铜冶炼车间环集烟气治理技术.pdf

第 38 卷 第 1 期2024 年 2 月有色设备NONFERROUS METALLURGICAL EQUIPMENTVol.38 No.1Feb.2024铜冶炼车间环集烟气治理技术左延治,庞晓飞(赤峰金通铜业有限公司,内蒙古 赤峰 024000)摘摇 要 本文通过对金通铜业熔炼主厂房现有环境集烟系统运行情况进行分析,指出该系统部分环集管道与集烟罩设计不合理以及现场操作管理存在缺陷等问题,因此造成厂房内低空环境污染。并针对现有问题,通过对集烟罩与环集管路的改造以及调整阀门控制方式,并增加应急支路,使得低空污染现象得以有效治理,极大改善了主厂房的工作环境。关键词 环集系统;烟气;低空;排烟;通风机;工况分析;控制方式中图分类号 TF811摇 摇 摇 文献标志码 A摇 摇 摇 文章编号 1003-8884(2024)01-0062-06DOI:10.19611/11鄄2919/tg.2024.01.0100摇 引言金通铜业火法冶炼工艺流程为富氧侧吹炉熔炼寅智能数控转炉吹炼寅回转式阳极炉火法精炼。熔炼及吹炼工艺烟气经余热回收和除尘后送烟气制酸系统制取硫酸,制酸尾气送尾气脱硫系统脱硫后达标排放;熔体放出口、包子房等环集烟气的 SO2浓度1 000 3 000 mg/Nm3、含尘 150 mg/Nm3,经集气罩收集后送布袋除尘器收尘与阳极炉精炼烟气混合送环集脱硫系统脱硫后达标排放。涉及环集烟气的动力设备主要为侧吹炉环集风机、转炉环集风机、主厂房密闭环集排烟风机、阳极炉排风机,各台风机具体性能参数如表 1 所示1-5。表 1摇 各环集风机性能参数表风机型号风量/(万 m3 h-1)全压/kPa功率/kW备注侧吹炉环集风机Y6-29No27郾 5F1510710变频调速主厂房密闭环集排烟风机Y6-2 伊39No24F407郾 51 400变频调速转炉环集风机Y6-2 伊29No27郾 530101 250变频调速阳极炉排烟风机FY6-24No21F7郾 211355变频调速收稿日期 2023-11-21第一作者 左延治(1967),男,江苏南京人,机械高级工程师,大学本科,主要从事企业生产管理工作,现任赤峰金通铜业有限公司总经理。引用格式 左延治,庞晓飞.铜冶炼车间环集烟气治理技术J.有色设备,2024,38(1):62-67.摇 摇 金通铜业一期工程投产初期,由于部分环集集烟设施、设备设计与配置不合理,加之炉体倾转、放渣操作等各种不可避免的因素,在冶炼生产过程中会有低浓度的 SO2烟气溢散出来,造成熔炼厂房内劳动条件恶化,严重影响操作人员的人身安全。1摇 环集系统运行情况的采集与分析1郾 1摇 侧吹炉环集系统1郾 1郾 1摇 运行情况侧吹炉环集风机用途为熔炼工段侧吹炉各烟气排放口环保烟气输送的动力设备,现场共计 14 处烟气收集口排放的烟气,分别为侧吹炉放铜口(3 处)、冰铜包位(7 处)、出渣口(1 处)、渣包位(2 处)、出渣口中间包(1 处)。金通铜业侧吹炉环集风机在试生产期间电机运行频率为 40 Hz,转为正常生产期精矿处理能力增加,环集风机电机运行频率提高到额定 50 Hz,熔炼区域仍有大量烟气不能及时有效收集,溢散至厂房各处。经过对侧吹炉环集风机及相关管路进行排查,并对风机在不同运行工况的运行参数采集。侧吹炉环集风机运行工况如表 2 所示6-9。表 2摇 侧吹炉环集风机运行工况表工况频率/Hz功率/kW电流/A风压/kPa风量/(万 m3 h-1)现场烟气排放口工况 15059845郾 67郾 319郾 5合计开启 10 处工况 24555443郾 88郾 017郾 5合计开启 8 处工况 34551841郾 69郾 215郾 5合计开启 5 处备注:频率、功率、电流数据为侧吹炉风机变频器数据;压升通过入口压力及出口压力换算求得,各压力表已使用机械式 U 形压力计校准;风量根据风机性能曲线表,通过压升及电机功率进行推算;现场烟气排放口为人工确认开启情况。1郾 1郾 2摇 工况分析工况 1 时现场烟气排放口开启 10 处,通过少量调节电机运行频率及调节旁通阀门开度,对于风机压升及流量影响不大。根据风机性能曲线,此时风机的风量约为 19郾 5 万 m3/h,已超过风机的设计风量。三种工况对比,当逐步关闭现场烟气排放口,压升逐步升高,风量逐步减少,各排放口收集烟气的效果逐步增强。因此得出以下分析结果:1)侧吹炉烟气排放口开启的数量过多,在实际风量超过额定风量时,风机的压升降低,使各个烟气排放口的负压下降,导致烟气收集效果降低。同时无序或过多地开启烟气排放口,吸入过多空气导致风量增加,也使风机的运行能耗增高。2)在所有烟气排放口中,2 个放渣口烟气收集效果最差,主要原因为集烟罩是半露天布置,侧向风影响大造成烟气溢散严重,并且 2 个排放口为环集风机管路最末端,风机入口管阻偏大,影响烟气收集效果。1郾 1郾 3摇 烟气管线存在的其他缺陷侧吹炉环集风机单机运行,无备用机及应急烟气路线,正常生产期间及月度检修期间均无法停机检修。侧吹炉环集风机如果出现故障会产生重大安全环保事故,同时对侧吹炉主工艺作业产生较大影响。1郾 2摇 主厂房环集系统1郾 2郾 1摇 运行情况金通铜业熔炼主厂房于26郾25m 顶部设置30 处排风口,与渣包倾翻集烟罩共同组成主厂房环集系统。主厂房环集风机主要为厂房上部烟气外排的动力设备,此风机运行将溢散于熔炼主厂房顶部的无组织SO2烟气排出送脱硫,保证主厂房清洁生产。根据在生产实践渣包倾翻装置处溢散烟气较多的情况,提高主厂房环集风机的运行能力,以及减少主厂房环集烟道风门的开启数量等措施。主要工况的运行参数如表 3 所示。表 3摇 主厂房环集风机运行工况表工况频率/Hz功率/kW压升/kPa风量/(万 m3 h-1)主厂房风门开启情况工况 1451 1206郾 026郾 4合计开启 15 处工况 2451 0756郾 224合计开启 8 处工况 3501 3607郾 538郾 5合计开启 5 处摇 摇在工况 2、工况 3 时渣包倾翻装置处的烟气溢散情况较工况 1 有明显改善,只有少量外溢烟气在较短时间内扩散。1郾 2郾 2摇 工况分析渣包倾翻装置在倒渣过程中会产生大量烟气,同时该装置的集烟罩处于主厂房环集管道的末端,主厂房环集风机在低转速运行时无法将其产生的烟气瞬时抽走,导致大量烟气外溢至主厂房东侧上方。虽然将主厂房环集风机运行频率调整至 45 50 Hz运行,烟气外溢情况有所好转,但是风量加大后使硫酸车间的环集脱硫工序处理烟气总量超过设计的总风量10-12。渣包倾翻装置前部翻板式活动烟罩为半敞开式设计,密封性能较差。主厂房环集烟道风门多达36左延治等:铜冶炼车间环集烟气治理技术30 处,各区域风门的控制方式分为 3 处就地控制,操作不便,无法根据烟气排放情况进行实时操控。1郾 3摇 环集系统运行情况分析总结金通铜业冶炼车间主厂房环集烟气低空污染主要集中在熔炼区域与渣包倾翻装置处。造成该现象的原因为部分烟气管道与集烟罩设计不合理,在烟气管道的末端烟气污染情况尤为突出。另外,现场操作管理存在缺陷,各处排放口的阀门无序开启,使过多的空气吸入环集系统,增加了环集与脱硫系统的运行能耗。2摇 技术改造通过上述对金通铜业冶炼车间主厂房环集系统各工况的汇总及分析,公司组织工艺及技术部门制订各项针对性的技术改造方案,并根据生产实际情况分步实施。2郾 1摇 集烟罩相关改造2郾 1郾 1摇 侧吹炉出渣溜槽及放渣口整体改造侧吹炉出渣溜槽及出渣口烟气溢散情况最为严重,而且放渣造成的热辐射高,使周围环境温度高达50 60 益。由于正常生产期间无法进行改造,金通铜业于 2022 年 7 月年度大修期间对其进行整体改造,主要整改措施如下。1)将原出渣纵向溜槽进行设计优化,使溜槽纵向长度减少约 4 m,溜槽烟气收集口进行整体封闭。同时加大环集烟气管道直径,增加烟气管道开关阀门,改善烟气在环集管道末端的收集效果。2)放渣口横向溜槽与烟罩重新设计及制造更换,将出渣口横向溜槽与烟罩形成整体,通过防火布与固定环集管道衔接。原固定式放渣口改为倾转式放渣口,增加卷扬驱动装置,放渣过程中烟罩紧贴渣包上沿,烟罩的密闭性大幅提高。经过以上 2 项整改措施,在正常生产期间侧吹炉出渣溜槽及放渣口烟气溢散量减少 90%以上,周边环境温度减低约 20 益,操作人员工作环境明显改善,劳动强度也随之降低。2郾 1郾 2摇 倾翻装置活动烟罩密封改造转炉渣包倾翻装置前部活动烟罩为半敞开式烟罩,排渣过程中产生的烟气无法有效收集。金通铜业于 2021 年 9 月对该装置的前部烟罩进行密封改造,将半敞开式活动烟罩改造为全密封活动烟罩,原有间隙大的地方全部进行封闭密封处理,配合接力风机的投用,烟气溢散现象明显减少13-16。2郾 2摇 环集管线相关改造2郾 2郾 1摇 倾翻装置接力风机改造渣包倾翻装置集烟罩处于主厂房环集管道的末端,此处管线的负压较低,主厂房环集风机在低转速运行时无法将其产生的烟气瞬时抽走,导致大量烟气外溢至主厂房东侧上方。2021 年 9 月在对集烟罩改造的同时,在烟气管道出口处增加一台斜(混)流风机做为接力风机。接力风机改造能力核算风量和压升。1)风量。渣包倾翻装置在作业时产生的烟气量与转炉渣的温度、排渣速度等因素有关,同时倾翻装置的集烟罩为不规则密闭式的大型吸烟罩,所以排风风量无法通过理论计算获得。通过现有使用工况及外置风机的试验,确定接力风机的风量为45 000 m3/h。2)压升。根据倾翻装置排渣时对烟气管道外壁测量,温度为 50 98 益(估算管道内烟气温度最高为 120 益),气体密度 0郾 93 1郾 07 kg/m3,考虑一定的含尘量,烟气的气体密度按 1郾 1 kg/m3取值;倾翻装置集烟管道至熔炼主厂房环集主管道直管段约80 m(水平段 60 m,垂直段 20 m),五处弯头,内径 1m(其中约 10 m 直管段内径为 0郾 9 m,按内径 0郾 9 m取值),得。淤流速:v=45 000 衣(3 600 伊 3郾 14 伊 0郾 452)抑20 m/s。于直管阻力系数:e1=0郾 02 伊80 衣0郾 9抑1郾 78根据公式1姿(=-2lgK3郾 71D+2郾 51Re)姿和 Reyn鄄olds 数计算公式,直管段摩擦阻力系数取值 0郾 02。盂五处弯头阻力系数:e2=0郾 3 伊5=1郾 5。单个 90毅圆形弯头、R/D=1郾 0、二中节二端节摩擦阻力系数取 0郾 3。榆总阻力系数:e=e1+e2=3郾 28。虞管道的压力损失:p=e 伊 v2伊 籽 衣2抑721 Pa。根据以上能力核算,风机形式选择驱动组外置式斜(混)流风机,风量 45 000 m3/h,压升 780 Pa。改造后接力风机满足倾翻装置烟气路线的支管管道阻力要求,且有一定富裕。同时考虑到如果该接力风机压力过大,造成主厂房环集管道的电动百页风门外部泄漏,风机采用变转速控制,可根据现场工况进行风量与压升调整。46有色设备摇 2024 年第 1 期2郾 2郾 2摇 侧吹炉环集应急管线改造根据侧吹炉环集烟气管线前期存在的安全隐患,2021 年 8 月金通铜业保全部门对应急管线走向、布局及配置进行整体设计出图,与相关部门讨论,确认在侧吹炉炉前适当位置新增一段侧吹炉环集管道与主厂房环集管道的联通管,配套电动蝶阀控制烟气路线切换,如图 1 所示。1)侧吹炉环集烟气管线改造能力核算前提条件如表 6 所示。图 1摇 侧吹炉环集应急管线改造示意摇表 4摇 侧吹炉、主厂房环集系统性能对比位置风量/(万 m3 h-1)压升/kPa转速/(r min-1)设计实际设计实际设计实际侧吹炉环集风机入口15约 14-4郾 5-5郾 51 000960侧吹炉环集风机出口15约 145郾 52郾 51 000960主厂房环集风机入口40约 26郾 4-4-0郾 61 000960主厂房环集风机出口40约 26郾 43郾 52郾 11 000960摇 摇 2)侧吹炉环集应急烟气管线的管道阻力计算。根据侧吹炉环集风机实际工况,工作温度 50 益、气体密度 1郾 093 kg/m3、风量 140 000 m3/h,新增管道直管段约35 m、5 处弯头、直径1郾 4 m,通过计算得出新增管道的压力损失为 694 Pa,按取 0郾 7 kPa 取值。3)侧吹炉环集应急烟气管线与主厂房环集风机匹配核算。侧吹炉环集风机实际运行入口压力为-5郾 5 kPa,其中布袋除尘器阻力为 2郾 0 kPa(注:应急烟气不进入布袋除尘器);主厂房环集风机实际压升为2郾 7 kPa(注:该风机实际运行中其压力、流量56左延治等:铜冶炼车间环集烟气治理技术远小于设计值),得出在侧吹炉环集应急烟气时主厂房环集风机的压升为:P=5郾 5-2郾 0+0郾 7+2郾 7=6郾 9 kPa。主厂房环集风机额定压升为 0郾 7 kPa,满足侧吹炉环集应急烟气路线的管道总阻力要求,且有少量富裕度。但是主厂房环集风机在应急烟气路线运行时应提高到时额定转速,并且主厂房环集管道的电动百页风门需要调节。2021 年 8 12 月侧吹炉环集风机应急路线进行安装,连通调试试验并运行 3 h,应急路线运行无异常,现场测量风量、压升等数据,达到设计要求。该应急管线投用后,可极大降低侧吹炉环集风机单机运行风险,排除了重大安生与生产上的隐患。2郾 2郾 3摇 百叶风门控制方式改造金通铜业主厂房环集烟气管道百叶风门共计30 个(图 2),分为熔炼、吹炼、精炼 3 个工段,分别就地控制。在所有百叶风门全开的情况下设计总风量约 58郾 25 万 m3/h,实际生产过程中需要操作人员实时调整开启数量。但是由于 3 处操作人员无法做到及时有效地联络与协调,造成百叶风门的开启数量过多,增加了主厂房环集风机运行负荷。为此金通铜业电气专业在 2021 年 9 月对其控制系统进行升级改造,将所有百叶风门的控制点位集中到转炉主控制室 DCS 系统,进行统一管理与操控。图 2摇 主厂房上部通风系统摇3摇 结束语综上所述,金通铜业通过对铜冶炼车间各处集烟罩与管线等硬件更新改造,以及加强对环集烟气排放的操作管控,极大降低了区域内环集烟气地溢散,低空污染现象得以有效治理。参考文献1 杜龙,唐斌.典型铜冶炼行业基准排气量的比较与分析J.有色冶金设计与研究,2017(2):17-20.2 魏徵.含砷和二噁英复杂烟气治理耦合工艺设计和运行探讨J.有色设备,2022,36(6):75-78+84.3 张云慧,阳春华,孙备,等.锑盐除钴过程电位混合智能控制方法J.冶金自动化,2023,47(5):10-21.4 熊柳,袁剑平.熔炼主厂房环集烟气再利用应用实践J.有色冶金设计与研究,2022(6):20-23.5 袁雪生.金隆公司环集烟气超低排放技术改造实践J.硫酸工业,2022(3):12-14+34.6 卓俭进.铜冶炼废气超低排放治理J.黄金,2021(7):86-88.7 葛晓鸣,孙子虎,刘建萍,等.连续炼铜环集烟气处理系统升级改造生产实践J.中国有色冶金,2021(1):57-61.8 吴昌考,杞学峰,普荣生,等.铜冶炼烟气调控生产实践J.中国金属通报,2021(6):22-24.9 朱鹏春,于海波,何恩,等.铜冶炼转炉烟气收集系统的开发及应用J.有色设备,2023,37(3):63-68.10 姜超,宫嘉辰.某锡冶炼厂含锌烟尘综合利用技术研究J.有色矿冶,2023,39(6):52-57.11 褚继军.铜冶炼环集烟气和制酸尾气脱硫工艺优化改造与实践J.绿色矿冶,2023,39(3):54-58.12 刘昱浏.国内某铜冶炼厂环集烟气脱硫改造工艺比较J.有色冶金节能,2022,38(4):41-43.13 纪罗军.我国有色冶炼及烟气制酸环保技术进展与展望J.硫酸工业,2016(8):34-51.14 程彤.环集烟气脱硫装置设计特点与生产实践J.铜业工程,2019(6):17-19.15 王斌.铜冶炼环集烟气脱硫系统的改造实践J.有色设备,2022,36(3):55-58.16 陈辉,陈芳芳.用氧化-酸浸法从铜冶炼烟灰中脱砷试验研究J.湿法冶金,2022,41(5):461-464.66有色设备摇 2024 年第 1 期The practice of smelting sceondary gas handling system inJintong Copper CompanyZUO Yanzhi,PANG XiaofeiAbstract:This paper analyzes the operation situation of the existing fugitive gas collection system in thesmelting workshop of Jintong Copper Industry.It points out that there are some problems in the fugitivegas collection system,such as unreasonable design of the hood and the ductlines as well as some defectsin on鄄site management which caused low altitude environmental pollution in the workshop.By reformingthe hood and the ductlines,adjusting the valve control method as well as adding emergency branches,thepollution phenomenon in the workshop has been effectively controlled,the working environment of thesmelting workshop is greatly improved.Key words:fugitive gas collecting system;fugitive gas;20 meters low鄄altitude;gas exhaust;ventilationfan;working condition analysis;control method蕚蕚蕚蕚蕚蕚蕚蕚蕚蕚蕚蕚蕚蕚蕚蕚蕚蕚蕚蕚蕚蕚蕚蕚蕚蕚蕚蕚蕚蕚蕚蕚蕚蕚蕚蕚蕚蕚蕚蕚蕚蕚蕚蕚蕚蕚蕚蒉(上接第 61 页)Application of intelligent control and management systemfor full process of copper slag slow coolingJIN Zezhi,CHENG Kai,QU Shanglin,LI MingAbstract:The slag slow cooling process is an indispensable link in the pyrometallurgical copper smeltingprocess.The slag slow cooling treatment system urgently needs an intelligent upgrade with the increasingdemands for slag treatment technology,resource recovery and safety management.The paper analyzes thecharacteristics of the slag slow cooling treatment process and presents the adaptive conditions for thewhole鄄process intelligent transformation.Through key technologies such as 5G communication networks,intelligent management and control of gantry cranes and electric flatbed carts,the independent operationand intelligent control of the entire slag transfer process have been realized.After the implementation ofthe project,the number of operators was reduced by nearly 60%,and the average slow鄄cooling cycle ofthe slag ladle was shortened by more than 7%,achieving good economic benefits.Key words:copper smelting plant;slag slow鄄cooling yard;gantry crane;electric flat car;intelligentcontrol and management;pyrometallurgical copper smelting蒉76左延治等:铜冶炼车间环集烟气治理技术