浅谈烟化炉冶炼工艺的节能措施

杨建英,陈志冬,张飞奔

（江西铜业铅锌金属有限公司,江西 九江 332500）

在采用氧化还原挥发法对铅锌炉渣、铅锌富中矿进行处理时，主要生产设备就是烟化炉。在大中型铅锌冶炼厂中的年总耗能量中，烟化炉炼渣工序的年消耗能量比重约为40%。所以，一直以来，铅锌冶炼厂非常重视的一大问题，就是烟化炉冶炼工艺的节能问题。本文以某炼铅锌厂18平方米烟化炉为例，通过分析该烟化炉的热平衡数据后发现，在全厂总耗热量中，因冷却水、烟气所引发的热损失的比重约为52%，其在燃料化学热中的比重约为68%。目前，为对上述热量进行有效回收，我国主要采用两种途径，其一，为生产出中压蒸汽，为人们所运用，将烟化炉的水套改成汽化冷却水套；其二，为利用余热进行发电，采用烟化炉和余热锅炉为一体设备。例如，在2015年，山东铅锌业企业第二冶炼厂对4平方米的烟化炉水套进行改造，将其改造为汽化冷却水套，采用烟化炉和余热锅炉为一体设备，以对蒸汽进行生产，进而进行发电，同时有效降低排烟的温度。最终，经改造后的烟化炉配套系统，其热效率得到有效提高，即由过去的32%上升至的86%，使本炉能够有效节约约1600吨标准煤。目前，我国已广泛使用回收热损失方法，基于此，本文深入研究烟化炉冶炼工艺的节能措施，具有重要意义。

1 烟化炉节能的可能性分析

一直以来，铅锌冶炼厂非常重视的一大问题，就是烟化炉冶炼工艺的节能问题。本文以某炼铅锌厂18平方米烟化炉的热平衡为例，对热能流向进行深入研究和分析。通过分析后不难发现，在本厂总耗热量中，因冷却水、抛渣、烟气等而引发的热损失比重约为75%。由此可见，对这些热量进行回收，具有非常大的节能可能性。目前，在我国大多数炼铅锌厂中，烟化炉设备主要对汽化水套、汽化冷却炉壁进行应用，为进行余热发电、供热，采用烟化炉和余热锅炉为一体设备，热利用率得到有效提高，不过蒸汽压力并不高，尚未对其进行充分应用。所以，对抛渣进行合理利用，将余热带走，对烟气余热回收率进行有效提高，具有非常大的节能可能性。

2 烟化炉冶炼工艺的节能措施

2.1 合理利用抛渣

通过对18m2烟化炉平衡数据进行分析后可知，在总热量中，抛渣带走的热量比重约为25%，在整个燃料化学热量中，其比重约为33%。假如能够合理回收这些热量，便能够进行有效节能。因为烟化炉在生产过程中，具有周期性，因此要想回收炉渣中的热量，其技术难度是非常高的，不过，我们可以利用间接回收方法。例如，对基夫赛特炉渣进行粒化，根据一定比例，将一些石膏、普通硅酸盐水泥熟料添加到炉渣粒中，对其进行充分混磨，进而生产出更为优质的水泥。这种冶炼-制水泥新工艺，能够对能源进行有效节约。通过进行试验证明，冶炼厂如果能够对这种复合新工艺进行运用，因为基夫赛特炉渣已被粒化，所以不必进行焙烧，可以直接用为水泥混合材料，年均节约约3000吨标准煤，能够充分利用约50000吨的废渣。

2.2 对冶炼工艺进行改进

2.2.1 对合适的氧化还原压进行保持

烟化炉在整个生产过程中，炉渣内铅锌的深度会随着氧化还原挥发不断变小，通过对铅锌的氧化还原挥发机理进行分析后可知，在铅锌的挥发过程中，应始终保持合适氧化还原压，这是非常重要的。在入炉渣料含铅锌量中，加硫量宜控制在它的0.5～1倍。通过大量试验，本文主要研究两种铁矿加入方法。第一，在吹炼开始10分钟的时候加入铁矿；第二，在吹炼120分钟这段时间内，将铁矿进行均匀分散加入。试验结果显示，前一种方法，铅锌的挥发速度相对比较快，仅1个小时后，铅锌的挥发率便能够获取同等的效果；后一种方法，氧化还原剂加入量和铅锌的挥发率之间存在着较为密切的关系，在入炉渣料含铅锌量中，当氧化还原加入量比重为0.5～0.7倍时，经过2个小时吹炼后，铅锌的挥发率约为90%，当氧化还原剂加入量比重为0.8～1.0倍时，铅锌的挥发率约为95%。

由此可知，在吹炼开始之后的短时间中加入铁矿时，能够产出比较大的压力，铅锌的挥发速度比较快，第一种方法前30分钟的吹炼效果和第二种方法前80分钟的吹炼效果是一样的。在其他前提条件都一样时，和第二种方法相比，采用第一种氧化还原加入方法时，能够获得更高的炉床能力和烟化炉热效率，能够有效降低能耗量。所以，在吹炼过程中，应尽量对较高压进行保持。不过，如果在吹炼过程中，氧化还原加入量过多，高于炉渣溶解的上限，便会使铅锌的挥发率得到降低，使氧化亚铅锌的蒸气压变小，出现铅锌溶解于硫中现象，分散金属，同时在放渣过程中，极易会出现爆炸现象。通过大量实践表明，在渣料含铅锌量中，加氧化还原量宜保持约1倍为最佳。

2.2.2 单位鼓风量存在最佳值

通过烟化炉风嘴，风煤混合物便能够吹入到渣池中，炉渣受热后，便会出现爆炸性燃烧现象，大量气泡便会在渣中产生，气泡中的气体在燃烧过程中所产生的热量的作用下，其温度便会上升，进而出现向泡壁进行传热现象，进而能够提高、保持渣的温度。在烟化炉渣池气泡内，氧化还原挥发、铅锌的还原是在同步进行的。入炉气泡内的ZnO、PbO蒸气压为0，渣内所产出来的ZnO、PbO便会立刻进行挥发，气泡的蒸气压便会变高。由于炉渣温度非常高，一般不低于1200℃，其物质挥发速度、化学反应速度都是非常快的，气体在较短时间内便能够接近平衡状态，气流带走ZnO、PbO，ZnO、PbO蒸气压和处于平衡状态中的蒸气压是差不多大的。炉渣在气泡不断运动作用下而进行剧烈翻腾，含铅锌量比较高、温度比较低的一些炉渣可以以较快速度向泡壁进行扩散，最终炉渣池中的化学成分和温度是比较均匀的。所以在炉渣中，气泡具有非常重要的作用，气泡数量和气泡作用之间存在着非常密切的联系。单位鼓风量随着单位时间通过气体量的增多而便大，随之铅锌的硫化挥发过程也随之变得更快。大量实践表明，烟化炉在生产过程中，鼓风量设为450m3(标)/(h·t)为最佳。

2.2.3 充分利用烟化炉的余热

（1）回收利用高温烟气余热

①对汽化冷却装置进行使用，对烟气余热进行回收。在某一个炼铅锌厂中，将汽化冷却装置安装在4m2烟化炉中，其中，汽化冷却装置包括加药系统、吸热构件、自然水循环构件、外供蒸汽分配系统等。通过分析该厂4m2烟化炉的运行结果后发现，和与水冷比较，汽化冷具有很多优势，包括能够节煤约2500吨，年平均生产约16000吨低压蒸汽，能够对热量进行有效回收，能够节约用水，确保烟化炉的正常运行，使冶炼工艺要求得以满足。

②将余热锅炉安装在烟道后面，对烟气余热进行回收。在某一个炼铅锌厂中，将余热锅炉安装在烟道后面。本烟化炉运用多烟道，强制结合自然循环和循环，生产表明是可行的，能够对烟气中的SO2进行回收，有助于环境保护，能够对高温烟气余热进行充分运用，生产出来的蒸汽能够进行供汽、电力生产。不过，余热锅炉在其他方面还存在不少缺陷，包括排烟温度的下降、防止爆炸等，仍需对其进行不断完善。

③将高效换热器安装在烟道上。根据烟化炉自身特点，选用合理的换热器，以对鼓入烟化炉的二次风进行预热，对热风温度进行提升，结果表明，将高效换热器安装在烟道上，有助于能源的节约和冶炼的强化。不过，在对换热器进行选用，对烟化炉烟气余热进行回收时，应对其他因素进行全面考虑，包括清灰的便捷性、材质的抗腐蚀性能等。

选择适合于烟化炉的换热器，可以用来预热鼓入烟化炉的二次风，提高热风温度，事实证明，这样可节约能源，强化冶炼。但选用换热器来回收烟化炉烟气余热，应同时考虑材质的耐高温、抗腐蚀性能及清灰的方便，可在烟道上安装热管空气换热器。

（2）综合利用抛渣和余热

到目前为止，仅能运用冲渣水方法，直接水淬，要想直接回收炉渣中的余热，其难度是非常大的。一些专家已经对炉渣的综合运用进行了大量研究。

3 结语

为实现烟化炉冶炼工艺的节能性，可以采取有效措施，包括综合利用抛渣和余热、对汽化冷却装置进行使用、对烟气余热进行回收、对合适的压力进行保持等。

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