金川铜闪速炉喉口部结焦控制研究与实践.pdf

4 8 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 5 年第9 期 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 0 0 7 - 7 5 4 5 ．2 0 1 5 ．0 9 ．0 1 2 金川铜闪速炉喉口部结焦控制研究与实践 杨述凯，杨贵严，杨思文 金川集团股份有限公司铜冶炼厂，甘肃金昌7 3 7 1 0 0 摘要介绍了金川铜闪速炉喉I 1 部结焦的形成机理，重点介绍了结焦抑制剂的使用、富氧油枪烧嘴处理 措施及实施后取得的效果，最终实现喉口部零爆破的目标。 关键词铜闪速炉；喉口部；结焦；结焦抑制剂；油枪烧嘴 中图分类号T F 8 1 1文献标志码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 5 0 9 0 0 4 8 0 4 R e s e a r c ha n dP r a c t i c eo fC o k i n gC o n t r o li nT h r o a tD e p a r t m e n to f J i n c h u a nC o p p e rF l a s hF u r n a c e Y A N GS h u k a i ，Y A N GG u i y a n 。Y A N GS i w e n C o p p e rS m e h e r ，J i n c h u a nG r o u pC o ．，l a d ，J i n e h a n g7 3 7 1 0 0 ，G a n s u ，C h i n a A b s t r a c t C o k i n gm e c h a n i s mi n t h r o a td e p a r t m e n to fJ i n c h u a nc o p p e rf l a s hf u r n a c ew a si n t r o d u c e d ． A p p l i c a t i o no fc o k i n gi n h i b i t o r 。t r e a t m e n t o fo x y g e n e n r i c h m e n to i lb u r n e r ．a n da c h i e v e m e n t sw e r e p r e s e n t e d ．G o a lo fz e r oe x p l o s i o na tt h r o a td e p a r t m e n tw a sf i n a l l ya c h i e v e d ． K e yw o r d s c o p p e rf l a s hf u r n a c e ；t h r o a td e p a r t m e n t ；c o k i n g ；c o k i n gi n h i b i t o r ；o i lb u r n e r 金川铜闪速炉自投产以来，上升烟道喉口部结 焦一直困扰着系统生产的连续性，在烟道结焦严重 时，烟道通气面积缩小，导致铜闪速炉炉膛负压无法 保证，每月铜闪速炉要停产2 ～3 次对结焦进行人工 爆破清理，每次爆破时间都在1 0 个小时以上，严重 影响了铜闪速炉作业率，并使产能受到限制，同时爆 破还带来工艺设备和设施的损坏、人员伤害等安全 隐患。为解决喉口部结焦问题，通过采取沉淀池鼓 氧、上升烟道喷吹结焦抑制剂和上升烟道增点富氧 油枪的措施，对喉口部结焦控制进行了研究。 1 喉口部结焦形成机理 1 ．1结焦成分 铜闪速炉喉口部结焦主要来源于反应塔未反应 完全的精矿小颗粒、没有沉降到沉淀池的冰铜和炉 渣小液滴，以及精矿中的P b 、Z n 、A s 等挥发性元素， 这些物质进入上升烟道后在上升烟道侧墙及喉V I 部 冷却沉积，形成致密坚硬的结焦[ 1 ] 。结焦的化学成 分见表1 。 表1铜闪速炉喉口部结焦成分 T a b l e1 C o m p o s i t i o no fc o k i n gi nt h r o a td e p a r t m e n to fc o p p e rf l a s hf u r n a c e ／％ 渣样 NC uF eSC a O M g O S i O z P bZ nA sS bB i 2 3 ．5 72 5 ．1 80 ．7 51 ．5 41 ．3 38 ．8 91 ．4 4 4 ．4 32 ．0 80 ．1 0 0 ．2 9 19 ．9 62 1 ．5 94 ．6 51 _ 4 41 ．3 17 ．9 02 ．1 93 ．6 42 ．1 70 ．0 60 ．3 1 3 6 ．3 11 2 ．6 50 ．4 52 ．1 80 ．9 31 9 ．9 53 ．9 32 ．3 92 ．1 00 ．1 10 ．3 8 样渣上部0 ．0 5 5 样渣中部0 ．0 4 8 样渣下部0 ．0 2 0 收稿日期2 0 1 5 一0 4 一0 9 作者简介杨述凯 1 9 8 8 ，男，甘肃金昌人，工程师 万方数据 2 0 1 5 年第9 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 4 9 1 ．2 结焦形成原因分析 根据现场结焦位置、环境条件、结焦过程、结焦 形状及结焦成分，认为引起结焦的主要原因有 1 铜精矿含杂质元素较高，原料中铅、锌、砷等 挥发性元素增多，挥发性元素以气态冷却挥发，从灰 渣的气孑L 排出，灰渣体积收缩，成为致密坚硬的多晶 体‘引。 2 烟气温度梯度分布不均，烟气中液相颗粒冷 却过快或过慢，都易变成固液相而结焦沉积。 3 炉况不稳定，导致烟尘率升高，加剧结焦生长。 4 烟气含三氧化硫高，容易在水套表面形成硫 酸，硫酸凝结在受热面而粘住灰粒，形成“水泥浆状” 的灰质，或与其它物质反应生成硫酸盐等低熔点的 共熔物。它们具有很强的黏性，会加速渣层的成长。 5 焦块呈“水泥浆”状，坚硬、致密和黏度大；且 具有自加剧性，渣层会迅速积厚。 2喉口部结焦控制研究与实践 为控制铜闪速炉喉口部结焦，延长爆破周期，提 高铜闪速炉作业率和生产负荷，针对结焦的形成机 理，制定了鼓氧处理方案、结焦抑制剂处理方案和上 升烟道点油枪处理方案。 2 ．1 鼓氧处理方案 铜闪速炉于2 0 1 2 年5 月单喷嘴改造后，在单喷 嘴调试期间，对沉淀池盐化风量和氧量不断进行摸 索优化，盐化风量由1 40 0 0m 3 ／h 标态，下同 逐步 降至80 0 0m 3 ／h ，鼓氧由4 0 0m 3 ／h 逐步提至8 0 0 m 3 ／h ，烟气残氧仍在5 ％～6 ％，通过铜闪速炉实际 生产经验可知，烟气残氧控制在3 ％～3 ．5 ％即可保 证烟灰完全盐化。因此，沉淀池盐化风、氧量仍然存 在进一步优化的空间。为进一步优化沉淀池盐化风 氧比、提高上升烟道温度、减轻喉V 1 部结焦，制定了 铜闪速炉炉内鼓氧调试方案，对沉淀池盐化风氧 比进一步进行了优化。 通过降低盐沉淀池化风量，增加鼓氧量，使盐化 风氧比由3 5 降至1 ．8 2 ，盐化风氧比的优化对降低 炉内冷风鼓入量、提高上升烟道温度起到了至关重 要的作用。通过实践生产发现，盐化风氧比降低后 上升烟道两侧墙黏结明显减轻，烟道变得畅通。 2 ．2 结焦抑制剂处理方案 结焦抑制剂是一种高熔点、含助燃剂的燃料添 加剂，通过与硫化物和其它灰渣成分反应，可以得到 干燥的、易碎的、不易黏附的高熔点化合物，这些化 合物可以通过自身重力或烟气作用被除掉，从而控 制黏结不会不断加剧，达到抑制喉口部结焦的目的。 2 0 1 1 至2 0 1 2 年在铜闪速炉开展了4 个阶段的 结焦抑制剂试验。通过自动喷吹控制系统定时向上 升烟道内喷入一定量的结焦抑制剂、控制喷吹频次 和喷吹时间控制药剂的加入量，并对喷吹位置进行 研究，从而研究结焦抑制剂对结焦的作用效果。 2 ．2 ．1 第一、二阶段试验 第一、二阶段试验共进行了5 0 天。试验期间， 结焦抑制剂的使用对抑制余热锅炉黏结起到了较好 的效果，锅炉烟灰变得干燥、疏松，不易在锅炉膜式 壁黏结。但是，受四喷嘴反应状况不好、炉况不稳定 的限制，铜闪速炉烟尘率较高，结焦抑制剂的使用对 抑制喉口部结焦的效果并没有较好地体现出来。 2 ．2 ．2 第三阶段试验 第三阶段试验共进行了2 5 天，试验对结焦抑制 剂的喷吹点进行了研究。分别在铜闪速炉上升烟道 东西两侧第一和第二个人孑L 门开展了喷吹试验，通 过试验发现，第一个人孔门由于距离喉口部较近，抑 制剂不能全部作用于黏结物上，大部分药剂随着烟 气直接进入余热锅炉，导致试验效果不理想，喉口部 结焦的增长速度没有得到明显抑制。于是将喷吹点 移至离喉口部较远的第二个人孔门，喷吹点改变后， 抑制剂可较好地作用于喉口部处的黏结物上，对抑 制喉口部结焦起到了一定的效果，喉口部爆破周期 延长至2 5 天。 2 ．2 ．3 第四阶段试验 第四阶段试验共进行了2 5 天，试验主要对抑制 剂的喷吹频次和时问进行了研究。通过试验，抑制 剂的加入频次由每天6 次调整至1 2 次，加入时间由 每次6 0m i n 调整至3 0m i n 。通过调整，结焦抑制剂 的加入频次提高，结焦的抑制效果增强。 2 ．2 ．4 效果 通过4 个阶段的结焦抑制剂试验生产摸索，使 喉口部爆破周期由原来的每个月2 ～3 次延长至2 5 天1 次，且结焦变得疏松，易于清理，爆破难度降低； 锅炉烟灰性质变得干燥、疏松，锅炉黏结减轻。 2 ．3 上升烟道点油枪处理方案 通过对国内其它炼铜企业考察，分析认为导致 金川铜闪速炉喉口部结焦严重的主要原因是炉型不 同，由于金J I I 铜闪速炉带有贫化区，贫化区大量漏风 降低了上升烟道烟气的温度，从而使烟气中的熔融 小液滴进入上升烟道后在上升烟道两侧墙及喉口部 不断黏结，并且黏结得不到融化[ 3 ] 。为此，通过在上 升烟道增点氧油枪以提高上升烟道温度，抑制结焦 万方数据 5 0 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 5 年第9 期 的增长，同时利用油枪燃烧火焰对黏结物进行局部 过热，消除结焦，从而抑制喉口部结焦的增长。 上升烟道点油枪处理方案研究内容包括烧嘴结 构、油枪位置、油枪油量和角度，在实施过程中通过 不断优化调整，结焦抑制取得了很好的效果。 2 ．3 ．1 第一阶段 第一阶段试验时直接将油枪插人上升烟道两侧 人孔门中，由于油枪孑L 处漏风较大，点油枪不仅没有 起到抑制结焦的作用，反而加剧了上升烟道两侧墙 的黏结，爆破时上升烟道两侧墙黏结几乎联通，导致 爆破量增大，爆破难度增加。同时，由于油枪直接暴 露于高温烟气中，油枪头被频繁结死而烧损，油枪油 量达到1 0 0 ～1 5 0k g ／h ，但油枪燃烧效果不好，未真 正达到点油枪的效果。 2 ．3 ．2 第二阶段 通过对第一阶段试验的总结分析，研发了图1 所示的套管式油枪烧嘴，通过将油枪插入一套管中， 并向套管中通入二次风防止枪头结死，同时通入适 量氧气提高重油燃烧效果，将套管砌筑在人孑L 门中， 杜绝了油枪孔漏风。 图1 套管式油枪烧嘴结构示意图 F i g ．1 S k e t c hm a po fe x t e n s i o n - t y p eo i lb u r n e r 通过采取以上措施后，喉口部结焦抑制取得了 明显效果，爆破周期延长到了4 5 天，且油枪油量降 低到5 0 ～8 0k g ／h 。 但是，在爆破周期延长的同时又出现了新的问 题，由于该阶段试验油枪烧嘴安装在上升烟道东西 两侧第一个人孔门处，对抑制喉口部结焦起到了很 好的效果。然而，并没有对提高上升烟道温度起到 很大的作用，导致爆破周期延长后上升烟道点油枪 位置以前的部位黏结加剧，增大了爆破难度与爆破 量，延长了爆破作业时间，影响铜闪速炉作业率，同 时劳动强度较大。 2 ．3 ．3 第三阶段 通过对第二阶段点油枪试验取得的效果与不足 之处进行认真分析后，采取在上升烟道东西4 个人 孔门都安装富氧油枪烧嘴的措施，在提高上升烟道 温度的同时采用局部过热法对喉口部结焦进行控 制[ 4 ] 。措施实施后，不仅上升烟道变得通畅，而且喉 口部结焦也得到了有效控制。通过对喉口部结焦大 小与形态的观察，对第一个人孔门的两支油枪油量 进行动态调节，可使结焦向着锅炉方向生长，结焦生 长到一定程度后靠自身重力自动脱落掉入锅炉，使 喉口部结焦的增长处于受控状态。通过不断摸索与 优化，油枪油量也得到了进一步降低，第一个人孔门 的两支油枪油量控制在3 0 ～6 0k g ／h ，第二个人孔 门的两支油枪油量控制在3 0 ～4 0k g ／h 。图2 为铜 闪速炉运行3 3 天时的喉口部照片，可以看出，喉口 部只有东西两侧拐角略有黏结。 图2运行3 3 天时的喉口部照片 F i g ．2P h o t o g r a p ho ft h r o a td e p a r t m e n t a f t e rr u n n i n g3 3d a y s 2 ．3 ．4 后续改进完善 油枪数量增至4 支后，通过后续对油枪角度、数 量和油量的不断优化，喉口部结焦得到有效控制，实 现了零爆破的目标。但是，由于套管式油枪烧嘴结 构的限制，油枪套管不能牢固地砌筑在人孔门中，在 清理油枪过程中套管受到冲撞后开始松动，导致油 枪角度发生变化，结焦抑制效果降低，严重时油枪火 焰正对喉口部水套燃烧，对水套造成损害，烧嘴使用 寿命较低，需经常拆除人孔门砌砖更换油枪烧嘴，工 作量较大。为此，2 0 1 3 年1 0 月对套管式油枪烧嘴 结构进行了改进，在套管砌筑在人孔门中的部位焊 接一长方体外壳，内部填充捣打料，改进后的油枪烧 嘴结构如图3 所示。 改进后的油枪烧嘴可牢固地砌筑在人孔门中， 消除了因套管松动而频繁更换的情况，延长了烧嘴 的使用寿命。 2 0 1 4 年以来，原料中杂质元素含量日益升高， 进一步加剧了喉口部结焦。但是，通过密切关注结 焦生长情况，动态调整油枪数量和各支油枪的油量， 喉口部结焦完全处于受控状态，实现了非事故状态 下的零爆破目标，且通过及时处理结焦，避免了大块 万方数据 2 0 1 5 年第9 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 5 1 ／ }} } 矧 ／厅l{ l 引 图3改进后的套管式油枪烧嘴结构图 F i g ．3 S k e t c hm a po fe x t e n s i o n t y p eo i l b u r n e ra f t e ri m p r o v e m e n t 结焦落人锅炉砸伤炉管和刮板机的现象。目前，正 常生产过程中上升烟道点两支油枪，每支油枪油量 在4 0 ～6 0k g ／h 。 3效果 1 沉淀池鼓氧对提高上升烟道温度起到了重要 作用，使得上升烟道内的黏结得到有效抑制。 2 结焦抑制剂对抑制余热锅炉黏结起到了很好 的作用，但对抑制喉E l 部结焦效果不明显，且受制于 喷吹设备的限制，药剂喷吹效果不好，浪费较大，还 需频繁添加药剂和检查喷吹管路，防止管路堵塞，劳 动强度较大。 3 通过在上升烟道安装富氧油枪烧嘴，控制油 枪油量，使喉口部结焦完全处于受控状态，实现了零 爆破的目标。 4 存在的问题 通过采取在上升烟道点油枪的措施使喉口部结 焦得到了有效控制，但是，点油枪也还存在一定的不 足之处 1 油枪燃烧火焰对喉口部水套产生一定程度的 损害，水套经常处于挂渣偏薄甚至局部没有挂渣的 状态，影响炉体安全运行嘲。 2 尽管在研究过程中不断优化降低油枪油量， 但目前为抑制喉口部结焦每小时最低耗油量仍达到 1 2 0k g ，成本仍然较高。 5结语 通过对喉口部结焦控制的研究，得到了抑制结 焦的有效方式，通过合理安装油枪烧嘴和控制油枪 数量、油量，使喉口部结焦完全处于受控状态，实现 了喉口部零爆破的目标。但是，喉口部结焦是铜冶 炼企业面I 临的一个共同难题，还需各家企业共同研 究，寻求一种更安全、成本更低的结焦控制手段。下 一步，金川铜闪速炉计划开展上升烟道喷粉煤抑制 结焦技术研究，降低结焦抑制成本。 参考文献 [ 1 ] 昂正同．闪速炉处理高P b 、z n 、A s 精矿的探讨[ J ] ．有 色金属 冶炼部分 ，2 0 0 5 1 3 2 3 5 ． [ 2 ] 周湘晋．浅谈闪速炉处理高杂质精矿炼铜I - 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