铅富氧闪速熔炼工艺中的蒸汽综合利用.pdf

2 0 1 2 年4 期 有色金属 冶炼部分 h t t p l ／y s y l ．b g r i m m ．c n 4 1 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／] ．1 s s n ．1 0 0 7 - 7 5 4 5 ．2 0 1 2 ．0 4 ．0 11 铅富氧闪速熔炼工艺中的蒸汽综合利用 张恩华，张涛 华宝产业有限责任公司，河南灵宝4 7 2 5 0 0 摘要详细阐述了蒸汽在闪速炼铅生产系统中从产生到使用的全过程，解释了闪速炼铅工艺系统能耗低 的原因。 关键词铅；富氧闪速熔炼；蒸汽；综合利用；节能 中图分类号T F 8 1 2 文献标识码B 文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 2 0 4 0 0 4 1 0 4 C o m p r e h e n s i v eU t i l i z a t i o no fS t e a mi nL e a dO x y g e n E n r i c h e d F l a s hS m e l t i n gP r o c e s s Z H A N GE n - h u a ．Z H A N GT a o H u a b a oI n d u s t r y G r o u p C o ．，L t d ，L i n g b a o4 7 2 5 0 0 。H e n a n ，C h i n a A b s t r a c t T h ep r o c e s so fs t e a mf r o mg e n e r a t i o nt ou t i l i z a t i o ni nl e a do x y g e n - e n r i c h e df l a s hs m e l t i n g p r o c e s sw a se l a b o r a t e di nd e t a i l ，a n dt h er e a s o n sf o rl o we n e r g yc o n s u m p t i o no fl e a df l a s hs m e l t i n gp r o c e s s w e r ee x p l a i n e d ． K e yw o r d s l e a d ；o x y g e n - e n r i c h e df l a s hs m e l t i n g ；s t e a m ；c o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o n ；e n e r g ys a v i n g 华宝产业有限责任公司的闪速炼铅系统综合能 耗很低‘1 。，蒸汽的综合利用是其中重要原因之一。 本文介绍该生产系统中蒸汽的产出、利用及余热回 收等情况‘2 ‘引。 1蒸汽的生产和利用 ， 闪速炉冶炼过程中产生的高温烟气经余热锅 炉，温度从12 5 0 ℃降低到3 5 0 ℃左右进入制酸系 统。余热锅炉每小时可产生压力3 ．9M P a 的高压 蒸汽1 5t ，是本生产系统的蒸汽来源。 根据对生产影响的重要程度、节能效果及其它 因素，我们将蒸汽的使用分为一级用户 原料干燥 机 、二级用户 制氧加热器 和三级用户 辅料干燥 机和原料预干燥机 。 1 ．1 一级用户 原料干燥机 因为闪速炉要求原料含水低于1 ％ 这也是冶 炼过程中节能的重要原因之一 ，且只要生产连续， 原料就必须满足供应。根据生产统计，闪速熔炼所 需的原料量为每小时4 0t 左右，干燥机进口原料含 水量5 ％“ - 1 2 ％，出口原料含水量一般控制在0 ．50 A 以下，因为有炉顶料仓的存在，可以储存一部分合格 的人炉原料，所以，干燥机每天工作时间可以控制在 1 8 ～2 4h ，这对蒸汽的分配使用非常有利。 锅炉生产出来的压力为3 ．9M P a 的饱和蒸汽 经过两级减压，压力降至0 ．4 ～O ．6M P a ，温度大约 为1 5 0 ℃左右，沿管道进入干燥机，与铅精矿进行逆 流换热以后冷凝下来，冷凝水进入冷凝水收集罐。 与氧气底吹炼铅不同的是，底吹炼铅人炉原料 含水量在8 ％以下，原料中的水分需要消耗冶炼热 能，而闪速炼铅原料含水量一般低于0 ．5 ％，水分基 本不消耗冶炼过程中热能，对原料完成自热熔炼非 常有利，原料的干燥，又是靠冶炼余热产生的蒸汽完 成，蒸汽的消耗量8t ／h 左右，所以，将余热锅炉的 蒸汽使用于原料干燥，是闪速炼铅工艺节能的重要 基金项目国家高技术研究发展计划 8 6 3 计划 资助项目 2 0 0 9 A A 0 6 4 6 0 2 作者简介张恩华 1 9 7 2 一 ，男，工学学士，工程师． 万方数据 4 2 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．o n 2 0 1 2 年4 期 原因之一。 冷凝水的回收方式也是节能节水的一个重要方 面。因为进入干燥机的蒸汽压力在0 ．5M P a 左右， 所以，理论上冷凝水的温度也就是该压力下饱和蒸 汽的温度，即1 5 1 ℃。在生产初期，我公司使用常压 罐回收冷凝水，有大量的蒸汽从冷凝水罐上部排空， 造成热量和软水的浪费。后改造为使用压力容器作 为冷凝水的回收罐，冷凝水由带弯头的管道被导入 回收罐的底部，在回收罐中进行汽水分离后，热水在 最低处由热水泵打回余热锅炉除氧器，从除氧器顶 部与补充水混合后喷淋到填料层上，蒸汽经回收罐 最高处管道，靠压力回收到余热锅炉除氧器填料层 的底部，与上部喷淋下来的热水逆流换热，将热水加 热到1 0 4 ℃，达到除氧效果，蒸汽本身也大部分被冷 凝下来，进入锅炉上水系统，当加热蒸汽不足时，可 以从锅炉补充 整个蒸汽利用详见图1 。 图I 蒸汽综合利用流程图 F i g ．1 F l o wc h a r to fs t e a mc o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o n 在冷凝水回收过程中，需要注意以下几个问题 1 冷凝水之所以要回到除氧器，是因为余热锅 炉的热水循环属于强制循环，要靠热水循环泵不断 地把炉水从汽包的底部抽出，再送到锅炉的各个受 热面上，并保持一定的循环倍率。因为炉水温度在 2 5 0 ℃左右，热水循环泵本身就需要进行强制冷却， 而其冷却水源就是锅炉软水箱中的合格软水，如果 将干燥机的热水回到软水箱，势必造成软水箱温度 急剧升高，影响泵的冷却效果。另一方面，热水回收 到除氧器，可以使其在最短的时间内返回锅炉，热量 损失也最小； 2 热水循环泵的流量和扬程选用也要与回水量 匹配，使泵在经济条件下连续稳定运行。同时，在冷 凝水回收罐上增加高低液位控制仪，以液位控制泵 的自动开停，保证既不满水，又不会使泵空转毁坏， 从而保证干燥机的干燥效果； 3 整个蒸汽及热水系统一定要做好保温措施。 1 ．2 二级用户【制氧加热器 图例 泵。 减压阀- 。 疏水阀 ● 截止阀 一 止回阀 _ 介质流向■一 排污t 闪速炼铅需要使用纯氧，在制氧工段，分子筛吸 附水分达到一定程度后需要解析，我们称之为再生。 再生就是把干燥的氮气加热后通过需要解析的分子 筛，利用温度和氮气的饱和蒸汽压使分子筛重新变 得干燥。再生可以利用电加热作为热源，也可以利 用蒸汽作为热源。用电作为热源的制氧加热器分三 组电热丝，每组1 8 0k W ，按照加热强度需要分别启 动一组、两组或三组，每天按2 4 小时平均，每小时平 均消耗功率为2 0 0k W 左右，是耗能比较大的一个 设备。所以，尽量保证蒸汽加热器的运行而不开电 加热器，节能效果非常显著。 从余热锅炉出来的蒸汽减压到1 ．0M P a 后送 到制氧加热器，根据加热强度的需要，调节加热器进 口阀门，满足工作要求，冷凝水经生活热水罐回到余 热锅炉除氧器内。这里的节能措施之一就是将制氧 加热器的冷凝水用作生活热水 洗浴和冬季取暖 ， 这又有三方面原因，一是我公司的制氧工段距离生 活区相对较近；二是尽量使用低位能热源节能效果 万方数据 2 0 1 2 年4 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m r mc n 4 3 更好；三是不需要生活热水时，可以直接回收到余热 锅炉，达到热量的最大回收，制氧加热器提供的冷凝 水不足采暖使用时，又可以通过近路阀门调配蒸汽 作为补充，同样可以达到节能效果。 1 ．3 三级用户 辅料干燥机和原料预干燥机 闪速炼铅工艺的特点之一，就是有一个带有焦 滤层的熔池n ] 。从料枪喷吹出来的物料在反应塔里 下落过程中与高浓度的氧气充分接触，瞬时完成氧 化反应，变为熔体进入熔池。当熔体通过焦滤层时， 其中的氧化铅与炽热的焦炭发生氧化还原反应，生 成金属铅和一氧化碳，一氧化碳进一步与氧化铅或 烟气中过量的氧气发生反应，最终生产二氧化碳进 入烟气。我们知道，焦炭与氧化铅的反应是一个放 热反应，而要维持焦滤层炽热，其热量来源有两个， 一是焦炭从炉顶落人熔池表面的过程中，自身要求 燃烧5 ％～1 0 ％，这时的焦炭外观已经通红；另外， 待其随着熔渣的流动在熔池表面铺成一层时，会接 受高温烟气辐射热。只要以上两部分热源大于氧化 还原反应所消耗的热量，焦滤层就能够维持炽热状 态。所以，对焦炭原料本身又会提出两个要求一是 焦粒必须保持一定的粒度，我们要求在5 ～2 0m m ， 刚好可以使用一些碎焦或小颗粒煤炭，价格相对较 低；另一方面，焦炭的含水量必须严格控制，否则不 能在下落过程中部分燃烧，大量的水分会造成焦粒 的裂解，影响焦滤层的“通透性”，而且过多的水分还 会吸收热量，影响反应进行，水蒸气会“稀释”一氧化 碳的浓度，影响反应速度。实践表明，焦炭入炉前必 须进行干燥，使得焦炭含水量控制在3 ％。 2 讨论 进入闪速炉的原料要求含水量在1 ％以下，正 常情况下，这一指标完全可以依靠原料干燥机实现。 但在一些特殊时期，如冬季或雨季，原料精矿进厂时 水分含量可能达到2 0 ％甚至更多。就会出现两个 问题一是含水量过多的精矿，很容易粘结在原料 仓、核子秤、皮带等处，造成堵塞，使得生产运行困难 甚至中断；二是原料干燥机的能力实际上主要是根 据每小时能够干燥出的水分重量确定的，当原料含 水量达到一定数值时，每小时干燥的原料重量就明 显下降，很难保证生产需要。所以，我公司又配置了 一台原料预干燥机，其任务就是将原料含水量降到 7 ％～1 0 ％，当然，如果原料过于干燥，会在配料过程 中产生扬尘，造成环境污染。 与辅料干燥机一样，原料预干燥机也是间断工 作的。可以提前干燥出足够多的合格原料和辅料作 为备用，所以，对于蒸汽的需求不是随时性的。这就 给蒸汽调配带来很大方便，首先，生产出来的蒸汽要 满足原料干燥机的使用，保证生产的连续稳定运行； 其次，保证制氧蒸汽加热器的使用，实现节能效果； 最后，在蒸汽充足时，干燥一些辅料 辅料干燥机较 小，消耗蒸汽数量低 。前文叙述过，在物料制备系 统中，有许多中间料仓可以储备相当数量的合格入 炉原料，加上原料干燥机实际运行在较高负荷，每天 只需1 8h 就可以制备好当天生产所需的全部原料， 那么，空余时间就可以集中开辅料干燥机，使其在较 大负荷下实现高效节能运转，而不是长时间开车耗 能、耗电。 原料预干燥机、辅料干燥机与原料干燥机产生 的冷凝水回收至同一个冷凝水罐，再回收到余热锅 炉除氧器。 可以看出，在闪速炼铅工艺中，原料和辅料中几 乎全部的水分是靠原料实现自热熔炼后副产的蒸汽 进行干燥的，干燥的原料又会副产出更多的蒸汽，如 此形成良性循环。多余的蒸汽用于制氧工段代替电 能使用，低位能热量用到洗浴取暖等生活设施，都是 节能的好措施。另外，本系统软水回收率几乎达到 1 0 0 ％，这又有以下几个好处 1 节水，除锅炉正常运行排污率5 ％～1 0 ％以 外，所有的软水全部循环使用，为整个生产系统的污 水零排放做出贡献； 2 节电，余热锅炉对水质要求很高，软水要经过 反渗透和混床串联处理，电导率达到零以后才能供 锅炉使用，水处理电耗相对较高，而软水回收泵的能 耗要低许多； 3 节能，因为回水温度较高，除氧器本省消耗锅 炉蒸汽的数量大为减少； 4 有利于锅炉的安全运行，锅炉水不断地蒸发 冷凝，又处在一个密闭的循环系统之中，水质有保 障； 5 环保，除排水量小外，制水量的大幅度减少， 使酸、碱、盐的使用量都得到有效控制。 尽管如此，在闪速炼铅系统中，还有很多的热量 可以回收，如电炉、制酸工段的低位能热量等。如果 产能提高或回收热量增多，还可以继续投入比如余 热发电等节能设施，使整个生产系统的能耗进一步 降低。所以，蒸汽的综合利用在闪速炼铅工艺中大 有可为。 万方数据 4 4 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m r a ．e n 2 0 1 2 年4 期 3结论 将余热锅炉的蒸汽用于原料干燥并通过调整冷 凝水的回收方式加以循环利用，使得闪速炼铅系统 的能耗大幅度降低。 参考文献 [ 1 ] 王成彦，郜伟，尹飞，等．铅冶炼技术现状及我国第一台 铅闪速熔炼炉试产情况[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 0 1 9 - 1 3 ． [ 2 ] 李文辉．工业锅炉节能降耗实践[ J ] ．有色冶金节能， 2 0 0 8 6 2 9 ．3 0 ． [ 3 ] 张艳，何长虹，耿苗红．关于锅炉排污与能源节约的探 讨[ J ] ．辽宁化工，2 0 0 7 1 0 7 0 8 7 0 9 ． [ 4 ] 张红伟，于学东．热管余热锅炉在回收工业余热中的优 势探讨[ J ] ．沈阳工业大学学报，2 0 0 0 ，2 2 2 1 7 8 1 8 0 ． I s ] 蒋开国．锅炉烟气的余热回收与利用[ J ] ．湖南城市学 院学报自然科学版，2 0 0 7 ，1 6 2 2 8 - 3 0 ． [ 6 ] 李宝山，何晓军．低温余热回收方式最佳方案的探讨 [ J ] ．能源技术，1 9 9 8 3 4 3 4 5 ． [ 7 ] 童钧耕，赵镇南．热工基础I - M ] ．北京高等教育出版 社，2 0 0 9 ． [ 8 ] 北京市环境保护科学研究所．三废处理工程技术手册 [ M ] ．北京化学工业出版社，2 0 0 0 ． 有色金属 冶炼部分 定价变更 及开通网上投稿启事 经中国有色金属工业协会和北京市新闻出版局批准，由北京矿冶研究总院主 办的有色金属 冶炼部分 的刊期自2 0 1 1 年开始由双月刊变更为月刊。出版时 间为每月1 2 日，邮发代号2 4 6 4 ，2 0 1 2 年起定价每册1 0 元，全年1 2 0 元，正文为 黑白印刷，广告为彩色印刷。 本刊网上在线系统已经开通，请广大作者登录网 站在线投稿，网址为h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 万方数据