固定式阳极炉全氧燃烧技术应用及优化

项 超，程贵桃

（江西铜业（清远）有限公司，广东 清远 511545）

我国是铜资源消耗大国，但铜矿资源有限，随着铜精矿的不断开采消耗，铜精矿开采成本的不断增加，铜的再生利用显得越来越重要，我国再生铜行业经过近几十年的发展壮大，再生铜产量占比节节提升，但作为以废杂铜冷料为原料生产阳极板的传统生产工艺，重油成本占整个冶炼生产成本的50%以上。随着国家不断加大清洁生产推行力度，对环保要求越来越高，以及企业竞争压力越来越大，走节能降耗和转型升级道路是唯一选择。

1 全氧燃烧技术应用情况

全氧燃烧技术应用在我国是一项比较成熟的工艺，已广泛应用于玻璃、水泥、陶瓷、冶金等行业。我厂采用的固定式阳极炉炉处理量为250吨，设计原料为94%的紫杂铜。随着市场竞争日益激烈，很难适应现有原料市场，且经济效益差，不利于公司长远发展。我厂全氧燃烧项目的应用从2015年7月到现在，在节能降耗及经济冶炼方面都取得了显著的成效，对我厂深挖潜能、转型升级起到了重要的支撑作用。

我厂通过实施全氧燃烧技术应用与改造，取得了如下效果：①节能减排效果明显：重油单耗降低了45%～55%，碳排放量减少了40%以上，烟气排放量减少了50%以上，减少了烟气热损失，减轻了环保压力，改善了现场作业环境；②经济冶炼能力提升：热效率的提高使得在同等原料下加料熔化时间缩短了10%～30%，有效提高了阳极铜产量；更重要的是提升了低品位高附加值复杂原料的处理能力，为公司实行经济冶炼提供了强有力的保障；③冶炼成本节约显著：占据精炼成本重要组成的重油消耗量大大减少，废除了三台180KW大功率助燃风机，烟气量的减少降低了环保成本；低品位原料除含有其他稀贵金属外，往往具有较高的加工费，可以缩小加工费和成本倒挂影响，并且产生一定的冶炼收益。

2 针对全氧燃烧应用存在的问题进行的改造

2.1 阳极炉体升级改造

我厂拥有一套以再生铜为原料加工生产阴极铜的生产线，其中再生铜--阳极铜生产采用的是固定式阳极炉，使用的燃料为重油，每台炉配有2支烧嘴，均配在阳极炉体同一侧。之前为重油+空气燃烧方式，实施全氧燃烧技术后，变为重油+纯氧燃烧方式。重油燃烧效率大大提升，炉内火焰中心温度最高可达2500度以上，极大地缩短了冷料熔化时间。但同时阳极炉内温度上升明显，尤其靠近烧嘴端墙和炉顶位置耐火材料受高温侵蚀严重，对炉体寿命带来极大的考验。我们在实施全氧燃烧应用前，对周边多个应用了全氧燃烧技术的厂家进行了充分的考察，对全氧燃烧应用后对生产带来的一系列问题已有所了解。因此，充分结合其他厂家在应用全氧燃烧过程中存在的问题，在实施全氧燃烧应用改造的同时，我们对烧嘴端墙及炉顶进行了局部升级改造。

图1 中修检查端墙较好，水套无损

图2 炉顶整体拱梁固定效果

改造前烧嘴端墙为耐火材料砌筑，改造后采用全铜一体浇铸冷却水套对烧嘴端墙进行保护，减少了烧嘴附近局部高温对端墙的侵蚀，提高了端墙的热稳定性。经过两年多的连续生产使用，炉修时检查发现烧嘴端墙保护完好，且铜烧嘴水套完好无损，未出现其他厂家发生的端墙耐火材料侵蚀严重问题。

针对炉体前端顶部耐火材料高温侵蚀严重问题，先是采用对炉顶局部耐火材料加长，炉顶耐火材料仍采用吊挂方式。炉顶耐火材料受高温侵蚀变短现象明显改善，不会因为炉顶局部耐火材料烧损而影响炉体寿命。

但由于再生铜冶炼的阳极炉随冶炼周期变化温差变化较大，尤其实施全氧燃烧应用后，温差变化影响更大，导致炉顶局部耐火材料出现向上拱起，甚至脱落。一旦局部发生松动，整个炉顶稳定性便经受巨大考验。因此在下次炉修时，我们将炉顶耐火材料由传统的吊挂方式改为整体拱梁压顶方式，每一排耐火材料由工字钢整体固定，极大地提高了炉顶稳定性；同时将炉顶加高200mm，以减轻高温烟气对炉顶的冲刷。改造后使用效果良好。

2.2 主烟气系统升级改造

应用全氧燃烧技术后，烟气进入沉降室温度仅有400℃～600℃，远低于之前的800℃～1000℃。到锅炉出口烟气温度最高仅有150℃左右，到达布袋入口温度最高也仅有120℃左右，尤其到还原和出铜阶段，布袋入口温度进一步降低，导致布袋容易受潮，影响布袋收尘效果及导致排烟不畅。为此，我们在结合其他厂家经验的基础上，除了提升整个主烟气系统的整体密封及防雨防潮性能外，经过热力学计算，对余热锅炉的省煤器予以拆除，有针对性地减少烟气热交换量，以提高锅炉出口烟气温度。经过一段时间的运行，效果良好。锅炉出口烟气温度较实施全氧燃烧技术应用后还是有明显降低，因此，我们又将将板式冷却器的通风冷却系统进行了拆除，一方面无需对烟气进行进一步鼓冷风稀释冷却，另一方面也减少了烟气系统的漏风。针对复杂原料烟尘大情况，我们又进一步将板式冷却器改造为烟灰沉降室，减轻了收尘系统负荷的同时，保障了烟气管路的畅通。经过烟气系统改造后，基本能保证烟气进入布袋温度长时间保持在80℃～120℃，结合性能更好的收尘布袋，收尘系统稳定性大大提升。

2.3 布袋收尘系统互为备用

我厂2台固定式阳极炉各配有一套布袋收尘系统和一台大功率排风机，烟气经过排风机后并入一条排烟管道，共用脱硫系统，烟气经处理达标后经60米烟囱排放。一旦某个布袋收尘系统或排风机需停机检修，不得不将对应的阳极炉停产，一方面影响阳极铜产量，同时也因停产导致炉体降温较快，影响到炉体寿命。实施全氧燃烧技术应用后，烟气排放量仅为之前的一半。因此，我们充分利用现有资源，将两套布袋收尘系统烟气管路互为打通，必要时将2台阳极炉烟气并入同一套布袋收尘系统，不再因布袋收尘系统停机检修或排风机的检修影响到正常生产，提高了阳极精炼系统运行的稳定性。

3 总结

①全氧燃烧技术的应用有利于再生铜冶炼行业及其他相关行业的节能降耗，对清洁生产有着极大的促进作用；②全氧燃烧技术的应用有效地提升了低品位高附加值复杂原料的处理能力，为实行经济冶炼提供了强有力的保障；③全氧燃烧技术的应用利远大于弊，只要措施采取得当，不利因素均能得到有效控制。