新時期降低陽極爐精煉銅能耗的途徑探析

張國洲

(新疆石河子職業技術學院，新疆 石河子 832000)

煉銅陽極爐是進行周期工作的精煉反射爐，現如今大國采用陽極爐精煉銅的燃料主要為重油。在20世紀80年，我國煉銅陽極爐能耗與日本煉銅陽極爐以及美國煉銅陽極爐能耗差距過大，根據熱平衡分析，煉銅陽極爐熱能的大部分被煙氣帶走，并且煉銅陽極爐爐體生產組織設計不合理以及散熱不合理的情況導致我國煉銅陽極爐熱效率通常在10%～30%。但這些問題并非不可解決，如果使用科學有效的方法就可以降低煉銅陽極爐能耗。

1 煉銅陽極爐在工作過程中存在的問題

陽極爐精煉銅是我國重要的工程之一，在20世紀因政策水平、歷史條件、建設方針、投資限額以及信息產業、自控技術和電子產業發展水平落后的限制，導致與國外相應技術差距過大。近幾年來我國通過自主開發、吸收、消化以及引進等工作將銅冶煉廠的裝備水平與技術水平大幅度提高，其市場競爭力增強、成本下降以及技術經濟指標進行了一定改善，但與國外相應企業單位還存在很大差距，其差距表現為重油與液化氣消耗過大、工作效率較低以及成本過高等問題，例如國外冶煉成本約為12000元/噸，而我國冶煉成本約為16000元/噸，而在能耗方面，國外約為1噸陽極銅消耗4噸標煤，而我國1噸陽極銅約消耗7噸標煤。這些問題的主要原因是∶①工況不能穩定保持，較為依賴工作人員的經驗以及操作；②冶金爐內的負壓難以進行控制；③由于在使用煉銅陽極爐進行冶煉過程中，沒有指定相應的燃料消耗計劃。而稀氧燃燒也會對煙氣量的產生造成較大的影響，在稀氧燃燒應用以前，熱煤氣使用的可燃氣體成分含量分別為：H2占19%，CH4占1.8%，CO2占0.5%，同時不可燃氣體成分CO2占9.7%，N2占49%。針對熱煤氣中的可燃氣體來推斷其燃燒所需氧氣量，再計算所需的助燃空氣量。

2 新時期降低煉銅陽極爐能耗的有效途徑

2.1 合理化組織生產

在我國云南，冶煉廠原本設計為3臺煉銅陽極爐，由2臺煉銅陽極爐進行生產任務，1臺煉銅陽極爐留作備用。自20世紀90年代我國開始進行技術改造活動，將原本開啟2臺煉銅陽極爐進行作業改為開啟1臺煉銅陽極爐進行作業，同時取消1臺煉銅陽極爐。與此同時，使用一比一的生產技術，1臺鍋爐、1臺隧道窯、1臺陽極爐、1臺轉爐和1臺電爐。將煉銅陽極爐的保溫時間由原來的每天15小時左右改為每天8小時左右，并且根據燒煤噴嘴的原理以及材料特點進行優化改進，使用淺氧化技術等方式，將煉銅陽極爐的燃料耗能由20世紀80年代的每噸銅204千克標煤降為每噸銅67千克標煤，在同行業中能耗最低。因此，合理化組織生產便可以在不增加人員、不增加設備以及少量投資的情況下將燃料損耗降到最低。

2.2 合理化控制空氣過剩系統

當前我國現有的煉銅陽極爐大多通過目視控制以及手工操作，這種情況導致了燃燒空氣過剩系數較大，在降低煉銅陽極爐燃燒溫度的同時將煉銅陽極爐內的輻射熱交換進行減弱，延長了加熱時間，并且增加了煙氣量。這些問題導致了煙氣在離開煉銅陽極爐時大量增加了被帶走的屋里熱量，因此使用科學有效的方法控制空氣過剩系統可大大節約重油使用量。根據相關研究，當煙氣離開煉銅陽極爐時溫度保持為1200℃不變，同時空氣過剩系數從1.3降為1.1時煙氣從煉銅陽極爐中帶走的物理熱損失將從67%降為57%，可將燃料節省約21%。因此如果在操作上使用恰當比例將燃燒自動調節系統以及燃燒器進行調節，其燃料節約的成本將相當可觀。

2.3 使用高溫煙氣預熱空氣

煉銅陽極爐在燃燒重油的過程中多需要的空氣在當前的操作過程中大多不進行預熱。加入使用北京礦冶研究總院等企業自主研發的高溫噴流輻射換熱器便可使用高溫煙氣的余熱將空氣加熱至350℃～400℃，在調節燃燒溫度的同時節省了燃料的使用，從而將冶煉時間大大縮短。

株洲冶煉廠多以銅礦為工作重心，而對銅礦來說，進行空氣預熱后將節油15%。預熱后的煙氣可達到900℃的高溫，之后再利用預熱鍋爐產生蒸汽，便可進行一定量煙氣余熱的回收工作。

2.4 實行爐體保溫措施

當前我國煉銅陽極爐大多沒有使用良好的絕熱措施，導致煉銅陽極爐爐體本身散熱損失過大，甚至一些煉銅陽極爐爐頂溫度達到350℃，并且側墻壁溫度高達150℃。根據調查，我國云南冶煉廠煉銅陽極爐爐體散熱損失高達15%。而北京銅廠在相同的煉銅陽極爐四周黏土磚以及鎂鋁磚之間設置了一層保溫棉，其厚度約為20mm，這種方案的實施導致煉銅陽極爐爐體表面溫度以及壁溫下降明顯，甚至煉銅陽極爐可減少一半以上的散熱損失。

2.5 控制適宜爐壓

要想做到控制適宜的煉銅陽極爐爐膛壓力，第一要使用保溫棉將爐體和燒嘴外殼之間進行封閉，并且在煉銅陽極爐爐氣出口的位置設置一處煙氣取樣點，并且對煙氣的成分進行有效分析。

在我國云南冶煉廠中，其煙氣在保濕階段含有O2量約為8.1%，這是供入的漏入空氣量以及過剰空氣量的總和。在還原階段的煙氣含有O2含量為1.55%，這種情況可看為漏入空氣所造成的現象，但在實際情況中其漏入空氣量要比測量的量更多一些。其次，如果根據過剩系數為1.1來計算，那么漏入空氣量則為煙氣量的7.75%，同時若煙氣為1200℃時，那么因漏入空氣量的增加將使煉銅陽極爐的物理熱損失達到4.42%。所以，應使用科學有效的方法對爐壓進行調整，通過控制煙氣中O2的含量，來達到減少煉銅陽極爐熱量損失的情況，從而改善操作環境。

3 結語

總而言之，目前的煉銅陽極爐使用控制銅水溫度或者控制爐溫來實現控制油量的目標，同時使用比例調節供風，采用控制煙道閥門的方式來對煉銅陽極爐的爐膛壓力進行有效調節，與此同時安裝噴流輻射換熱器，將空氣預熱至350℃～400℃，同時給予高效率的調度管理，將會節省燃料的25%～30%，從而達到新時期降低煉銅陽極爐能耗的目標。

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