固定式陽極爐全氧燃燒技術應用及優化

項 超，程貴桃

（江西銅業（清遠）有限公司，廣東 清遠 511545）

我國是銅資源消耗大國，但銅礦資源有限，隨著銅精礦的不斷開采消耗，銅精礦開采成本的不斷增加，銅的再生利用顯得越來越重要，我國再生銅行業經過近幾十年的發展壯大，再生銅產量占比節節提升，但作為以廢雜銅冷料為原料生產陽極板的傳統生產工藝，重油成本占整個冶煉生產成本的50%以上。隨著國家不斷加大清潔生產推行力度，對環保要求越來越高，以及企業競爭壓力越來越大，走節能降耗和轉型升級道路是唯一選擇。

1 全氧燃燒技術應用情況

全氧燃燒技術應用在我國是一項比較成熟的工藝，已廣泛應用于玻璃、水泥、陶瓷、冶金等行業。我廠采用的固定式陽極爐爐處理量為250噸，設計原料為94%的紫雜銅。隨著市場競爭日益激烈，很難適應現有原料市場，且經濟效益差，不利于公司長遠發展。我廠全氧燃燒項目的應用從2015年7月到現在，在節能降耗及經濟冶煉方面都取得了顯著的成效，對我廠深挖潛能、轉型升級起到了重要的支撐作用。

我廠通過實施全氧燃燒技術應用與改造，取得了如下效果：①節能減排效果明顯：重油單耗降低了45%～55%，碳排放量減少了40%以上，煙氣排放量減少了50%以上，減少了煙氣熱損失，減輕了環保壓力，改善了現場作業環境；②經濟冶煉能力提升：熱效率的提高使得在同等原料下加料熔化時間縮短了10%～30%，有效提高了陽極銅產量；更重要的是提升了低品位高附加值復雜原料的處理能力，為公司實行經濟冶煉提供了強有力的保障；③冶煉成本節約顯著：占據精煉成本重要組成的重油消耗量大大減少，廢除了三臺180KW大功率助燃風機，煙氣量的減少降低了環保成本；低品位原料除含有其他稀貴金屬外，往往具有較高的加工費，可以縮小加工費和成本倒掛影響，并且產生一定的冶煉收益。

2 針對全氧燃燒應用存在的問題進行的改造

2.1 陽極爐體升級改造

我廠擁有一套以再生銅為原料加工生產陰極銅的生產線，其中再生銅--陽極銅生產采用的是固定式陽極爐，使用的燃料為重油，每臺爐配有2支燒嘴，均配在陽極爐體同一側。之前為重油+空氣燃燒方式，實施全氧燃燒技術后，變為重油+純氧燃燒方式。重油燃燒效率大大提升，爐內火焰中心溫度最高可達2500度以上，極大地縮短了冷料熔化時間。但同時陽極爐內溫度上升明顯，尤其靠近燒嘴端墻和爐頂位置耐火材料受高溫侵蝕嚴重，對爐體壽命帶來極大的考驗。我們在實施全氧燃燒應用前，對周邊多個應用了全氧燃燒技術的廠家進行了充分的考察，對全氧燃燒應用后對生產帶來的一系列問題已有所了解。因此，充分結合其他廠家在應用全氧燃燒過程中存在的問題，在實施全氧燃燒應用改造的同時，我們對燒嘴端墻及爐頂進行了局部升級改造。

圖1 中修檢查端墻較好，水套無損

圖2 爐頂整體拱梁固定效果

改造前燒嘴端墻為耐火材料砌筑，改造后采用全銅一體澆鑄冷卻水套對燒嘴端墻進行保護，減少了燒嘴附近局部高溫對端墻的侵蝕，提高了端墻的熱穩定性。經過兩年多的連續生產使用，爐修時檢查發現燒嘴端墻保護完好，且銅燒嘴水套完好無損，未出現其他廠家發生的端墻耐火材料侵蝕嚴重問題。

針對爐體前端頂部耐火材料高溫侵蝕嚴重問題，先是采用對爐頂局部耐火材料加長，爐頂耐火材料仍采用吊掛方式。爐頂耐火材料受高溫侵蝕變短現象明顯改善，不會因為爐頂局部耐火材料燒損而影響爐體壽命。

但由于再生銅冶煉的陽極爐隨冶煉周期變化溫差變化較大，尤其實施全氧燃燒應用后，溫差變化影響更大，導致爐頂局部耐火材料出現向上拱起，甚至脫落。一旦局部發生松動，整個爐頂穩定性便經受巨大考驗。因此在下次爐修時，我們將爐頂耐火材料由傳統的吊掛方式改為整體拱梁壓頂方式，每一排耐火材料由工字鋼整體固定，極大地提高了爐頂穩定性；同時將爐頂加高200mm，以減輕高溫煙氣對爐頂的沖刷。改造后使用效果良好。

2.2 主煙氣系統升級改造

應用全氧燃燒技術后，煙氣進入沉降室溫度僅有400℃～600℃，遠低于之前的800℃～1000℃。到鍋爐出口煙氣溫度最高僅有150℃左右，到達布袋入口溫度最高也僅有120℃左右，尤其到還原和出銅階段，布袋入口溫度進一步降低，導致布袋容易受潮，影響布袋收塵效果及導致排煙不暢。為此，我們在結合其他廠家經驗的基礎上，除了提升整個主煙氣系統的整體密封及防雨防潮性能外，經過熱力學計算，對余熱鍋爐的省煤器予以拆除，有針對性地減少煙氣熱交換量，以提高鍋爐出口煙氣溫度。經過一段時間的運行，效果良好。鍋爐出口煙氣溫度較實施全氧燃燒技術應用后還是有明顯降低，因此，我們又將將板式冷卻器的通風冷卻系統進行了拆除，一方面無需對煙氣進行進一步鼓冷風稀釋冷卻，另一方面也減少了煙氣系統的漏風。針對復雜原料煙塵大情況，我們又進一步將板式冷卻器改造為煙灰沉降室，減輕了收塵系統負荷的同時，保障了煙氣管路的暢通。經過煙氣系統改造后，基本能保證煙氣進入布袋溫度長時間保持在80℃～120℃，結合性能更好的收塵布袋，收塵系統穩定性大大提升。

2.3 布袋收塵系統互為備用

我廠2臺固定式陽極爐各配有一套布袋收塵系統和一臺大功率排風機，煙氣經過排風機后并入一條排煙管道，共用脫硫系統，煙氣經處理達標后經60米煙囪排放。一旦某個布袋收塵系統或排風機需停機檢修，不得不將對應的陽極爐停產，一方面影響陽極銅產量，同時也因停產導致爐體降溫較快，影響到爐體壽命。實施全氧燃燒技術應用后，煙氣排放量僅為之前的一半。因此，我們充分利用現有資源，將兩套布袋收塵系統煙氣管路互為打通，必要時將2臺陽極爐煙氣并入同一套布袋收塵系統，不再因布袋收塵系統停機檢修或排風機的檢修影響到正常生產，提高了陽極精煉系統運行的穩定性。

3 總結

①全氧燃燒技術的應用有利于再生銅冶煉行業及其他相關行業的節能降耗，對清潔生產有著極大的促進作用；②全氧燃燒技術的應用有效地提升了低品位高附加值復雜原料的處理能力，為實行經濟冶煉提供了強有力的保障；③全氧燃燒技術的應用利遠大于弊，只要措施采取得當，不利因素均能得到有效控制。