淺談煙化爐冶煉工藝的節能措施

楊建英,陳志冬,張飛奔

（江西銅業鉛鋅金屬有限公司,江西 九江 332500）

在采用氧化還原揮發法對鉛鋅爐渣、鉛鋅富中礦進行處理時，主要生產設備就是煙化爐。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據后發現，在全廠總耗熱量中，因冷卻水、煙氣所引發的熱損失的比重約為52%，其在燃料化學熱中的比重約為68%。目前，為對上述熱量進行有效回收，我國主要采用兩種途徑，其一，為生產出中壓蒸汽，為人們所運用，將煙化爐的水套改成汽化冷卻水套；其二，為利用余熱進行發電，采用煙化爐和余熱鍋爐為一體設備。例如，在2015年，山東鉛鋅業企業第二冶煉廠對4平方米的煙化爐水套進行改造，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備，以對蒸汽進行生產，進而進行發電，同時有效降低排煙的溫度。最終，經改造后的煙化爐配套系統，其熱效率得到有效提高，即由過去的32%上升至的86%，使本爐能夠有效節約約1600噸標準煤。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能措施，具有重要意義。

1 煙化爐節能的可能性分析

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，對熱能流向進行深入研究和分析。通過分析后不難發現，在本廠總耗熱量中，因冷卻水、拋渣、煙氣等而引發的熱損失比重約為75%。由此可見，對這些熱量進行回收，具有非常大的節能可能性。目前，在我國大多數煉鉛鋅廠中，煙化爐設備主要對汽化水套、汽化冷卻爐壁進行應用，為進行余熱發電、供熱，采用煙化爐和余熱鍋爐為一體設備，熱利用率得到有效提高，不過蒸汽壓力并不高，尚未對其進行充分應用。所以，對拋渣進行合理利用，將余熱帶走，對煙氣余熱回收率進行有效提高，具有非常大的節能可能性。

2 煙化爐冶煉工藝的節能措施

2.1 合理利用拋渣

通過對18m2煙化爐平衡數據進行分析后可知，在總熱量中，拋渣帶走的熱量比重約為25%，在整個燃料化學熱量中，其比重約為33%。假如能夠合理回收這些熱量，便能夠進行有效節能。因為煙化爐在生產過程中，具有周期性，因此要想回收爐渣中的熱量，其技術難度是非常高的，不過，我們可以利用間接回收方法。例如，對基夫賽特爐渣進行粒化，根據一定比例，將一些石膏、普通硅酸鹽水泥熟料添加到爐渣粒中，對其進行充分混磨，進而生產出更為優質的水泥。這種冶煉-制水泥新工藝，能夠對能源進行有效節約。通過進行試驗證明，冶煉廠如果能夠對這種復合新工藝進行運用，因為基夫賽特爐渣已被粒化，所以不必進行焙燒，可以直接用為水泥混合材料，年均節約約3000噸標準煤，能夠充分利用約50000噸的廢渣。

2.2 對冶煉工藝進行改進

2.2.1 對合適的氧化還原壓進行保持

煙化爐在整個生產過程中，爐渣內鉛鋅的深度會隨著氧化還原揮發不斷變小，通過對鉛鋅的氧化還原揮發機理進行分析后可知，在鉛鋅的揮發過程中，應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，本文主要研究兩種鐵礦加入方法。第一，在吹煉開始10分鐘的時候加入鐵礦；第二，在吹煉120分鐘這段時間內，將鐵礦進行均勻分散加入。試驗結果顯示，前一種方法，鉛鋅的揮發速度相對比較快，僅1個小時后，鉛鋅的揮發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率之間存在著較為密切的關系，在入爐渣料含鉛鋅量中，當氧化還原加入量比重為0.5～0.7倍時，經過2個小時吹煉后，鉛鋅的揮發率約為90%，當氧化還原劑加入量比重為0.8～1.0倍時，鉛鋅的揮發率約為95%。

由此可知，在吹煉開始之后的短時間中加入鐵礦時，能夠產出比較大的壓力，鉛鋅的揮發速度比較快，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，和第二種方法相比，采用第一種氧化還原加入方法時，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，應盡量對較高壓進行保持。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，便會使鉛鋅的揮發率得到降低，使氧化亞鉛鋅的蒸氣壓變小，出現鉛鋅溶解于硫中現象，分散金屬，同時在放渣過程中，極易會出現爆炸現象。通過大量實踐表明，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 單位鼓風量存在最佳值

通過煙化爐風嘴，風煤混合物便能夠吹入到渣池中，爐渣受熱后，便會出現爆炸性燃燒現象，大量氣泡便會在渣中產生，氣泡中的氣體在燃燒過程中所產生的熱量的作用下，其溫度便會上升，進而出現向泡壁進行傳熱現象，進而能夠提高、保持渣的溫度。在煙化爐渣池氣泡內，氧化還原揮發、鉛鋅的還原是在同步進行的。入爐氣泡內的ZnO、PbO蒸氣壓為0，渣內所產出來的ZnO、PbO便會立刻進行揮發，氣泡的蒸氣壓便會變高。由于爐渣溫度非常高，一般不低于1200℃，其物質揮發速度、化學反應速度都是非常快的，氣體在較短時間內便能夠接近平衡狀態，氣流帶走ZnO、PbO，ZnO、PbO蒸氣壓和處于平衡狀態中的蒸氣壓是差不多大的。爐渣在氣泡不斷運動作用下而進行劇烈翻騰，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行擴散，最終爐渣池中的化學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，氣泡數量和氣泡作用之間存在著非常密切的聯系。單位鼓風量隨著單位時間通過氣體量的增多而便大，隨之鉛鋅的硫化揮發過程也隨之變得更快。大量實踐表明，煙化爐在生產過程中，鼓風量設為450m3(標)/(h·t)為最佳。

2.2.3 充分利用煙化爐的余熱

（1）回收利用高溫煙氣余熱

①對汽化冷卻裝置進行使用，對煙氣余熱進行回收。在某一個煉鉛鋅廠中，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、吸熱構件、自然水循環構件、外供蒸汽分配系統等。通過分析該廠4m2煙化爐的運行結果后發現，和與水冷比較，汽化冷具有很多優勢，包括能夠節煤約2500噸，年平均生產約16000噸低壓蒸汽，能夠對熱量進行有效回收，能夠節約用水，確保煙化爐的正常運行，使冶煉工藝要求得以滿足。

②將余熱鍋爐安裝在煙道后面，對煙氣余熱進行回收。在某一個煉鉛鋅廠中，將余熱鍋爐安裝在煙道后面。本煙化爐運用多煙道，強制結合自然循環和循環，生產表明是可行的，能夠對煙氣中的SO2進行回收，有助于環境保護，能夠對高溫煙氣余熱進行充分運用，生產出來的蒸汽能夠進行供汽、電力生產。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，仍需對其進行不斷完善。

③將高效換熱器安裝在煙道上。根據煙化爐自身特點，選用合理的換熱器，以對鼓入煙化爐的二次風進行預熱，對熱風溫度進行提升，結果表明，將高效換熱器安裝在煙道上，有助于能源的節約和冶煉的強化。不過，在對換熱器進行選用，對煙化爐煙氣余熱進行回收時，應對其他因素進行全面考慮，包括清灰的便捷性、材質的抗腐蝕性能等。

選擇適合于煙化爐的換熱器，可以用來預熱鼓入煙化爐的二次風，提高熱風溫度，事實證明，這樣可節約能源，強化冶煉。但選用換熱器來回收煙化爐煙氣余熱，應同時考慮材質的耐高溫、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。一些專家已經對爐渣的綜合運用進行了大量研究。

3 結語

為實現煙化爐冶煉工藝的節能性，可以采取有效措施，包括綜合利用拋渣和余熱、對汽化冷卻裝置進行使用、對煙氣余熱進行回收、對合適的壓力進行保持等。

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