多氧燃燒在轉動分銀爐上的應用實踐*

張繼潤，許 娜，段建鋒，方振華，張德超，和秋谷

（1.云南銅業股份有限公司西南銅業分公司，云南 昆明 650100 2.昆明冶金研究院有限公司，云南 昆明 650531）

目前某公司陽極泥經過濕法處理后得到銀精礦，通過火法冶煉銀精礦回收其中的有價金屬Au、Ag、Se、Te等，采用的熔煉設備主要是轉動分銀爐，配套燃燒系統為傳統的顏式燃料器，燃料主要為0#柴油[1-3]。轉動分銀爐冶煉銀精礦的主要工藝為：加料、還原熔煉、氧化精煉及排放等，整個冶煉過程中，需要的熱量均來自傳統的顏式燃料器，燃料器的助燃氣為空氣，空氣中夾雜的氮氣不參與反應，但會帶走大量的熱量，不僅造成燃料浪費，而且增加了污染物的排放[4-8]。該公司最新數據統計，轉動分銀爐每冶煉一噸銀陽極板需要消耗柴油1 327 L，其柴油的消耗費占了生產成本的28.7%。本文采用先進的多氧燃燒技術代替傳統的顏式燃燒技術應用于轉動分銀爐的生產實踐，對比分析了改造前后的效果，其運行經驗及理論數據為陽極爐改造奠定了堅實基礎。

1 分銀爐多氧燃燒系統的構成及工作原理

1.1 分銀爐多氧燃燒系統構成

分銀爐多氧燃燒系統的多氧燃燒裝置由供氧單元、供油單元、燃燒單元、控制單元組成。供氧單元是將氧氣供給站的氧氣分為一次氧與二次氧，并給燃燒器供氧。燃燒單元由燃燒器與燒嘴磚組成，其結構見燃燒器外形圖1?？刂茊卧訮LC為主體與各單元儀表、閥門組成控制系統，由上位機進行操作。

圖1 分銀爐多氧燃燒系統流程圖Fig.1 Flow chart of multi-oxygen combustion system of silver smelting converter

1.2 系統工作原理

多氧燃燒系統的燃燒原理與一般燃燒器有本質上的不同，首先就燃燒過程而言，它是柴油與純氧在爐內充分混合后分散在爐膛中彌漫性燃燒，沒有明顯著火點、火焰分布均勻，這樣可以使燃料完全燃燒，充分釋放熱量，有效提高資源利用率，減少煙塵的排放量。

多氧燃燒技術源自北京凱明陽熱能技術公司。多氧燃燒裝置主要由點火系統、燃料噴口、一次氧槍、二次氧槍等組成。多氧燃氣器的一次氧和二次氧分別與燃料參混。燃料進入爐內后，一次氧與部分燃料參混，燃燒形成根部火焰，未燃燒的燃料進入爐膛中，與二次主燃料氧在爐膛發生劇烈反應，形成無煙火焰。在一定范圍內，一次氧和二次氧的需氧量可根據燃燒過程的需要進行調節。

分銀爐多氧燃燒工藝控制流程，主要由氧站閥組總成、柴油閥和柴油霧化風閥組構成。分銀爐多氧燃燒裝置中柴油與氧氣流量按一定比例進行控制，一次氧與二次氧流量按一定比例進行控制，通過調節一次氧壓力閥、柴油壓力閥、二次氧流量閥、柴油流量閥使爐膛的火焰達到最佳燃燒效。分銀爐多氧燃燒系統流程圖見圖2。

圖2 多氧燃燒器外形圖Fig.2 Outline drawing of multi-oxygen burner

2 分銀爐多氧燃燒技術改造

拆除原來的燃燒器，用多氧燃燒裝置燒嘴進行替換，閥組配置在轉動分銀爐左上方平臺上，擴建改造平臺配置閥組，柴油閥組布置于爐體燒嘴磚端處，壓縮空氣閥組布置于爐后，控制系統配置在門口操作室。

2.1 控制系統改造

多氧燃燒裝置在運行時，供氧單元、供油單元、控制單元為燃燒單元服務。完成控制過程的操作是通過控制柜和上位機實現，控制柜完成現場點火控制，流量信號、壓力信號采用（4～20）mA傳入控制柜?？刂葡到y包括PLC、上位機、供電系統和自動化儀表。利用控制柜中的PLC完成控制過程，上位機安裝在操作控制室中，完成實時監控和操作。

2.2 能源管網改造

氧氣外管線從現有動力車間至熔煉車間的氧氣總管上接出，DN80管道沿現有管廊和橋架接到稀貴車間分銀爐氧氣閥站附近，總長約500 m。在接入點處設置DN80總閥門，在分銀爐氧氣閥站處各設置一臺DN50截止閥。在氧氣管道兩端設置氮氣置換口和吹掃口。沿途設置支架時考慮管線的自由膨脹。

2.3 爐體燃燒端爐磚改造

空氣助燃燃燒器結構簡單但體積大、外形笨重，與之配套的燃燒風輸送管道口徑大，占據爐前操作平臺空間較大。對已有1#轉動分銀爐燃燒器拆除。燒火端爐磚按照多氧燃燒器的不銹鋼外殼，采用半再結合鎂鉻磚（380×150×93/61） mm異型磚、（330×150×75）mm方磚進行砌筑，同時采用焊接方式固定在原有燃燒器的位置，其燒嘴磚采用螺栓固定在不銹鋼外殼內，使之與燒嘴磚形成整體。

3 存在的問題及整改的措施

3.1 燃燒系統油氧控制

多氧燃燒系統小火控制（柴油流量30kg/h以下時），燃燒火焰效果不是太好，在控制時也不太穩定。柴油霧化效果受壓縮風影響大，霧化差的時候會出現火星和喘震。燒嘴磚柴油槍孔容易結碳，可能是燃燒效果不充分或者油槍接頭處漏油造成的，導致燒嘴磚孔冒白煙，嚴重時會出現火焰。氧氣總管壓力有波動（0.13～0.21）MPa，對手動操作時氧氣流量的穩定運行產生一定影響。燒嘴磚燒蝕較快，目前最短處只有360 mm。

3.2 動力波收塵系統煙塵量升高

由于多氧燃燒采用彌漫式燃燒氧化氣氛強，煙塵顆粒較以前小，合金中的硒鉛隨著煙塵揮發進入收塵系統，導致動力波系統煙塵量較以前增加了50%，動力波后段易堵塞，加大了動力波清理工作量。

3.3 爐渣含銀升高

多氧燃燒系統是用純氧代替以前的壓縮空氣助燃，在還原熔化階段，氧氣參與了爐內反應，造成還原熔煉階段爐內氣氛氧化性過強，致使爐渣含有部分氧化渣，由于氧化渣粘性高，易夾雜合金，不利于分銀爐爐渣的澄清，從而導致了分銀爐爐渣含銀過高，渣含銀從原來的0.35%上升到0.5%。

3.4 優化措施

1）通過調整一次、二次氧比例因子，采用A-90剛玉澆鑄材料制作燒嘴磚，筑爐改造燒嘴磚采用方形燒嘴磚內嵌至爐墻，利用爐墻磚保護燒嘴磚，減少燒嘴磚燒蝕，保障其耐高溫強度，避免了油槍燒蝕結碳的情況。同時調整燒嘴磚位置，使火焰角度偏向爐膛內部，避免吹煉時熔體飛濺堵塞油槍造成回火；

2）對動力波沉降室進行改造，在其內部增加擋板，增加煙氣停留沉降時間，使細顆粒煙塵沉降。優化動力波收塵系統一級噴嘴壓力，使煙塵在一級塔內沉降過濾，避免煙塵后移；

3）通過調整熔化澄清階段氧氣、柴油比例，在爐渣澄清階段降低爐內氧氣比例，同時向爐內二次加入碳粉和碳酸鈉，增加還原熔煉后期爐內還原氣氛及澄清時間等，提高渣流動性，降低爐渣含銀。

4 應用后取得的效果

4.1 節能效果有效提升

由于多氧燃燒系統采用柴油-氧氣純氧彌漫性燃燒技術代替原來柴油齒輪泵機械霧化、普通空氣燃燒系統。柴油單耗由原來的1 356 L/t·陽極板降低到目前656.35 L/t·陽極板，較原來老式燃燒系統降低柴油單耗50%，節油效果顯著。具體見表1所示。

表1 多氧燃燒與傳統燃燒柴油單耗對比Tab.1 Unit consumption comparison between multi-oxygen combustion and traditional diesel oil combustion

4.2 過程可控、效率高

多氧燃燒系統所有控制元件均由PLC控制，控制老式燃燒系統方便，整個燃燒程實現自動控制，冶金爐內的火焰長度、寬度可靈活調整，與普通空氣燃燒相比，冶金爐內溫度場更加均勻，傳熱效果更好。不需要人工憑經驗判斷燃燒效果和爐溫，對于標準化作業有很好的推動力。有連鎖投運報警系統進行監控，安全保障方面也比較好。

4.3 氧化氣氛好，除雜效果提升

采用多氧燃燒系統后，由于氧氣參與了反應，加強了氧化精煉階段除雜能力，特別是對金銀合金中的銅、鉍除雜能力較好，同時避免了爐墻上的雜質燒蝕二次污染合金，銀陽極板中雜質含量較之前下降明顯。具體見表2所示。

表2 多氧燃燒與傳統燃燒銀陽極板雜質含量Tab.2 Impurities content of silver anode plate of multioxygen combustion and traditional diesel oil combustion %

4.4 爐體升溫加快

傳統燃燒方式爐溫難以控制，特別是在澆鑄階段，如果澆鑄包溫度不夠，極易造成銀水冷凝在澆鑄包的澆口，造成澆鑄過程中斷，多氧燃燒技術升溫快，在澆鑄包出現銀水粘附時，通過調整油量及氧量，可短時間內對澆鑄銀水給予熱補償，避免澆鑄包冷凝造成的澆鑄過程中斷，減少柴油的消耗保證爐時。

4.5 煙氣量降低

轉動分銀爐經過多氧燃燒系統改造后，還原熔煉與氧化精煉單位時間內柴油消耗量降低了一半，從而減少了50%的CO2排放，采用氧氣助燃方式降低了壓縮空氣帶來氮氣的影響，而且在爐膛空間不變的情況，相對擴大了燃燒空間，使柴油燃燒更加充分，降低傳統燃燒方式員工操作風油比不合理燃燒時的黑煙產生。同時幅減少了爐前的低空污染及煙氣排放量。

4.6 濕式收塵系統煙氣入口溫度降低

未使用多氧燃燒技術之前，還原熔煉期動力波濕式收塵系統煙氣入口溫度基本維持在（200～250）℃，甚至有時超過了250℃，氧化精煉期都達到150℃，動力波濕式收塵系統設計要求入口煙氣溫度不能超250℃，因而員工在入口煙氣高時將爐口搖下或降低柴油流量，造成低空污染及爐時延長，采用多氧燃燒技術后，整個冶煉過程煙氣入口溫度都能控制在100℃左右，有效地保證了動力波濕式收塵系統的安全。

4.7 輔料的消耗減低

氧化精煉后期需要加入硝酸鈉對爐內金銀合金中的銅、硒進一步除雜，傳統操作噸銀陽極板硝酸鈉的單耗為60 kg，采用多氧燃燒技術后，整個冶煉在強氧化的氣氛下進行，雜質去除能力較強，故在清合金階段噸銀陽極板硝酸鈉單耗降低至30 kg左右。銀陽極板柴油單耗節約50%，由1 356 L/t·陽極板降低至656.35 L/t·陽極板，節約費用222.27萬元/年，硝酸鈉由60 kg/t·陽極板降低至30 kg/t陽級板，節約費用3.37萬元，除去氧氣增加的費用，每年可節約生產費用173.14萬元。

4.8 爐時縮短

顏式燃燒器分銀爐冶煉周期為48 h，采用多氧燃燒系統后，由于升溫較快，燃燒均勻，縮短了進料熔化階段時間；氧氣不但參與燃燒，也提高了冶煉過程中爐內氧化氣氛，在氧化精煉過程中通過合理調節氧氣柴油比例，加大氧氣通入量，提高除雜效率，總體上縮短爐時6 h。

目前燃燒系統油氧控制穩定，且燒嘴磚的使用壽命由原來的半個月增加至6個月，收塵系統煙塵量減小，煙塵含銀穩定在5%以下，爐渣含銀穩定在0.3%左右。

5 結語

1）多氧燃燒系統在陽極泥轉動分銀爐上的應用，降低柴油單耗約50%，提高了柴油的熱利用效率；

2）煙氣CO2排放減少了50%，降低了燃料成本和煙氣處理設施運行成本；

3） 輔料硝酸鈉單耗減至30 kg左右，用量降低50%；

4）加強氧化精煉階段除雜能力，對金銀合金中的銅、鉍除雜能力較好；

5）升溫較快，燃燒均勻，縮短了爐時6 h。

總之，多氧燃燒系統具有節能、減排、降耗、自動化程度高等顯著特點。