何芝成，康有才

（江西铜业集团公司 贵溪冶炼厂，江西 贵溪 335424）

稀氧燃烧技术在贵冶倾动炉的应用

何芝成，康有才

（江西铜业集团公司 贵溪冶炼厂，江西 贵溪 335424）

介绍了贵冶引进的倾动炉稀氧燃烧技术及其原理，对比分析了富氧燃烧与稀氧燃烧油量、风量、产渣量及渣含铜的变化。稀氧燃烧技术的应用使得吨铜重油单耗下降20kg，烟气总量减少60%～70%，NOX排放降低，产渣量及渣含铜降低，极大地提升了倾动炉杂铜冶炼水平。

倾动炉；稀氧燃烧技术；重油单耗；废气排放；渣；阳极铜

1 引言

江西铜业集团公司贵溪冶炼厂（以下简称贵冶）倾动炉，是从德国马尔兹炉窑公司引进、用于处理固态杂铜冷料的可来回倾转式精炼炉，其设计装入量为350t，于2003年8月建成投产。倾动炉燃烧系统是以重油为燃料，空气+掺氧助燃的富氧燃烧，最初设计吨铜重油单耗为100kg，通过不断努力，其单耗呈现下降趋势，特别是近几年新型选渣熔剂开发成功［1］，以及还原掺氮技术的应用［2］，使得倾动炉炉寿延长，还原剂单耗下降。然而重油单耗却在65～70kg之间来回波动（见表1），富氧燃烧的可挖空间已十分狭小。

为让能耗进一步降低，贵冶倾动炉于2015年5月引进稀氧燃烧项目，助燃方式变更为纯氧燃烧，使得吨铜重油单耗和废气排放大幅下降。

2 稀氧燃烧技术

2.1 稀氧燃烧技术原理

倾动炉稀氧燃烧技术是采用纯氧（工业氧≥95%）助燃，重油和氧气通过不同喷嘴以高速射入炉膛，高动量重油、氧气射流带来强劲的炉气卷吸，促进更均匀的温度分布［3］，能有效降低纯氧燃烧火焰产生的峰值温度。阶梯布置燃料和氧气。稀氧燃烧器（如图1），油枪居中，一次氧枪和二次氧枪分别上下布置，其喷口与重油喷口的轴线成一定夹角，一次氧量约为20%，二次氧量约为80%。重油从喷口喷出时，较小喷量的一次氧与重油掺混，燃烧时着火点距离烧嘴砖约40cm，燃烧形成根部火焰；较大喷量的二次氧位于重油下方，能托举重油，与重油股形成射流强烈的剪切、掺混、拉伸作用，从而得到较长的稳定火焰。设置两级氧枪的目的是：（1）增强氧气卷吸烟气能力，实现重油的均匀稳定燃烧；（2）拉长火焰，让燃烧火焰能到达距离较远位置。这种逐级供氧，逐级掺混，逐级燃烧的稀氧燃烧方式，极大地增强了重油燃烧的传热传质能力。

图1 稀氧燃烧器示意图

2.2 稀氧燃烧系统构成

稀氧燃烧系统（如图2）由供氧单元、供油单元、燃烧单元以及控制单元组成。供氧单元，是将动力车间的氧气分为一次氧、二次氧，通过管道接至燃烧器供氧；供油单元则利旧改造，新增重油压力调节及反馈，雾化蒸汽压力调节及反馈，通过改变汽油比，实现雾化蒸汽和供油量重新分配，达到需要的燃烧效果；燃烧单元由稀氧燃烧器与烧嘴砖（刚玉材质）组成；控制单元以DCS为主体，与各单元仪表、阀门组成。

图2 稀氧燃烧系统构成图

3 稀氧燃烧技术应用效果

3.1 油量及重油单耗变化

稀氧燃烧相比富氧燃烧，减少了加热氮气的热量损失，假设这部分热量为△Q，对应重油量为△M，稀氧燃烧时此部分重油无需参与燃烧，也能满足正常冶炼工艺需求，表2列出了稀氧燃烧技术应用前后倾动炉富氧与稀氧燃烧各工况烧嘴设定重油量对比。

表2 倾动炉富氧与稀氧燃烧各工况烧嘴设定重油量对比

自2015年5月12日，倾动炉稀氧燃烧正式投入使用，平均吨铜重油单耗（图3）下降了20kg，下降幅度超过30%，碳排放量相应减少。

图3 倾动炉2015年1-12月重油单耗（kg/t.Cu）

3.2 助燃风量、热利用率及废气排放变化

富氧改造为稀氧燃烧后，重油在炉膛内为纯氧燃烧，原助燃空气中78%的氮气未进入炉内，使得入炉气体量大幅减少，表3中列出了富氧与稀氧燃烧各工况设定助燃风量变化。

表3 倾动炉富氧与稀氧燃烧各工况设定助燃风量变化

富氧燃烧，大量氮气稀释了重油燃烧生成的高温态H2O和CO2气体，而稀氧燃烧几乎没有氮气掺入，为纯氧助燃，生成的三原子H2O、CO2气体浓度高，既增强了辐射传热，又增强了对流换热［4］（见表4）；助燃风量减少，重油与氧气燃烧生成的H2O和CO2气体逐步释放热量降低动能，运动速度减慢，正确控制负压条件下，H2O和CO2在炉内释放热量增多，进入锅炉系统的热量减少，蒸汽产量大幅降低（见图4），从而提高了燃烧产物热利用率。

表4 倾动炉富氧与稀氧燃烧H2O、CO2热释放对比

图4 倾动炉2015年1-12月锅炉平均每天蒸汽产量

稀氧燃烧的氧气量占富氧燃烧助燃风量不足30%，实际生产中，氧化还原风管在不同工况下都有气体进入炉内，外加从炉门及炉体其它部位渗入的空气，相比富氧燃烧，稀氧燃烧烟气总量减少60%～70%，而入炉氮气的减少，使得燃烧反应生成的NOX也降低，废气排放大幅减少。

3.3 产渣量与渣含铜变化

富氧燃烧，因助燃氧气浓度低，提温速度慢，炉内氧分压低，氧化时间约为4～5h，氧化结束温度高，在1160～1120℃，使得渣含铜高，渣量大。熔炼时能否快速提温是影响造渣的因素之一，而稀氧燃烧传热传质能力强，能快速提温；稀氧燃烧炉内氧化气氛浓烈，能缩短氧化时间［5］，原因是单位时间有更多的O2与熔融［Cu］接触生成［Cu2O］，加速了［O］在熔体间的传递，杂质更容易氧化造渣，使得氧化时间缩短为3.0～4.2h，氧化结束温度在1140～1170℃，实现了低温造渣，［Cu2O］进入渣相减少，渣含铜及渣量减少。图5列出了2015年1-12月，根据每炉实际产渣量及渣样化验统计结果，以月为单位计算出的每炉产渣量和渣含铜平均值，可以看出：从5月开始产渣量和渣含铜下降明显，且变化趋势一致。稀氧燃烧的应用，不仅使氧化时间缩短，还降低了产渣量和渣含铜。

3.4 阳极铜化学品位

杂铜冶炼的主要任务是脱除杂质，提高阳极铜主品位，以利于电解工序顺利进行。稀氧燃烧改变了炉内的氧分压和温度场，对杂质的脱除是否有影响，可通过分析阳极铜主品位和主要杂质元素含量来检验。

3.4.1 阳极铜主品位

贵冶要求的阳极铜主品位为：Cu≥99.2%。稀氧燃烧应用后，对阳极铜主品位进行了统计，图6是2015年1-12月阳极铜主品位平均值，可以看出：阳极铜主品位均在标准之上，且波动减小，质量更加稳定。

图6 倾动炉2015年1-12月阳极铜主品位

3.4.2 杂质元素

用于电解的阳极铜其杂质元素可分为四类（见表5），其中部分杂质在电解过程中会出现强烈的化学和物相变化，对阳极钝化、阴极铜结粒［6］、电解液净化以及从阳极中回收有价元素均有很大影响。

表5 阳极铜中的杂质元素

因此，贵冶制定了阳极铜杂质元素质量标准，表6统计了稀氧燃烧应用前后，阳极铜部分重点控制杂质元素含量，可以看出：稀氧燃烧对这些杂质元素的脱出未产生较大影响。

表6 稀氧燃烧应用前后阳极铜杂质元素含量

由上述可知，稀氧燃烧的应用后阳极铜的化学品位及杂质元素含量均在制定标准内，波动不大，质量稳定。

4 结语

稀氧燃烧技术在贵冶倾动炉的应用，实现了重油纯氧燃烧，使得吨铜重油单耗下降，碳排放降低，烟气总量及NOX也大幅减少，产渣量及渣含铜降低，进一步提升了倾动炉杂铜冶炼水平，带来了可观的经济和社会效益。然而，纯氧燃烧对炉衬具有损害作用，一直是制约其广泛应用的瓶颈，倾动炉稀氧燃烧，出现了炉衬局部受损加剧的情况，接下来将对稀氧燃烧炉况维护展开研究，更好地让稀氧燃烧技术应用于贵冶倾动炉。

［1］徐革雄. 倾动炉杂铜冶炼新型选渣熔剂的开发与研究［J］. 铜业工程，2014（4）：39-41， 83.

［2］徐革雄. 倾动炉还原过程掺氮技术研究及应用［J］. 铜业工程，2015（3）：4-6.

［3］袁海滨， 陈钢， 杨建中. 稀氧燃烧技术在铜阳极精炼炉上的应用［J］.有色金属（冶炼部分）， 2015（3）：8-10.

［4］迟建宙， 陈瑜， 李逸峰. 纯氧燃烧系统特性分析［J］. 能源研究与利用，2014（5）：38-40.

［5］万军， 吴长林， 王成国， 等. 铜阳极炉稀氧燃烧技术的生产实践［J］.有色设备， 2014（5）：45-48.

［6］郭树东， 赵宇飞， 李学国. 铜电解精炼中阴极铜结粒成因探讨［J］.甘肃冶金， 2015（4）：33-35.

Application of Dilute Oxygen Combustion Technology on Tilting Furnace

HE Zhi-cheng， KANG You-cai
（Guixi Smelter of Jiangxi Copper Corporation， Guixi 335424， Jiangxi， China）

The articleintroduces the dilute oxygen combustion technology and its principle used in the tilting furnace in Guixi smelter. It compares and analyzes the heavy oil consumption， wind volume， slag-producing amount and copper content in slag of oxygenenriched combustion and dilute oxygen combustion. The application of this technology reduces the heavy oil consumption of copper per ton by 20 kg，the amount of flue gas emission by 60%～70%， the NOXemission， and the slag amount and copper content in slag， greatly enhancing the scrap copper smeltinglevel of tilting furnace.

tilting furnace；dilute oxygen combustion technology；unit consumption of heavy oil；flue gas emission；slag；anode copper

F806

B

1009-3842（2016）05-0054-04

表1 2004-2014年倾动炉吨铜重油单耗2016-07-03 作者简介：何芝成（1985-），男，贵州施秉人，主要从事杂铜冶炼工艺等方面的研究。E-mail： 337980402@qq.com

年份设计值2004200520062007200820092010201220132014吨铜重油单耗/kg1009589.7692.585.878.175.5170.0866.769.267.6