铜合成炉蒸汽干燥工艺优化与生产实践.pdf

4 2 有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年2 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 1 ．0 2 ．0 1 1 铜合成炉蒸汽干燥工艺优化与生产实践 赵福生 金川集团公司冶炼厂，甘肃金昌7 3 7 1 0 4 摘要以蒸汽作为介质的干燥工艺是一种较先进的物料干燥方式，具有很多的优点。以金川集团公司铜 合成炉系统采用的国内首次自主研发的蒸汽干燥工艺为实例，简要地介绍了蒸汽干燥机在有色冶炼行 业的应用情况，对2 0 l O 年蒸汽干燥工艺的改造和生产实践进行了阐述。 关键词蒸汽干燥；铜合成炉；汽液平衡结构；优化 中图分类号T F 8 1 1文献标识码B 文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 1 0 2 一0 0 4 2 一0 4 S t e a mD r y i n gP r o c e s sO p t i m i z a t i o na n dP l a n tP r a c t i c ei n C o p p e rI n t e g r a t e dF u r n a c e Z H A OF u s h e n g S m e l t e ro fJ i n c h u a nG r o u pL t d ．，J i n c h a n gG a n s u7 3 7 1 0 4 ，C h i n a A b s t r a c t S t r e a md r y i n gi sa na d v a n c e dp r o c e s sw i t hm a n ya d v a n t a g e s ．T h ef i r s td o m e s t i cr e s e a r c h e da n d d e v e l o p e ds t e a md r y e ri nt h eC o p p e rI n t e g r a t e dF u r n a c ei nJ i n c h u a nG r o u pw a st a k e na st h ep r a c t i c a le x a m p l et oi n t r o d u c et h ea p p l y i n gs i t u a t i o ni nn o n - f e r r o u sm e t a l ss m e l t i n gi n d u s t r y ，a n dt h em o d i f i c a t i o na n d p l a n tp r a c t i c eo fs t e a md r y i n gp r o c e s si n2 0 1 0w e r ee x p o u n d e d ． K e y w o r d s S t e a md r y i n g ；C o p p e rI n t e g r a t e dF u r n a c e ；S t r u c t u r eo fv a p o r l i q u i de q u i l i b r i u m ；O p t i m i z i n g 铜精矿蒸汽干燥技术与传统干燥工艺最大的优 点是直接充分利用冶炼生产过程中产生的余热，不 需再消耗额外的燃料，从而大大降低了废气和烟尘 的排放量。随着蒸汽干燥技术的日益成熟以及考虑 到该工艺与其他干燥工艺相比有不可比拟的优点， 近年来采用蒸汽干燥工艺的铜冶炼厂不断增加。目 前在国内尚无专门设计、制造这类设备的厂家，国际 上只有几家大公司可以生产此类设备，但都存在着 干燥装置的价格较高、同时也有运输困难和技术壁 垒等问题。金川集团公司在铜合成炉建设项目的设 计中与天华化工机械及自动化研究设计院共同研制 开发出了一种适用于铜精矿深度干燥的大型蒸汽干 燥机，并且首次应用于工业生产中。经过两次大的 改造后，蒸汽干燥系统基本可以满足合成炉系统的 需要，2 0 1 0 年初，又对这套干燥系统的工艺进行了 作者简介赵福生 1 9 7 2 一 ，河南商丘人，工程师． 优化和改进，改造完成后，取得了非常好的效果。 1 蒸汽干燥工艺简介 金川集团公司铜合成炉熔炼系统中。铜精矿的 深度干燥采用蒸汽干燥工艺，具体流程方案为配料 后含水8 ％～1 0 ％的湿精矿通过精矿配料系统运送 到给料仓，由加料装置连续地加入到蒸汽干燥机内。 旋转的干燥机外筒带动内部的加热管件和精矿同时 一起转动，铜精矿在蒸汽排管的加热下完成干燥脱 水过程，使干精矿含水降至0 ．3 ％以下。并由埋刮 板运输机均匀给人仓式泵，将干燥后的精矿输送到 炉顶的干精矿仓。干燥过程产生的含尘烟气则经布 袋收尘器净化后排空。系统主要由加料装置、蒸汽 管回转干燥机、气力输送系统和尾气处理系统等组 成。图1 是改造前精矿干燥系统的流程图。 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年2 期 4 3 仓式泵 图l改造前精矿干燥系统流程图 F i g ．1 T h ef l o wc h a r to fc o n c e n t r a t ed r y i n gs y s t e mb e f o r er e c o n s t r u c t i o n 1 ．1 铜精矿蒸汽干燥机 铜精矿蒸汽干燥工艺的关键技术是蒸汽干燥机 的结构设计，我国自行开发、研制的第一台用于铜精 矿深度干燥的大型蒸汽干燥机主要由机体、进料装 置、进出料轴端密封、旋转接头、出料装置、传动系 统、润滑系统等部分组成。蒸汽干燥机的结构示意 图如图2 所示。 ．／，h _／r ， ．／I 一 ◆了 j[ ’； [3 ㈣8 币j [ [3 融 了瀹 i [ 一 [Ej 惴 产品“ ◆槲L [ ej f j[Ej 砩 } 螺旋J副 鸳 J J 茸气耐邗 帚I l 帚 r ㈣一 鼍 蒸汽管回转干燥机结构示意图 g ．2T es h e m a t i cd a g r a mos e a mp p et r n i n gd y e r 2 蒸汽干燥机的性能参数 集团公司蒸汽干燥机的性能参数规格 ．2m 1 7m Q 一1 3 5t h 干矿 简体内径4 ．2 简体转速0 ．7 1 ～2 ．3 6r m i n ；筒体倾斜度2 ％；工 力2 ．0M a ；工作温度2 1 4 ℃；主电动机 T Q 3 5 5 4 ，14 9r m i n ，2 8 0k ，3 8 0V 主减速 H A 9 1 2 1 P 4 R L l 0 0 ，速比1 1 0 1 ．6 ；外形尺寸 ．5 9 0m7 5 2 4m 8 ．3 9 6m 设备总重3 7 4t 干燥系统的工艺现状 干燥系统是2 0 0 5 年9 月与铜合成炉同时 的，在投产初期，该系统就接连暴露出了较多问 主要表现在干燥工艺流程不畅、系统设备故障率 产能无法保证铜合成炉系统连续高负荷生产的 ，这些问题制约了蒸汽干燥机的达产达标和以 全、长周期、稳定地运行。经过投产后2 次大的 ，蒸汽干燥系统的运行状况得到了很大的改善， 是2 0 0 7 年底进行的技术改造，改善了干燥机蒸 入和冷凝水排出的制约环节，蒸汽干燥机设备 状况稳定，产量可以维持在1 1 5 ～1 2 0t h ，基本 满足铜合成炉系统中负荷的生产。 1 0 年改造前精矿干燥系统还存在的问题 加热管腐蚀的环境仍然存在 干燥机的加热管由3 1 6 L 不锈钢管材组焊 万方数据 4 4 有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年2 期 而成，是蒸汽干燥机重要的部件，在生产过程中，加 热管受到了原料中的氯离子的应力腐蚀，在目前这 种设备和工艺条件下，造成加热管晶间腐蚀的条件 依然存在，虽然对加热管的材质进行了多次尝试，最 终更换为耐氯离子腐蚀能力更强的S U S 3 2 9 ] 4 L 双 相不锈钢，但是蒸汽干燥机加热管晶间腐蚀的问题 还没有从根本上解决。 2 汽液平衡结构不合理仍然是制约干燥机能 力的主要因素 汽液平衡结构是蒸汽干燥机的核心技术，经过 多次改造，虽取得了一定的效果，但干燥机汽液平衡 结构不合理的问题并未得到根本解决。同时，只有 汽液平衡结构更加合理，加热管内部的冷凝液顺利 排出才可以提高进料端加热管的温度，破坏加热管 氯离子腐蚀的基本条件，从根本上解决加热管腐蚀 的问题。 3 载气逆流的工艺控制复杂，环保问题突出 由于蒸汽干燥工艺是首次应用在有色冶炼行业 中，设计上采用了载气逆流的工艺，但应用在工业生 产中，暴露出了许多问题首先，系统工艺控制复杂， 造成了工艺参数的平衡点较窄，操作困难；其次，系 统的设备故障率较高，系统缓冲能力差；另外，由于 载气逆流，造成干燥系统局部位置为正压操作，常会 导致现场粉尘泄漏精矿，造成环境污染。 3蒸汽干燥工艺优化和改造方案 针对以上蒸汽干燥系统存在的问题，利用2 0 1 0 年初合成炉年修期间对蒸汽干燥工艺进行优化和干 燥机本体改造，改造的中心思路就是将蒸汽干燥机 的载气系统由逆流改为顺流和进一步改进汽液平衡 结构以提高加热管的寿命和提高蒸汽干燥机的产 能，所有改造工作都是围绕这一中心展开的。 3 ．1 蒸汽干燥机本体的改造 1 进料端改造 进料端改造的主要内容是将目前的螺旋喂料方 式改为皮带运输喂料，在进料端设计一条移动式皮 带运输机，为了方便检修和日常维护，将传动系统设 计在皮带运输机的尾部，为了防止下料口漏料，将蒸 汽干燥机下料口加长、直径变小，并在此处设计成内 螺旋料筒。 2 挡料环加高 为了增加蒸汽干燥机的产能，将干燥机内部的 挡料环加高，以提高干燥机的填充率。在2 0 0 7 年年 修对干燥机汽液平衡结构改造后，干燥机运行的电 流由原来的3 5 0 4 0 0A 下降为2 5 0 ～3 0 0A ，并且 电流波动值和传动系统的振动都比改造前小了很 多，这样都为提高蒸汽干燥机的填充率提供了可能 性。 3 出料端改造 为实现载气顺流的目的，在干燥机出料端设计 了一个截面积为1 9m 2 的沉尘室，同时考虑载气出 口气体流速等因素，对此处的结构做如下改造将蒸 汽干燥机回水中心体由干燥机内移出，原汽室结构 部分的空间做载气通道以降低此处的载气流速，保 证干燥后的物料在此处大量沉积后进入刮板运输 机，少量粉尘经过气流管进入布袋收尘器进行捕集。 保留目前使用效果良好的中心出料结构，仍然采用 内螺旋将蒸汽干燥机内部的物料顺利导出干燥机 外。 4 汽液平衡结构的改造 汽液平衡结构关系到蒸汽干燥机改造后的产 能。本次改造方案为 a 将原蒸汽干燥机汽室去 掉，在出料端筒体外部设外环管，外环管与各换热管 均连通； b 在出料端简体最内圈换热管和出料口 外圆之间设内环管，内环管与各换热管均连通； c 从3 个小汽室分别引出1 根进汽管和1 根排液管， 引至出料端外侧中心线处的大汽室上。大汽室出口 连接至原旋转接头的进口。这样改造的目的是为了 增大回水的角度，打乱原来回水的节拍。改造后，加 热管内部的冷凝水的回水角度扩大到3 6 0 。 ，汽包 的回水角度由改造前的6 8 。 提高到1 3 3 。 。 3 ．2 蒸汽干燥工艺配置的优化 载气顺流改造是将原有的工艺配置进行了优 化，废弃原有1 8m 平面的布袋收尘器，在蒸汽干燥 机出料端设计1 个沉尘室，在刮板运输机上部安装 1 台16 5 0m 2 的布袋收尘器，由沉尘室出口直接接 布袋收尘器入口。布袋收尘器收集下来的烟尘直接 经螺旋给料机进入刮板运输机。安装2 台N C D 2 ．0 仓式泵来增加系统缓冲能力。图3 为载气顺流改造 后的工艺流程图。 4蒸汽干燥工艺优化后的效果 通过2 0 1 0 年初对蒸汽干燥系统进行工艺优化 和设备改造后，效果非常明显。汽液平衡结构的改 造成功使蒸汽干燥机的加热能力由原设计的9 5 w ／ m 2 K 提高到1 0 6W ／ m 2 K ，吨精矿蒸汽 消耗量由改造前的2 0 8k g 降低到1 2 0k g 。蒸汽干 燥机的处理能力得到大幅度提高，目前在1 - o ～1 ．1 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年2 期 4 5 排空 ● ～吡划 图3 载气顺流改造后的工艺流程图 F i g ．3 T h ef l o wc h a r to fg a sc a r r i e r d o w n s t r e a mf l o wa f t e rr e c o n s t r u c t i o n M P a 的蒸汽压力下，整套系统可以稳定在1 6 0t ／h 。 汽液平衡结构的改造成功消除了蒸汽在于燥机 内部腔体流动的瓶颈，表现在进料端加热管的表面 温度由改造前的不到9 0 ℃提高到目前的1 3 0 ℃，回 水环管的温度由改造前的不到1 4 0 ℃降低到目前的 1 0 0 ℃，充分说明蒸汽的汽化潜热在干燥机加热管 内部得到了充分利用。加热管表面的温度在超过 1 0 0 ℃时，从根本上消除了加热管产生晶间腐蚀的 条件，可以大幅度的提高加热管的使用寿命和降低 加热管的选材标准。这一点从改造后对干燥机内部 检查加热管的状况也可以得到证明。 通过这次改造，提高了干燥机的填充率。根据 改造后的高负荷调试结果，正常运转时干燥机内的 物料由4 5t 提高到目前的6 0t 左右，但由于取消了 干燥机进出料端的两盘定位轴承，消除了约束干燥 机运转的限制点，干燥机的运转状况比改造前更加 平稳，干燥机的转速也相应提高到了1 ．5r ／r a i n ，主 电机电流稳定在2 4 0 ～2 8 0A 。 蒸汽干燥机载气系统由逆流改为顺流后，干燥 流程更简单、稳定，工艺控制更加快捷、有效。整个 蒸汽干燥系统实现负压操作，解决漏料、冒灰等环保 问题，现场环境得到了根本的改观。 总之，这次改造完成后，蒸汽干燥系统的产能、 现场环境、岗位工的劳动强度得到较大的改善，蒸汽 干燥机的工艺日臻成熟，将可以保证铜合成炉系统 的长时间、长周期的安全生产。精矿干燥系统将会 是一个完善、高效、环保的工艺系统，充分体现用蒸 汽作为精矿干燥的介质的先进性和优越性。 5蒸汽干燥系统改造后的生产实践 通过对精矿干燥系统进行一系列的技术改造 后，干燥系统达到了预期效果 1 精矿干燥系统的 生产能力稳定到1 6 0t ／h ； 2 精矿干燥系统的作业 率稳定到9 0 ％； 3 精矿实现干精矿输送的控制自 动化；表1 为精矿干燥系统改造前后的性能参数对 比。 表1 精矿干燥系统改造前后的性能参数对比 T a b l e1T h ep e r f o r m a n c ep a r a m e t e rc o n t r a s t o fc o n c e n t r a t ed r y i n gs y s t e mb e f o r ea n da f t e r r e c o n s t r u c t i o n 项目 改造前改造后 投料量／ t h 一1 1 0 01 6 0 干燥机变频调速／H z2 43 0 喂料机变频调速／H z 3 2 改为皮带进料 载气出口压力／P a 一1 0 0 ～一2 0 03 5 0 ～一5 0 0 载气流量／ m 3 h 一1 40 0 0 ～55 0 0 靠负压抽进，不计量 蒸汽压力／M V a1 ．41 ．6 蒸汽流量／ t h 一1 1 2 ～1 52 8 ～3 1 鼓风机变频调速／H z 4 0 取消 干精矿温度／℃ 1 1 0 1 1 0 布袋入u 温度／℃ 9 0 ～1 0 01 1 0 ～1 2 0 6结论 具有自主知识产权的蒸汽干燥系统的工艺优化 和设备本体改造的成功，为铜合成炉系统的高负荷 生产奠定了坚实的基础，也使现场的环境得到较大 的改善，使岗位工的劳动强度得到较大的减轻，充分 体现用蒸汽作为精矿干燥的介质的先进性和优越 性。 盟，。。。，。。n他 万方数据