煉銻反射爐天燃?xì)夤峁I(yè)試驗(yàn)

　　要: 由于傳統(tǒng)燃煤煉銻反射爐在熱利用率、冶煉時(shí)間、環(huán)保等方面存在許多不足，必須采用更加高效、環(huán)保的能源對(duì)反射爐進(jìn)行升級(jí)。通過(guò)對(duì)煉銻反射爐天然氣供熱的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知，單位冶煉時(shí)間從原來(lái)的 2. 11 h /t 縮短到 1. 82 h /t，泡渣含銻率從原來(lái)的 10. 28% 降至 7. 96% ，噸銻能耗為原來(lái)的 70. 12% ，二氧化硫減排為 5. 86 kg /t。經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益顯著，每年可節(jié)約成本 346. 98 萬(wàn)元。

　　本文源自羅 燊，金貴忠 湖南有色金屬 第 37 卷第 3 期 2021 年 6 月

　　關(guān)鍵詞: 銻冶煉; 天然氣; 供熱

　　目前，銻冶煉企業(yè)大部分采用火法工藝，其工藝主要是: 鼓風(fēng)爐揮發(fā)熔煉—反射爐還原熔煉。反射爐爐體結(jié)構(gòu)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(jī)理如下:

　　Sb2O3 + 3C = 2Sb + 3CO 2Sb2O3 + 3C = 4Sb + 3CO2 Sb2O3 + 3CO = 2Sb + 3CO2

　　為了反應(yīng)的順利進(jìn)行，反射爐采用間接供熱保證反應(yīng)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(yīng)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(shí)，溫度變化較大。在生產(chǎn)過(guò)程中，通常是因?yàn)榛鹗遗c爐膛連接部———火間墻損壞，而不得不進(jìn)行維修; 燃煤反射爐在燃燒的過(guò)程中，產(chǎn)生低濃度SO2 和含煤焦油等揮發(fā)物，不符合國(guó)家環(huán)保政策要求，也加快了布袋室布袋的損耗; 燃煤反射爐勞動(dòng)強(qiáng)度較大，火室與爐膛連通，會(huì)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(shí)間長(zhǎng)。現(xiàn)根據(jù)錫礦山閃星銻業(yè)有限責(zé)任公司天然氣供熱的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，為煉銻反射爐使用清潔能源提供依據(jù)，同時(shí)提高煉銻反射爐的生產(chǎn)效率，降低冶煉成本。

　　1 試驗(yàn)方案

　　1. 1 理論依據(jù)

　　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(jù)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(duì)比見(jiàn)表 1。

　　1. 3 試驗(yàn)方法及裝置

　　對(duì)煉銻反射爐進(jìn)行改造，取消反射爐火膛。液化天然氣經(jīng)槽車(chē)裝運(yùn)到廠(chǎng)區(qū)，連接汽化器汽化，通過(guò)輸氣管道進(jìn)入反射爐燃燒裝置，燃燒裝置經(jīng)由自動(dòng)控制系統(tǒng)控制一定的風(fēng)氣比，使天然氣與空氣混合在爐膛內(nèi)集中燃燒，對(duì)反射爐爐膛直接加熱。天燃?xì)庠囼?yàn)裝置示意圖如圖 1 所示。

　　1. 4 試驗(yàn)情況

　　本次試驗(yàn)從 2020 年 8 月 4 日開(kāi)始至 11 月 5 日結(jié)束，首次對(duì)煉銻反射爐進(jìn)行了 15 批次試驗(yàn)，并取傳統(tǒng)反射爐 2018 年、2019 年及 2020 年 1 至 8 月綜合數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比，其主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見(jiàn)表 4、表 5。

　　1. 5 試驗(yàn)結(jié)果分析

　　1. 5. 1 溫度對(duì)比

　　和傳統(tǒng)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(xù)穩(wěn)定在 1 000 ℃ 以上，而傳統(tǒng)反射爐煙煤因間斷燃燒，火焰溫度波動(dòng)大，且爐頭爐尾溫度波動(dòng)大，爐膛熔體表面溫度為 650 ～ 900 ℃。熔煉期監(jiān)測(cè)每班爐內(nèi)溫度的情況如圖 2 所示。

　　1. 5. 2 單位冶煉時(shí)間對(duì)比

　　因天燃?xì)夤岱瓷錉t能持續(xù)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(jìn)料 3 ～ 4 次，而同等情況下，傳統(tǒng)反射爐每班最多進(jìn)料 2 次。由表 5 可知，雙噴嘴天燃?xì)夤岱瓷錉t平均單位冶煉時(shí)間為1. 82 h /t，而傳統(tǒng)反射爐單位冶煉時(shí)間近 3 年最好為 2. 11 h /t，故單位冶煉時(shí)間縮短了 0. 29 h /t。

　　1. 5. 3 泡渣含銻率對(duì)比

　　雙噴嘴天燃?xì)夤岱瓷錉t還原熔煉溫度高于傳統(tǒng)反射爐，泡渣含銻率為 7. 96% ，而傳統(tǒng)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(duì)比

　　因天燃?xì)鉄嶂颠_(dá) 35 700 kJ/m3 ，在充分燃燒下，天燃?xì)饫寐矢撸绕涫请p噴嘴改造后，火焰直接作用于物料，其熱利用率高。傳統(tǒng)燃煤反射爐近三年煙塊煤?jiǎn)挝划a(chǎn)品消耗最優(yōu)為 292. 93 kg /t，噸銻能耗為 292. 93 ×25 200 = 7 381 836( kJ) ; 單噴嘴天燃?xì)夥瓷錉t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?xì)夥瓷錉t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(jīng)濟(jì)效益分析

　　2. 1 產(chǎn)品單位冶煉時(shí)間

　　根據(jù)公司財(cái)務(wù)預(yù)算相關(guān)數(shù)據(jù)，煉銻反射爐綜合冶煉加工費(fèi)為 1 871. 19 元/t，其中煙塊煤費(fèi)用為 336. 9 元/t，雙噴嘴天燃?xì)夤岱瓷錉t平均單位冶煉時(shí)間為 1. 82 h /t，傳統(tǒng)反射爐單位冶煉時(shí)間 2. 11 h /t，故影響成本計(jì)算公式如下: 2. 11 -1. 82 2. 11 × ( 1 871. 19 -336. 9) =210. 87( 元)

　　根據(jù)上述計(jì)算方法，縮短單位冶煉時(shí)間影響單位產(chǎn)品成本下降 210. 87 元。

　　2. 2 泡渣含銻率

　　根據(jù)公司 2020 年財(cái)務(wù)預(yù)算相關(guān)數(shù)據(jù)，銻品單價(jià)為 39 115. 49 元/t，泡渣單價(jià)為 31 500 元/t，雙噴嘴燃?xì)夤岱瓷錉t泡渣含銻率為 7. 96% ，傳統(tǒng)反射爐為 10. 28% ，故影響成本計(jì)算公式如下: ( 39 115. 49 - 31 500) × ( 10. 28% - 7. 96% ) = 176. 68( 元/t) 根據(jù)上述計(jì)算方法，泡渣含銻率降低影響單位產(chǎn)品成本下降 176. 68 元。

　　2. 3 供熱燃料

　　天燃?xì)鈨r(jià)格為 3. 8 元/m3 ，煙塊煤計(jì)劃價(jià)格為 1 150元/t，根據(jù)單位能耗對(duì)比( 1. 5. 4) ，雙噴嘴天燃?xì)夥瓷錉t單位能耗為 144. 99 m3 /t，傳統(tǒng)反射爐煙塊煤?jiǎn)挝划a(chǎn)品消耗為 292. 93 kg /t，故供熱燃料方面影響成本計(jì)算公式如下: 3. 8 × 144. 99 - 1 150 × 292. 93 ÷ 1 000 = 214. 06 ( 元/t) 根據(jù)上述計(jì)算方法，天燃?xì)夤峤档陀绊憜挝划a(chǎn)品成本升高 214. 06 元。

　　三項(xiàng)指標(biāo)合計(jì)節(jié) 約 成 本: 210. 87 + 176. 68 - 214. 06 = 173. 49 元，根據(jù)計(jì)劃年銻品產(chǎn)量 20 000 t，每年可以節(jié)約成本 346. 98 萬(wàn)元。

　　3 環(huán)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(chǎn)品所產(chǎn)生的二氧化硫計(jì)算如下: 292. 93 × 1% × 2 = 5. 86( kg /t) 根據(jù)計(jì)劃年產(chǎn)銻品產(chǎn)量 20 000 t，每年可以減少二氧化硫排放量 117. 17 t。

　　4 結(jié)論與建議

　　該煉銻企業(yè)煉銻反射爐利用天然氣替代傳統(tǒng)燃煤供熱后，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益:

　　1. 升溫速度快，溫度穩(wěn)定。天燃?xì)夤岣鶕?jù)生產(chǎn)需要，可對(duì)天燃?xì)饬髁亢涂諝饬髁康拇笮∵M(jìn)行控制，在較短的時(shí)間內(nèi)，達(dá)到冶金爐體需要的溫度指標(biāo)要求。單位產(chǎn)品冶煉時(shí)間縮短了0. 29 h /t，能進(jìn)一步提升了銻品的生產(chǎn)能力。

　　2. 燃燒效率高，沒(méi)有火室。天燃?xì)庠谌紵鲀?nèi)與空氣混合均勻后，直接進(jìn)入爐膛內(nèi)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(huán)保。由于天然氣的主要化學(xué)成份是甲烷、乙烷等烷類(lèi)物質(zhì)，含硫很低或基本無(wú)硫，燃燒后的主要物質(zhì)為水和 CO2，所以采用天燃?xì)夤岬娜紵绞剑啾热济焊忧鍧嵀h(huán)保，可有效降低空氣污染問(wèn)題和環(huán)保相關(guān)費(fèi)用。

　　4. 員工減少了拖煤、打火、打溜子等作業(yè)，勞動(dòng)強(qiáng)度有所降低。

　　5. 傳統(tǒng)煉銻反射爐爐內(nèi)長(zhǎng)度只有 5 m，天然氣燃燒后會(huì)有大量的熱量會(huì)隨煙氣進(jìn)入尾氣系統(tǒng)，熱利用率未達(dá)到理想狀態(tài)。故建議更改爐型，增加爐內(nèi)空間長(zhǎng)度。