新时期降低阳极炉精炼铜能耗的途径探析

张国洲

(新疆石河子职业技术学院，新疆 石河子 832000)

炼铜阳极炉是进行周期工作的精炼反射炉，现如今大国采用阳极炉精炼铜的燃料主要为重油。在20世纪80年，我国炼铜阳极炉能耗与日本炼铜阳极炉以及美国炼铜阳极炉能耗差距过大，根据热平衡分析，炼铜阳极炉热能的大部分被烟气带走，并且炼铜阳极炉炉体生产组织设计不合理以及散热不合理的情况导致我国炼铜阳极炉热效率通常在10%～30%。但这些问题并非不可解决，如果使用科学有效的方法就可以降低炼铜阳极炉能耗。

1 炼铜阳极炉在工作过程中存在的问题

阳极炉精炼铜是我国重要的工程之一，在20世纪因政策水平、历史条件、建设方针、投资限额以及信息产业、自控技术和电子产业发展水平落后的限制，导致与国外相应技术差距过大。近几年来我国通过自主开发、吸收、消化以及引进等工作将铜冶炼厂的装备水平与技术水平大幅度提高，其市场竞争力增强、成本下降以及技术经济指标进行了一定改善，但与国外相应企业单位还存在很大差距，其差距表现为重油与液化气消耗过大、工作效率较低以及成本过高等问题，例如国外冶炼成本约为12000元/吨，而我国冶炼成本约为16000元/吨，而在能耗方面，国外约为1吨阳极铜消耗4吨标煤，而我国1吨阳极铜约消耗7吨标煤。这些问题的主要原因是∶①工况不能稳定保持，较为依赖工作人员的经验以及操作；②冶金炉内的负压难以进行控制；③由于在使用炼铜阳极炉进行冶炼过程中，没有指定相应的燃料消耗计划。而稀氧燃烧也会对烟气量的产生造成较大的影响，在稀氧燃烧应用以前，热煤气使用的可燃气体成分含量分别为：H2占19%，CH4占1.8%，CO2占0.5%，同时不可燃气体成分CO2占9.7%，N2占49%。针对热煤气中的可燃气体来推断其燃烧所需氧气量，再计算所需的助燃空气量。

2 新时期降低炼铜阳极炉能耗的有效途径

2.1 合理化组织生产

在我国云南，冶炼厂原本设计为3台炼铜阳极炉，由2台炼铜阳极炉进行生产任务，1台炼铜阳极炉留作备用。自20世纪90年代我国开始进行技术改造活动，将原本开启2台炼铜阳极炉进行作业改为开启1台炼铜阳极炉进行作业，同时取消1台炼铜阳极炉。与此同时，使用一比一的生产技术，1台锅炉、1台隧道窑、1台阳极炉、1台转炉和1台电炉。将炼铜阳极炉的保温时间由原来的每天15小时左右改为每天8小时左右，并且根据烧煤喷嘴的原理以及材料特点进行优化改进，使用浅氧化技术等方式，将炼铜阳极炉的燃料耗能由20世纪80年代的每吨铜204千克标煤降为每吨铜67千克标煤，在同行业中能耗最低。因此，合理化组织生产便可以在不增加人员、不增加设备以及少量投资的情况下将燃料损耗降到最低。

2.2 合理化控制空气过剩系统

当前我国现有的炼铜阳极炉大多通过目视控制以及手工操作，这种情况导致了燃烧空气过剩系数较大，在降低炼铜阳极炉燃烧温度的同时将炼铜阳极炉内的辐射热交换进行减弱，延长了加热时间，并且增加了烟气量。这些问题导致了烟气在离开炼铜阳极炉时大量增加了被带走的屋里热量，因此使用科学有效的方法控制空气过剩系统可大大节约重油使用量。根据相关研究，当烟气离开炼铜阳极炉时温度保持为1200℃不变，同时空气过剩系数从1.3降为1.1时烟气从炼铜阳极炉中带走的物理热损失将从67%降为57%，可将燃料节省约21%。因此如果在操作上使用恰当比例将燃烧自动调节系统以及燃烧器进行调节，其燃料节约的成本将相当可观。

2.3 使用高温烟气预热空气

炼铜阳极炉在燃烧重油的过程中多需要的空气在当前的操作过程中大多不进行预热。加入使用北京矿冶研究总院等企业自主研发的高温喷流辐射换热器便可使用高温烟气的余热将空气加热至350℃～400℃，在调节燃烧温度的同时节省了燃料的使用，从而将冶炼时间大大缩短。

株洲冶炼厂多以铜矿为工作重心，而对铜矿来说，进行空气预热后将节油15%。预热后的烟气可达到900℃的高温，之后再利用预热锅炉产生蒸汽，便可进行一定量烟气余热的回收工作。

2.4 实行炉体保温措施

当前我国炼铜阳极炉大多没有使用良好的绝热措施，导致炼铜阳极炉炉体本身散热损失过大，甚至一些炼铜阳极炉炉顶温度达到350℃，并且侧墙壁温度高达150℃。根据调查，我国云南冶炼厂炼铜阳极炉炉体散热损失高达15%。而北京铜厂在相同的炼铜阳极炉四周黏土砖以及镁铝砖之间设置了一层保温棉，其厚度约为20mm，这种方案的实施导致炼铜阳极炉炉体表面温度以及壁温下降明显，甚至炼铜阳极炉可减少一半以上的散热损失。

2.5 控制适宜炉压

要想做到控制适宜的炼铜阳极炉炉膛压力，第一要使用保温棉将炉体和烧嘴外壳之间进行封闭，并且在炼铜阳极炉炉气出口的位置设置一处烟气取样点，并且对烟气的成分进行有效分析。

在我国云南冶炼厂中，其烟气在保湿阶段含有O2量约为8.1%，这是供入的漏入空气量以及过剰空气量的总和。在还原阶段的烟气含有O2含量为1.55%，这种情况可看为漏入空气所造成的现象，但在实际情况中其漏入空气量要比测量的量更多一些。其次，如果根据过剩系数为1.1来计算，那么漏入空气量则为烟气量的7.75%，同时若烟气为1200℃时，那么因漏入空气量的增加将使炼铜阳极炉的物理热损失达到4.42%。所以，应使用科学有效的方法对炉压进行调整，通过控制烟气中O2的含量，来达到减少炼铜阳极炉热量损失的情况，从而改善操作环境。

3 结语

总而言之，目前的炼铜阳极炉使用控制铜水温度或者控制炉温来实现控制油量的目标，同时使用比例调节供风，采用控制烟道阀门的方式来对炼铜阳极炉的炉膛压力进行有效调节，与此同时安装喷流辐射换热器，将空气预热至350℃～400℃，同时给予高效率的调度管理，将会节省燃料的25%～30%，从而达到新时期降低炼铜阳极炉能耗的目标。

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