【正文】 表 21 天然氣成分分析 組分 i 4CH 42HC CO 2H 2CO 2N 2O iφ 其中環(huán)境溫度 45℃，水分忽略不計(jì)。其換熱單元采用模塊化組合，可以根 據(jù)需要增減換熱單元。其核心設(shè)備為可拆卸熱管式換熱器。固定床型蓄熱式換熱器如圖 13 所示。HTAC 技術(shù)針對燃料種類或熱 值的不同，有單蓄熱與雙蓄熱之分。與傳統(tǒng)燃燒方式相比，其優(yōu)勢表現(xiàn)在下面幾個(gè)方面：①爐溫更加均勻；②燃料選擇范圍更大；③大幅度節(jié)能；④xNO 生成量更低；⑤金屬氧化燒損低； ⑥適應(yīng)范圍廣，可保留原爐基礎(chǔ)及鋼結(jié)構(gòu)不動(dòng)，施工簡單，技術(shù)先進(jìn)成熟；⑦項(xiàng)目投資不大，節(jié)能效益顯著，投資回收期短。同時(shí)，在高溫區(qū)內(nèi)，氮?dú)鈪⑴c燃燒反應(yīng)，導(dǎo)致煙氣中 xNO 含量高，造成大氣污染。蓄熱體通常采用直徑 12～ 15mm 的 32OAl 質(zhì)陶瓷球或壁厚 1mm 以下的陶瓷蜂窩體。在蓄熱式加熱爐中，換向閥起到了至關(guān)重要的作用。在加熱爐中，蓄熱室總是成對使用，一臺(tái)爐子可以用一對，也可以用幾對，甚至幾十對。 ⒈ 板 式 換 熱 器 板 片 和板式換熱器密封墊片 ⒉ 固定壓緊板 ⒊ 活動(dòng)壓緊板 ⒋ 夾緊螺栓 ⒌ 上導(dǎo)桿 ⒍ 下導(dǎo)桿 ⒎ 后立柱 蓄熱式加熱爐實(shí)質(zhì)上是高效蓄熱式換熱器與常規(guī)加熱爐的結(jié)合體，主要由加 熱爐爐體、 蓄熱室、換向系統(tǒng)以及燃料、供風(fēng)和排煙系統(tǒng)構(gòu)成。透氣 磚 如 圖 15所示 煙氣余熱回收技術(shù) 換熱器主要分為四種：管殼式、板式、熱管以及蓄熱式。按透氣磚氣體通道形式主要有三種類型，即彌散型、直通定向型、狹縫定向型。 透氣磚充氣攪拌技術(shù) 陽極爐作業(yè)時(shí)，由于混合氣是從爐側(cè)部吹入，熔體的攪拌性受到限制，冶煉反應(yīng)效率不高。充分運(yùn)用高溫熔體多相反應(yīng)熱力學(xué)動(dòng)力學(xué)原理和氣泡形成長大析出技術(shù)，直接通入混合氣（ N2+LPG）使熔體形成沸騰狀態(tài)，促進(jìn) [S]、 [O]以及 LPG 之間更有效反應(yīng)，同時(shí)達(dá)到脫硫除氧雙重目的。這種 “JL”型燒嘴是雙燃料燒嘴，既可以燃燒天然 氣，也能燃燒重油，只需要更換燒嘴組件即可，對加熱工藝和爐體耐火材料無不良影響。氧 氣的高速射流，卷吸帶動(dòng)爐氣以實(shí)現(xiàn)爐氣在爐子內(nèi)部循環(huán)，氧氣和燃料由不同噴嘴射入爐內(nèi)，高速氧氣燃料射流使氧氣和燃料在反應(yīng)前和爐內(nèi)氣體發(fā)生卷吸作用而被稀釋，形成漫射的、火焰溫度一致的一種非常均勻的加熱體系，然后再彼此混合燃燒。 稀氧燃燒技術(shù)是利用爐內(nèi)煙氣循環(huán)而降低火焰峰值溫度并進(jìn)而降低 NOx 排放。 陽極爐稀氧燃燒技術(shù) 氧氣取代助燃風(fēng)燃燒，其主要目的是減少大量含氮煙氣排放，從而減少大量熱損失。過熱器中降低溫度但溫度依舊較高的煙氣被送入汽包供蒸發(fā)器使用，煙氣熱量可以通過蒸發(fā)器傳熱層傳到蒸發(fā)器表面蒸發(fā)新燃料中的水分。 煙氣余熱發(fā)電的一般流程如圖： 高溫?zé)煔鈴睦鋮s槽上層分離出來 首先進(jìn)入集塵器除塵，除塵后導(dǎo)入過熱器。 煙氣 余熱發(fā)電的重要設(shè)備是 煙氣 余熱鍋爐。 煙氣余熱發(fā)電技術(shù) 煙氣余熱發(fā)電技術(shù)就是 利用生產(chǎn)過程中 煙氣中 的熱能轉(zhuǎn)換為 電能 的技術(shù)。 回轉(zhuǎn)式精煉爐的主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、爐容量大，機(jī)械化自動(dòng)化程度高、可控性強(qiáng)、密封性好以及能耗比較低；其缺點(diǎn)是投資高、冷料低（一般不超過 15%）、 澆鑄初期銅液落差大、精煉渣含銅比較高?；剞D(zhuǎn)式精煉爐主要用于液態(tài)粗銅的精煉。電解產(chǎn)出含銅 ％以上的電銅，而金、銀、硒、碲等富集在陽極泥中，因此回轉(zhuǎn)式精煉爐又稱陽極爐。精煉后的火精銅一般含銅 ％以上可鑄成電解精煉所用的銅陽極或銅錠，精煉爐渣含銅較高，可返回轉(zhuǎn)爐處理。 CO還原的平衡常數(shù)可寫為： ]OCu/[]uC[KP/P 22COCO 2 = 1100℃下的理論計(jì)算值如表 12所示，從中可以發(fā)現(xiàn) OCu2 也是很容易被 CO還原的。 重油的主要成分是各種碳?xì)浠衔?，高溫下分解為氫和碳，而碳燃燒后成為CO，所以重油還原實(shí)際上是 2H 和 CO 對 OCu2 的還原： OCu2 + 2H =2Cu + OH2 OCu2 +CO =2Cu + 2CO 氫還原溫度始于 248℃，在精煉溫度下進(jìn)行得非常激烈。 還原過程 銅火法精煉的還原在我國較多采用重油作還原劑，如江西銅業(yè)公司、金隆銅業(yè)公司等，也有采用天然 氣、氨、液化天然石油氣、丙烷以及插木法進(jìn)行還原的嘲。 3 另外， OCu2 氧化過程還與爐氣分壓、雜質(zhì)及其氧化物的揮發(fā)性、比重、造渣性能及熔池?cái)噭?dòng)情況等因素有關(guān)。 表 11 銅液中 OCu2 的溶解度表 溫 度 /℃ 1100 1150 1200 1250 溶解度 /％ 5 銅液中 OCu2 的溶解度如表 11所示，銅中殘留雜質(zhì)的濃度還與渣中該雜質(zhì)氧化物活度成正比。 agK/aN ?= 由此可見，銅中殘留雜質(zhì)的濃度與銅液中 OCu2 的活度、該雜質(zhì)的活度系數(shù)以及平衡常數(shù)成反比，這就要求 OCu2 在銅中始終保持飽和狀態(tài)和大的 K 值。39。39。 aa/aK ?= 因?yàn)?M()M()M( 39。由于銅液中銅的濃度很大，可以認(rèn)為 [Cu]a =1，則上式平衡常數(shù)為： )M()OCu()OM( 39。 ) 式中 39。根掘質(zhì)量作用定理，銅將被優(yōu)先氧化： 4 [Cu ]+ 2O =2[ OCu2 ] 生成的 OCu2 立即溶于銅液中，在與雜質(zhì)接觸的情況下又將雜質(zhì)氧化： [ OCu2 ]+[ 39。 氧化過程 氧化精煉的基本原理是銅中多數(shù)雜質(zhì)對氧的親和力都大于銅對氧的親合力，而且雜質(zhì)氧化物在銅液中的溶解度很小。雜質(zhì)除去的程度主要取決于氧化過程，而銅中氧的排除程度則決定于還原過程。爐體傾轉(zhuǎn)具有快速、慢速及事故轉(zhuǎn)速等不同轉(zhuǎn)速 , 可根據(jù)操作要求的不同進(jìn)行選擇。放銅時(shí) , 爐體 圖 11 廢紫雜銅精煉爐 2 隨著銅水液面的改變而不斷改變爐體的傾轉(zhuǎn)角度 , 產(chǎn)出的陽極銅銅水經(jīng)爐體上設(shè)置的出銅口流出。造渣時(shí) , 爐蓋開啟，驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)爐體傾轉(zhuǎn) , 銅渣經(jīng)過爐口溢出。廢紫雜銅精煉爐如圖 11所示。銅的消費(fèi)水平，在一定程度上反映了一個(gè)國家的發(fā)展程度，理論上可以通過對銅的消費(fèi)量做定性分析，來把握經(jīng)濟(jì)的走勢。衡量一個(gè)國家的 經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r，國內(nèi)生產(chǎn)總值 GDP 是一個(gè)重要指標(biāo)。銅在電氣、電子工業(yè)中應(yīng)用最廣、用量最大，占總消費(fèi)量一半以上，用于各種電纜和導(dǎo)線，電機(jī)和變壓器的繞阻，開關(guān)以及印刷線路板等；在機(jī)械和運(yùn)輸車輛制造中，用于制造工業(yè)閥門和配件、儀表、滑動(dòng)軸承、模具、熱交換器和泵等；在化學(xué)工業(yè)中廣泛應(yīng)用于制造真空器、蒸餾鍋、釀造鍋等；在國防工業(yè)中用以制造子彈、炮彈、槍炮零件等，每生產(chǎn) 100萬發(fā)子彈，需用銅 1314 噸。它具有許多優(yōu)異的特性和奇妙的功能，不但為人類社會(huì)的進(jìn)步作出了不可磨滅的貢獻(xiàn)；而且隨著人類文明的發(fā)展不斷開發(fā)出新的用途 ]1[ 。綜上所述 ,回轉(zhuǎn)式精煉爐對的爐體設(shè)備的變革 , 實(shí)際是對整個(gè)銅火法精煉工序工藝操作的革新?；剞D(zhuǎn)式精煉爐可轉(zhuǎn)動(dòng) , 停在加料位置對熔融銅液可直接從爐口用包子加入 , 取消加料流槽 , 簡化了進(jìn)料作業(yè)，采用噴咀氧化還原 ,取消了黑鐵管的彎管、包泥、干燥、堆存。氧化、還原是由人工持管作業(yè) ,精煉渣由人工扒除。為改變我國煉銅工業(yè)面貌 ,我國引進(jìn)了回轉(zhuǎn)式陽極精煉爐技術(shù)。隨著社會(huì)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，銅的應(yīng)用水平已成為一項(xiàng)新的經(jīng)濟(jì)衡量指標(biāo)，煉銅業(yè)的發(fā)展也必將有著十分廣闊的前景。中國精銅需求維持著穩(wěn)定的增長勢頭，2020 年中國全年銅消費(fèi)量近 896 萬噸，同比上漲幅度超過 %。 中國銅總的消費(fèi)量位居世界第一，但是國內(nèi)銅礦資源緊缺。 課程設(shè)計(jì)說明書 課 題 400噸 /爐天然氣銅精煉回轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)設(shè)計(jì) 前言 銅作為日常生活中重要的生產(chǎn)生活資料，與人類的生活息息相關(guān)。它不僅影響著人類文明的發(fā)展，也影響著世界的發(fā)展格局。我國長期以來缺銅，國內(nèi)生產(chǎn)滿足不了需求的快速增長。若回顧歷史，中國的精銅需求由 2020 年以來平均增長速度達(dá)到 13%（全球精通需求增長率約為 3%），這 帶動(dòng)了中國的年度需求總量由 2020 年的 188 萬噸大幅上漲至 2020年的 896 萬噸（取自安泰科統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)），拉動(dòng)中國銅消費(fèi)占世界消費(fèi)比例由 12%升至 48%。 1985 年前國內(nèi)粗銅火法精煉均采用固定式反射爐 , 不適合液態(tài)粗銅的精煉。 國內(nèi)銅火法精煉過去采用固定反射爐 , 爐料從側(cè)面加料門加入 , 冷料通過加料機(jī)加料 , 而熔融銅則需用移動(dòng)的流槽加入 ,操作繁 瑣。出銅人工燒眼、堵眼 ,勞動(dòng)強(qiáng)度大 , 也不安全。氧化還原時(shí)爐體轉(zhuǎn)動(dòng) , 噴咀轉(zhuǎn)到銅液下 , 避免了反射爐人工抬管、插管；爐口轉(zhuǎn)到渣面下即可倒渣 , 避免了反射爐人工扒渣；將銅眼轉(zhuǎn)到液下即可往外放銅 , 避免了反射爐人工燒孔出銅。 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 課程 設(shè)計(jì)題目： 400 噸 /爐年天然氣銅精煉回轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)設(shè)計(jì) 課程 設(shè)計(jì)起止時(shí)間： 指導(dǎo)教師： 學(xué)生姓名： 課程 設(shè)計(jì)要求： 1. 設(shè)計(jì)參數(shù) 設(shè)計(jì)產(chǎn)能： 400 噸粗銅 /爐，粗銅品位 90%，含 SiO2 10% 設(shè)計(jì)燃料：天然氣（ 4CH ： ％、 42HC ： ％、 CO ： ％、 2H ：％、 2CO ： ％、 2N ： ％、 2O ： ％） 設(shè)計(jì)排煙溫度：≤ 200℃ 2. 設(shè)計(jì)內(nèi)容 設(shè)計(jì)說明書： ① 設(shè)計(jì)方案：回轉(zhuǎn)式銅精煉原理→煙氣余熱回收方法→銅精煉節(jié)能減排新技術(shù) ② 設(shè)計(jì)已知條件 ③ 精煉爐設(shè)計(jì)計(jì)算：冶金造渣計(jì)算、燃燒計(jì)算、熱平衡表、精煉爐主要尺寸計(jì)算、單位產(chǎn)品能源消耗指標(biāo) ④ 精煉爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：筒體、滾圈、水冷爐口、托輪、搖臂支承架、托輪軸承、耐火保溫層 ⑤ 精 煉爐筑爐：磚砌體估算，筑爐技術(shù)要求 ⑥ 精煉爐烘爐熱工制度：烘爐操作要求，烘爐爐溫曲線 ⑦ 煙氣余熱回收：空氣 煙氣對流換熱系數(shù)→熱平衡→傳熱面積→換熱器結(jié)構(gòu)尺寸 ⑧ 設(shè)計(jì)匯總 3. 設(shè)計(jì)圖紙 回轉(zhuǎn)式銅精煉爐磚砌體總圖、煙氣余熱回收器結(jié)構(gòu)總圖 4. 設(shè)計(jì)進(jìn)度 第一階段 調(diào)研收集資料 第二階段 設(shè)計(jì)計(jì)算 第三階段 數(shù)據(jù)整理與結(jié)果分析，繪制工程圖紙 第四階段 設(shè)計(jì)說明書第一稿 第五階段 設(shè)計(jì)說明書第二稿 第六階段 答辯準(zhǔn)備、答辯、答辯成績評定 I 目 錄 .................................................... 1 ........................................................................................... 1 .............................................................................................. 1 .............................................................................................. 2 .................................................................................................. 2 .................................................................................................. 3 ............................................................................................................ 4 ....................................................................................... 4 煙氣余熱發(fā)電技術(shù) ................................................................................... 4 陽極爐稀氧燃燒技術(shù) ............................................................................... 5 粗銅無氧化摻氮還原火法 ........................................................................ 5 透氣磚充氣攪拌技術(shù) ............................................................................... 5 .................................................................................... 6 ...................................................