唐光其，張博，倪恒發(fā)

（河南豫光鋅業(yè)有限公司，河南濟(jì)源454650）

提高焙燒爐產(chǎn)能的生產(chǎn)實(shí)踐

唐光其，張博，倪恒發(fā)

（河南豫光鋅業(yè)有限公司，河南濟(jì)源454650）

通過(guò)設(shè)備挖潛、調(diào)整原料組成以及優(yōu)化工藝參數(shù)等措施，焙燒爐的產(chǎn)能得以提高，床能率由設(shè)計(jì)的5.51 t/（m2·d）提高至7.51t/（m2·d）。

沸騰焙燒爐；床能率；鼓風(fēng)量；配料；富氧鼓風(fēng)

0 前言

河南豫光鋅業(yè)有限公司一期10萬(wàn)t電鋅工程2005年3月建成投產(chǎn)，二期10萬(wàn)t電鋅工程2008年9月建成投產(chǎn)，兩項(xiàng)工程均采用常規(guī)濕法煉鋅工藝，火法系統(tǒng)采用109m2魯奇式焙燒爐生產(chǎn)焙砂。該沸騰焙燒爐采用流態(tài)化焙燒技術(shù)，具有傳熱傳質(zhì)速度快、爐內(nèi)溫度均勻、產(chǎn)品質(zhì)量好、生產(chǎn)效率高、便于實(shí)現(xiàn)連續(xù)化和自動(dòng)化操作等特點(diǎn)。工廠經(jīng)過(guò)多年的技術(shù)創(chuàng)新和設(shè)備改造，焙燒爐床能率由設(shè)計(jì)的5.51 t/（m2·d）提高到7.51 t/（m2·d），提高了焙砂的產(chǎn)量。

1 沸騰焙燒爐的基本概況

精礦焙燒的目的是產(chǎn)出合格的焙砂送浸出處理，同時(shí)產(chǎn)出具有一定濃度的二氧化硫煙氣制取硫酸。公司流態(tài)化焙燒爐原設(shè)計(jì)的工藝參數(shù)為：鼓風(fēng)量48 000m3/h，焙燒溫度890±20℃，配備1臺(tái)蒸發(fā)量31 t/h余熱鍋爐和6組冷卻面積為40.2m2的冷卻盤(pán)管。所處理的鋅精礦的主要成分為(%)：Zn＞47、S28～31、Fe≤12、SiO2≤5、Pb≤1.5、H2O 8～10，產(chǎn)物焙砂可溶鋅率大于91%，脫硫率93.15%。

2 提高焙燒爐產(chǎn)能的實(shí)踐

在5年來(lái)的生產(chǎn)實(shí)踐中，工廠通過(guò)優(yōu)化焙燒爐操作工藝參數(shù)，調(diào)整入爐含鋅物料的組成，增加焙燒爐的冷卻面積，以及啟用噴淋裝置，配加熔鑄浮渣或鋅焙砂等措施,使焙燒爐床能率由設(shè)計(jì)的5.51 t/（m2·d）提高到了7.51 t/（m2·d），產(chǎn)能有了較大幅度的提高。

2.1 優(yōu)化工藝參數(shù)

2.1.1 提高焙燒爐鼓風(fēng)量

焙燒爐原設(shè)計(jì)鼓風(fēng)量為48 000 m3/h，床能率5.51 t/（m2·d），風(fēng)料比1 920m3/t（干基）。經(jīng)過(guò)實(shí)踐摸索以及借鑒同行業(yè)的經(jīng)驗(yàn)，焙燒爐的鼓風(fēng)量逐步提高至55 000m3/h，余熱鍋爐蒸發(fā)量為28 t/h，床能率提高至6.31 t/（m2·d）。通過(guò)提高鼓風(fēng)量提高焙燒爐產(chǎn)能的效果明顯。

2.1.2 提高焙燒爐沸騰層溫度

原焙燒爐焙燒溫度設(shè)計(jì)為890±20℃，實(shí)踐表明，適當(dāng)提高投料量，將焙燒爐沸騰層溫度控制在920±20℃，可控制焙砂可溶鋅率大于91%，余熱鍋爐的蒸發(fā)量小于30 t/h，而繼續(xù)提高焙燒溫度，焙砂可溶鋅率迅速下降。為保證焙砂質(zhì)量和提高焙砂產(chǎn)量，沸騰層溫度由890℃提高到920℃，床能率提高0.13 t/（m2·d），達(dá)到6.44 t/（m2·d）。

2.2 調(diào)整入爐物料的組成

2.2.1 焙燒過(guò)程中鋅精礦主要組分的行為

（1）硫化鋅。硫化鋅在焙燒過(guò)程中發(fā)生以下反應(yīng)：

反應(yīng)（1）是沸騰焙燒的主要反應(yīng)，焙燒最終產(chǎn)物的比例取決于焙燒的溫度、氧分壓和SO2分壓，其中焙燒溫度易于控制。為了滿足浸出的要求，采取部分硫酸化焙燒，控制焙燒溫度在920℃左右，使大部分ZnS氧化為ZnO，同時(shí)控制焙燒產(chǎn)物中有部分ZnO·2ZnSO4，以補(bǔ)償浸出和電解過(guò)程中SO2-4的損失。

（2）硫化鐵。高溫下硫化鐵氧化主要生成Fe2O3，并與呈兩性的ZnO結(jié)合生成鐵酸鋅。硫化鐵在焙燒中還可生成高鐵硫酸鹽，其也能與ZnO結(jié)合：鋅濕法冶金過(guò)程中，鐵酸鋅的存在會(huì)降低鋅的浸出率，通常通過(guò)控制鋅精礦中的鐵含量和降低焙燒溫度來(lái)控制鐵酸鋅的生成量。

（3）二氧化硅。硫化鋅精礦中含有2%～8%的SiO2，其以石英礦物晶體形式存在。焙燒過(guò)程中SiO2可與金屬氧化物反應(yīng)生成硅酸鹽。這些硅酸鹽在浸出過(guò)程中溶于稀酸，不利于浸出礦漿的進(jìn)一步處理。因此焙燒時(shí)，要求鋅精礦中的SiO2含量嚴(yán)格控制在5%以下。

（4）硫化鉛。在焙燒溫度下，硫化鉛焙燒的產(chǎn)物主要為PbO。精礦含鉛過(guò)高時(shí)，大量的PbO與SiO2等生成低熔點(diǎn)的化合物，其中硅酸鉛的熔點(diǎn)僅為743℃，這些化合物熔化后成為一種粘結(jié)劑，將焙砂顆粒粘在一起，造成燒結(jié)事故。

在鋅精礦焙燒的特定溫度和酸性爐氣下，PbO、ZnO與硅的氧化物結(jié)合生成PbO·SiO2和ZnO·SiO2，兩者均在冷卻盤(pán)管上形成致密物質(zhì)，降低冷卻盤(pán)管的換熱效果，從而降低焙燒爐的產(chǎn)能。

生產(chǎn)實(shí)踐表明：應(yīng)控制進(jìn)入焙燒爐的鋅精礦含Pb小于1.5%，SiO2小于5%。

2.2.2 物料組成對(duì)焙燒爐產(chǎn)能的影響

在鋅精礦的流態(tài)化焙燒過(guò)程中，組成不同的鋅精礦反應(yīng)釋放的熱量不同。質(zhì)量相同的情況下，硫化鋅釋放的熱量比硫化鐵小[1]，在硫化鋅精礦焙燒過(guò)程中，為保持焙燒爐熱量平衡，低鐵高鋅物料的投料量比高鐵低鋅物料的大。實(shí)踐表明：鋅精礦中Fe含量越高，焙砂的可溶鋅率越低。因此選取低鐵高鋅物料焙燒不僅對(duì)浸出有利，而且對(duì)提高焙燒爐產(chǎn)能有利。

鋅精礦中的主要元素呈下列形態(tài)存在：ZnS、CdS、PbS、CuFeS2、Fe7S8、FeS2，其中鋅和鐵的硫化物占到90%以上，鋅精礦在焙燒爐內(nèi)反應(yīng)產(chǎn)生的熱量95%以上由ZnS和FeS與氧反應(yīng)提供。

下面是工廠實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中兩種不同組成的典型的混合鋅精礦，兩種精礦的組成分別為（%）：（1）Zn 47、Pb 1.5、Fe 12、SiO22.5、S 32；（2）Zn 51、Pb 1.5、Fe 8、SiO22.5、S 29。

100 kg組成為（1）的鋅精礦中（干基），ZnS與氧反應(yīng)產(chǎn)生的熱量為327 463 kJ,鐵的硫化物與氧反應(yīng)產(chǎn)生的熱量為142 462 kJ,兩者之和為469 925 kJ。

100 kg組成為（2）的鋅精礦中（干基），ZnS與氧反應(yīng)產(chǎn)生的熱量為355 332 kJ，鐵的硫化物與氧反應(yīng)提供的熱量為94 975 kJ，兩者之和450 307 kJ。

100 kg上述兩種不同組成的鋅精礦與氧反應(yīng)產(chǎn)生的熱量相差19 618 kJ。

若焙燒爐配料用的鋅精礦組成為（2），則焙燒爐的床能率v可增加：

v＝6.44×Q差/q余

式中：Q差——兩種不同組成的鋅精礦與氧反應(yīng)產(chǎn)生的熱量差，19618 kJ；

q余——每噸組成為（2）的鋅精礦反應(yīng)所放出的熱；計(jì)算得4 736 240 kJ/t。則：

v=6.44×19 618×10/4 736 240=0.27 t/（m2·d）

理論分析及生產(chǎn)實(shí)踐表明，選取高鋅、低鐵、低鉛、低硅的鋅精礦對(duì)提高焙燒爐的產(chǎn)能有利，且焙燒爐床能率可達(dá)到6.44+0.27=6.71 t/（m2·d）。

因此工廠實(shí)際生產(chǎn)中，將鋅精礦組成由成分（1）調(diào)整為成分（2），焙燒爐床能率提高0.27 t/（m2·d）。

2.3 改進(jìn)設(shè)備

2.3.1 增加焙燒爐降溫設(shè)施的換熱面積

流態(tài)化焙燒爐原設(shè)計(jì)6組冷卻盤(pán)管與余熱鍋爐連接，其有效冷卻面積為40.2m2，繼續(xù)增加冷卻面積將使余熱鍋爐超負(fù)荷。2007年5月企業(yè)自行設(shè)計(jì)、制作、安裝了一組冷卻面積約為6m2的低壓冷卻盤(pán)管，采用軟水獨(dú)立循環(huán)冷卻，降溫效果明顯。

以上計(jì)算可知，增加小盤(pán)管后每小時(shí)可提高投料量0.84 t。表1為冷卻盤(pán)管安裝前后的實(shí)際生產(chǎn)情況。

表1 冷卻盤(pán)管安裝前后的投料量（干基）t/h

由表1中的數(shù)據(jù)可以看出，焙燒爐冷卻系統(tǒng)的配置優(yōu)化后，焙燒爐投料量提高了0.86 t/h,焙燒爐床能率增加0.86×24/109=0.19t/（m2·d），與理論計(jì)算基本一致。

2.3.2 增加精礦含水及向爐內(nèi)噴水降溫

當(dāng)鋅精礦含水增加2%,即由8%提高至10%，原料中增加的水分每小時(shí)吸收的熱量Q吸為（溫度由30℃升至920℃，水的汽化熱2 407 kJ/kg）：

生產(chǎn)實(shí)踐表明，當(dāng)鋅精礦含水超過(guò)10%時(shí)，焙燒爐上料時(shí)不僅容易造成精礦倉(cāng)棚料、斷料，難以處理，而且出現(xiàn)拋料機(jī)皮帶跑偏，皮帶壓死等故障，甚至導(dǎo)致焙燒爐停爐事故，嚴(yán)重影響焙燒爐運(yùn)行的穩(wěn)定性。因此工廠將鋅精礦含水由8%調(diào)整到上限10%。

另外，使用噴水槍向爐內(nèi)噴水，帶走焙燒爐的部分熱量。壓縮空氣可將水霧化均勻，不但噴水量調(diào)節(jié)方便，而且可以有效提高焙燒爐產(chǎn)能，根據(jù)計(jì)算可知：每噴淋1m3水，床能率實(shí)際可增加0.26t/（m2·d）。工廠的生產(chǎn)實(shí)踐表明：每小時(shí)噴水分別為0.5、1.0、1.5、2.0 t時(shí)，投料量可分別增加0.6、1.2、1.8、2.4 t，噴水量在0.5～2 t/h，對(duì)提高焙燒爐產(chǎn)能有利，繼續(xù)提高噴水量將影響焙燒爐及后序制酸系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，煙氣水分升高，潛熱增加，制酸凈化工序稀酸溫度升高，腐蝕加劇。

2.4 其它措施

2.4.1 入爐鋅精礦中配入熔鑄浮渣或焙砂等物料

熔鑄浮渣或焙砂等物料投入焙燒爐后不僅不產(chǎn)生熱量，而且還吸收大量的熱。為了維持焙燒爐內(nèi)的熱平衡，相應(yīng)地可多投入鋅精礦以補(bǔ)充熱量。經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，每天投入10 t熔鑄浮渣或焙砂等，可使焙燒爐的床能率提高0.14 t/（m2·d）。

2.4.2 采用富氧焙燒

富氧鼓風(fēng)是強(qiáng)化沸騰焙燒的重要措施之一。采用富氧鼓風(fēng)焙燒是提高騰焙燒爐生產(chǎn)能力一個(gè)的新技術(shù)思路，公司鉛冶煉系統(tǒng)已有6年富氧生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)，因此計(jì)劃三期電解鋅工程擴(kuò)建氧氣站后試驗(yàn)富氧焙燒。

3 實(shí)施效果

通過(guò)采取設(shè)備挖潛、調(diào)整原料組成以及優(yōu)化工藝參數(shù)等措施，焙燒爐的床能率由設(shè)計(jì)值5.51 t/（m2·d）提高到了7.51 t/（m2·d），每天可多處理鋅精礦218 t，電解鋅的產(chǎn)能由設(shè)計(jì)的10萬(wàn)t提高到了目前的12.3萬(wàn)t，為企業(yè)創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。幾種提高焙燒爐產(chǎn)能的措施可根據(jù)浸出工序焙砂使用量適時(shí)采用。各種措施使焙燒爐床能率的增加值見(jiàn)表2。

表2 各種措施使焙燒爐床能率的增加值t/（m2·d）

4 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)近5年的生產(chǎn)實(shí)踐，工廠在提高焙燒爐產(chǎn)能方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，取得了顯著的成效，焙砂產(chǎn)能由設(shè)計(jì)的17.25萬(wàn)t/a提高至2009年的20.56萬(wàn)t/a，硫酸產(chǎn)能設(shè)計(jì)為16萬(wàn)t/a，2009年提高至20.06萬(wàn)t/a，電解鋅產(chǎn)能設(shè)計(jì)為10萬(wàn)t/a，2009年提高到12.3萬(wàn)t。焙砂的加工成本2006年為120.86元/t，2009年降低至96.75元/t，每噸焙砂的綜合能耗由2006年的19.5 kg標(biāo)煤降至2009年的17.5 kg標(biāo)煤，硫酸的加工成本由2006年的130.56元/t降至2009年的112.72元/t，每噸硫酸的綜合能耗由2006年的18.65 kg標(biāo)煤降至2009年的16.75 kg標(biāo)煤。

隨著焙燒系統(tǒng)產(chǎn)能的提高，煙氣中二氧化硫濃度由設(shè)計(jì)的7.5%提高至8.5%，在環(huán)保要求日益嚴(yán)格的今天，如何提高二氧化硫的轉(zhuǎn)化率以及尾氣脫硫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)將成為工廠亟待解決的課題。

[1]北京有色冶金設(shè)計(jì)研究總院等.重有色金屬冶煉設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1996.

Practice of im p roving capacity of roaster

TANG Guang-qi，ZHANG Bo,NIHeng-fa

The capacity of roaster was improved by themeasures of equipment expansion,adjusting composition of rawmaterial,optimizing parameter and so on,and the fluidized-bed efficiency of roaster increased from primarily designed 5.51t/(m2·d)to 7.51t/(m2·d).

fluidized bed roaster;fluidized-bed efficiency;blast volume;blending;oxygen-enriched blast

TF813.032.67

B

1672-6103（2010）05-0028-04

唐光其（1975—），男，四川省什邡市人，助理工程師，學(xué)士學(xué)位，從事鉛鋅冶煉生產(chǎn)、工藝技術(shù)及管理工作。

2009-08-15

2010-05-17