煉銻反射爐天燃氣供熱工業試驗

羅 燊，金貴忠

（錫礦山閃星銻業有限責任公司，湖南冷水江 417500）

目前，銻冶煉企業大部分采用火法工藝，其工藝主要是：鼓風爐揮發熔煉—反射爐還原熔煉。反射爐爐體結構為火室和爐膛連接，火室燃燒煙煤后提供熱量供爐膛銻氧還原熔煉和精煉，其還原機理如下：

為了反應的順利進行，反射爐采用間接供熱保證反應所需要的溫度，升高溫度可以改善固體表面的活性，提高反應速度［1］。

燃煤反射爐由于煙塊煤在火室中集中燃燒，造成局部高溫，特別是在加煤和打溜子時，溫度變化較大。在生產過程中，通常是因為火室與爐膛連接部——火間墻損壞，而不得不進行維修；燃煤反射爐在燃燒的過程中，產生低濃度SO2和含煤焦油等揮發物，不符合國家環保政策要求，也加快了布袋室布袋的損耗；燃煤反射爐勞動強度較大，火室與爐膛連通，會造成少量銻含量損失；燃煤反射爐爐膛溫度只有650～900℃，熔化還原速度慢，冶煉時間長。現根據錫礦山閃星銻業有限責任公司天然氣供熱的試驗數據分析，為煉銻反射爐使用清潔能源提供依據，同時提高煉銻反射爐的生產效率，降低冶煉成本。

1 試驗方案

1.1 理論依據

煤的燃燒效率為55%，熱利用率為85%，天然氣的燃燒效率為95%，熱利用率95%。根據熱值換算公式：

天然氣用量×天然氣熱值×95% ×95% ＝煤用量×煤熱值×55%×85%

煤與天然氣對比見表1。

表1 煤與天然氣對比表

1.2 試驗原料

試驗原料為銻氧粉和液化天然氣，其成分分別見表2和表3。

表2 銻氧粉成分 %

表3 天然氣成分 %

1.3 試驗方法及裝置

對煉銻反射爐進行改造，取消反射爐火膛。液化天然氣經槽車裝運到廠區，連接汽化器汽化，通過輸氣管道進入反射爐燃燒裝置，燃燒裝置經由自動控制系統控制一定的風氣比，使天然氣與空氣混合在爐膛內集中燃燒，對反射爐爐膛直接加熱。天燃氣試驗裝置示意圖如圖1所示。

圖1 反射爐天燃氣試驗裝置示意圖

1.4 試驗情況

本次試驗從2020年8月4日開始至11月5日結束，首次對煉銻反射爐進行了15批次試驗，并取傳統反射爐2018年、2019年及2020年1至8月綜合數據進行了對比，其主要技術經濟指標見表4、表5。

表4 反射爐天燃氣供熱生產技術經濟指標

（續表4）

表5 天燃氣供熱與煙煤供熱生產技術經濟指標對比

1.5 試驗結果分析

1.5.1 溫度對比

和傳統反射爐相比，在反射爐熔煉階段，天然氣供熱反射爐爐溫明顯升高，熔體表面溫度持續穩定在1 000℃以上，而傳統反射爐煙煤因間斷燃燒，火焰溫度波動大，且爐頭爐尾溫度波動大，爐膛熔體表面溫度為650～900℃。熔煉期監測每班爐內溫度的情況如圖2所示。

圖2 反射爐天然氣試驗熔煉區溫度情況

1.5.2 單位冶煉時間對比

因天燃氣供熱反射爐能持續提供高溫，在銻氧配料（還原煤、純堿）充分的情況下，尤其是改為雙噴嘴以后，每班可進料3～4次，而同等情況下，傳統反射爐每班最多進料2次。由表5可知，雙噴嘴天燃氣供熱反射爐平均單位冶煉時間為1.82 h/t，而傳統反射爐單位冶煉時間近3年最好為2.11 h/t，故單位冶煉時間縮短了0.29 h/t。

1.5.3 泡渣含銻率對比

雙噴嘴天燃氣供熱反射爐還原熔煉溫度高于傳統反射爐，泡渣含銻率為7.96%，而傳統反射爐泡渣含銻率近3年最好為10.28%，故泡渣含銻率下降了2.32%。

1.5.4 單位能耗對比

因天燃氣熱值達35 700 kJ/m3，在充分燃燒下，天燃氣利用率高，尤其是雙噴嘴改造后，火焰直接作用于物料，其熱利用率高。傳統燃煤反射爐近三年煙塊煤單位產品消耗最優為292.93 kg/t，噸銻能耗為292.93×25 200＝7 381 836（kJ）；單噴嘴天燃氣反射爐噸銻消耗為155.78 m3/t，噸銻能耗為155.78×35 700＝5 561 346（kJ），為燃煤反射爐的 75.34%；雙噴嘴天燃氣反射爐噸銻消耗僅為144.99 m3/t，噸銻能耗 144.99×35 700＝5 176 143（kJ），為燃煤反射爐的70.12%。

2 經濟效益分析

2.1 產品單位冶煉時間

根據公司財務預算相關數據，煉銻反射爐綜合冶煉加工費為1 871.19元/t，其中煙塊煤費用為336.9元/t，雙噴嘴天燃氣供熱反射爐平均單位冶煉時間為1.82 h/t，傳統反射爐單位冶煉時間2.11 h/t，故影響成本計算公式如下：

根據上述計算方法，縮短單位冶煉時間影響單位產品成本下降210.87元。

2.2 泡渣含銻率

根據公司2020年財務預算相關數據，銻品單價為39 115.49元/t，泡渣單價為31 500元/t，雙噴嘴燃氣供熱反射爐泡渣含銻率為7.96%，傳統反射爐為10.28%，故影響成本計算公式如下：

（39 115.49-31 500）×（10.28% -7.96%）＝176.68（元/t）

根據上述計算方法，泡渣含銻率降低影響單位產品成本下降176.68元。

2.3 供熱燃料

天燃氣價格為3.8元/m3，煙塊煤計劃價格為1 150元/t，根據單位能耗對比（1.5.4），雙噴嘴天燃氣反射爐單位能耗為144.99 m3/t，傳統反射爐煙塊煤單位產品消耗為292.93 kg/t，故供熱燃料方面影響成本計算公式如下：

3.8×144.99-1 150×292.93÷1 000＝214.06（元/t）

根據上述計算方法，天燃氣供熱降低影響單位產品成本升高214.06元。

三項指標合計節約成本：210.87＋176.68-214.06＝173.49元，根據計劃年銻品產量20 000 t，每年可以節約成本346.98萬元。

3 環保效益

燃煤反射爐煙塊煤消耗為292.93 kg/t，煙塊煤含硫約為1%，故燃煤反射爐單位產品所產生的二氧化硫計算如下：

292.93×1%×2＝5.86（kg/t）

根據計劃年產銻品產量20 000 t，每年可以減少二氧化硫排放量117.17 t。

4 結論與建議

該煉銻企業煉銻反射爐利用天然氣替代傳統燃煤供熱后，取得了很好的經濟效益和環保效益：

1.升溫速度快，溫度穩定。天燃氣供熱根據生產需要，可對天燃氣流量和空氣流量的大小進行控制，在較短的時間內，達到冶金爐體需要的溫度指標要求。單位產品冶煉時間縮短了0.29 h/t，能進一步提升了銻品的生產能力。

2.燃燒效率高，沒有火室。天燃氣在燃燒器內與空氣混合均勻后，直接進入爐膛內充分燃燒，與爐料充分接觸。爐體密封性好，燃燒效率相比燃煤方式較高。

3.綠色高效，清潔環保。由于天然氣的主要化學成份是甲烷、乙烷等烷類物質，含硫很低或基本無硫，燃燒后的主要物質為水和CO2，所以采用天燃氣供熱的燃燒方式，相比燃煤更加清潔環保，可有效降低空氣污染問題和環保相關費用。

4.員工減少了拖煤、打火、打溜子等作業，勞動強度有所降低。

5.傳統煉銻反射爐爐內長度只有5 m，天然氣燃燒后會有大量的熱量會隨煙氣進入尾氣系統，熱利用率未達到理想狀態。故建議更改爐型，增加爐內空間長度。