改進(jìn)，進(jìn)一步開拓了創(chuàng)新思維、踐行了可持續(xù)發(fā)展理念［8］、守護(hù)了碧水藍(lán)天、鍛煉了企業(yè)員工自主管理、自主創(chuàng)新的能力，提升了企業(yè)創(chuàng)新創(chuàng)效水平。