再生铜反射炉的用能分析与节能措施

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1、|维普资讯 治金能源ENERGY FOR METALLURGICAL INDUSTRY39Vol. 27 No. 5Sept. 2008再生铜反射炉的用能分析与节能措施湖南省科技厅料蛊攻关重大专顶口0065KI002） 收稿期 r2008 - 05 - 30 李 刚（旳竝- 人硕士主;4100閱 制南省长杪市李冈卩周萍闰红杰I凌昌伟r thrmiul cfTicieiicy and themial lass of rcvrtlxrrdiory fiiniact： am aiiLtlyFed by lest in百 and calcLilatkn thermal balance. Hie mia

2、jo:r econcwniic teclnidogical indexes 盘口亡h as hedl inconie und Itet oulpul are given, llw? problems enisled in techrirology process are aiho analysed. Finally p put fbe ward the measures of energy 躍討 fig point otit llie potenthil and di reel ion of energy - saving.Keywords reverberatoiy fiimace tlte

3、mul Wance test energy - savicag|维普资讯 治金能源ENERGY FOR METALLURGICAL INDUSTRY39Vol. 27 No. 5Sept. 2008铜是-种工业和生活中不可或缺的贵金属。 冃前我国的铜资源匮乏，而国际上矿石价格大幅 上涨，给我国铜业及相关行业造成很大的经济压 力。另-方面，我国的资彼消耗严重，浪裁大C 若采用循环经济的理念*回收各种厦铜，进行提 炼*生成再生铜，将有利于节约资源.降低成 本G再生铜的冶炼大都用反射炉完成C反射炉是 传统火法冶炼设备之一，它具冇结掏简单、操作 方使*辐易控制对原料和燃料适应性较强*耗 水少、适舍大规

4、模生产等优点。因此.反射炉在 熔炼铜、锡.祕精矿和金属熔化真熔炼等方面得 到广泛的应用4世界铜沦炼主产中+反射炉熔炼 约占30% -40%1110反射炉的主要缺点是燃料 消耗量大勺热效率较低一般只15% - 30% ）e近年采，|于能源的短缺及能源价格的 持续上涨，节约能源资源显得更为迫切。反射炉 的节能潜力寓于热损失中.热损失越大，其节能 潜力也越大。通过反射炉的热平衡测试，了解该 设备热收人和热支出的平衡关系.进而计算热效 率及各项热损失的数猷及其百分数*就可以了解 其节能的潜力和方向，为制定节能措施规划捉供 科学依据克I热平衡测试与计算研究对獴杲我国某猶环经济试点县再生铜精 炼厂的反射炉

5、，该设备炉处理蜃约为74（废铜。 该炉燃料为煤气.煤气山-煤气发生炉产生，炉用 煤星约为13爲燃烧用空气釆用直接供人徐空气 的方薩，冷却为风冷和水妙的混合式口烟气由水 平懒道和竖克烟道排岀，没有任何余热回收措施对反射炉熔炼再生铜的-个周期进行了热工 综合测试。一牛周期的生产时间约为1什其中 加料7h,熔E2h.買化5h .还原3h根据测试所鶴基本数据进行了热平衡计算, 其中计算公式等详细内容可参见参考文献!仁各项热收人与热支出列于表I叽衣1热平衡表热収人U/JH 期%燃強烧热阳” 84 x0?95.7ft煤吒牺理热10.47 xlO42,飾空物理遇1. 593 x 10Q. 45物料钳人的物理

6、热0. 563 x lbQ, 16勒料槪化热2. 31 x IO40H W0计35.33 x 107100.00热顶nk网期%岀炉物料带迪的鷄鈕5. 465 x IOT15. 47出炉期气带淫的划22.54 x10*63. SO辿过炉蹩的般想掘貨7, H胪2. 03水冷部件的诙煤描以0. 733 x 1060.21护门逊出热6. 33 xlOT17. 0710*0.37其它擁按实5.47 x 10*0, L5合计33.33 m itf100.002热平衡分析与改进措施由热平衛结果可知.造成反射炉热效率过 低、操作环境恶劣等的主要原因是炉体的排烟热 损失过大，达63.8%,其次她炉门逸出热较大，

7、 占7. 97%。園此充分利用炉体烟气余热、降低 炉门热损失，是提高反射炉热效率的关键。针对 以上原因提出下列炉休股造措施2. 1烟气的余热利用(1) 在烟道处加一换热器，利用换热器将 烟气中蕴含的热量预热助燃空气。丙为出炉烟气 的温度扱高(1392T).所以完全可以把助燃空 气预热到300X,则空气带进的物理热为：Q空=/空址75,78 xlO3 xL 3238 x (300 -20) = 2,81 x IO1 kJ式中：k燃料燃烧的实际空气消耗fit, m5; 电一空气的定压平均热容* kJ/ (m5龙仁 氓空气的预热温度*咒；r一实际羅空气 量，由物质平衡算出*2, 1043m7m根据该

8、煤气的低位发热 9398kJ/m3 (0弋， 9.8xlO*Pa)计算预热空气带来的物理热可折 合煤气量为:2 81 冥 1079398 = 2990m再由湿煤气产率：2. 77m3/kg可计算出煤气 折合成煤量为，2990/2. 77 = 1079. 4kR即毎牛产一炉精啊就会懈低煤ft 14794“ 如果采用高品位的煤来牛产煤岂，节能效果将会 更加大些.这样怏远看来这一举措带来的经济效 益是巨大的。(2) 如果资金充裕.可以丐虑在空气预热 器后再装余热锅炉或过热器。空气预热到预定温 度后,在预热器后安装余热锅炉或过热器，产生 过热蒸汽或热水.用来预热液体、气体燃料或拱 生产生活用汽。(3)

9、 利用低温烟气余热进行发电。髙温烟 气经上述余热利用过程已经变成低温烟气，町以 用低温余热发电技术加以利用。低温废热提取系 统采用的工质堤丙烷，使用丙烷可比从低温废气 中捉取更多热屋丙烷吸收烟气中热fit后变成丙 烷蒸汽,宜接推动湍轮机发电。不过用这种方法 堆加发电呈并不会降低成本*它的每兆瓦发电成 本与使用常规蒸汽轮机基本相同+但从同样数量 的燃料中荻得更多的电力，意味着它排放的二氧 化碳会更少，可以达到节能减排的目的。2.2炉体的改造炼網反射炉炉体是由耐火砖砌成的，整休缺 乏保镒结构炉门口、炉壁及其匕的缝隙、烟道 与炉体结合处的缝隙都造成很大的热虽损失。 工2 1炉门口的改造炉门口既是冷热

10、料的加入通道.又是氧化还 原操件时凤借的入口，炉门开启频繁*温度变化 大C同时加料时的机械插击及物料的冲刷磨损， 使炉门的衬砖结构破坏.增大了炉门与炉壁之间 的缝隙，因此匕(1) 定期检査炉门口孔隙.及时发现及时(2) 尽量提高工人的装料效率，减少炉门 开合択数.際低炉门口逸出热。(3) 有条件的话.可以将原炉门口门坎的 反拱结构改为异型磺与炉墙咬合结构。改进后的 炉门口结构可以避免砌筑时加工砖造成的浪费. 并且结构强度高，阻止热量逸出效果好.砌砖工 艺简化，其结构如图】所示。艮2,2炉壁的改造(1) 定期检査炉壁上的孔隙，及时发现及 时勾缝封严。(2) 在炉体外璧处加1-/3厚度适当的耐顶妁

11、构改进结构图1 改进前后的炉门口结构火纤维*并目炉衬也宜采用耐火纤堆，以达到减 少炉壁散热的目的“近年來筑炉耐火材料技术发展很快.广泛使 用的新型材料如耐火可塑料，耐火浇注料及预制 件等.与耐火砖相比可节省制砖烧成等工序节省 能耗。用不定形耐火材料筑炉炉窑的整体性 好、严密结实、隔热效果好寿命长有条件的 话*可以用新型耐火材料筑炉.将达到更好的节施效果3结语目前.国家九力提侣建设资源节约、环境友 好町持续发展的和谐社会.这无疑对节能提出了 更高要求。文章对再生铜反射炉的能耗进行分析 井实施节能改造.不仅有提高燃料利用率节省 燃料资源，减少污染物排放，保护环境等优点* 还可以降低生产成本、捉高经

12、济效盐、并为相艾 企业提供科学的节能依据.爭看文献I 梅 炽.王临江.周孑民等一有色治金炉i殳计乎 册-北進：启金工业出版社.20W思浦編辑|维普资讯 治金能源ENERGY FOR METALLURGICAL INDUSTRY39Vol. 27 No. 5Sept. 2008|维普资讯 治金能源ENERGY FOR METALLURGICAL INDUSTRY39Vol. 27 No. 5Sept. 2008(上接第24页)从图8可以看岀，随着换向周期变长，空气 出口温痕逹渐課低，而烟气出口溫度逐渐升高. 换向周期大于700$时蒂热休的蓄热作用效果己 经非常不明显*而过短的换向周期对于工业现场

13、 应用也不规实一股换向陶期45“60汗时.薔热 休莆热效果比较明显-图9反应了着热休内气林 流速对空气、烟气岀口温度的彫响(空气烟 气流速相同几随禅甫热休内气休流速的增加. 相应的空出口温度降低而烟代出口温度将升 高。适当的降低空烟气流速对箔热体工作有利口3结论在考虑襦热体沿气休流动方向导热，并将空 烟吒流动中对蕃热休的传热.看做气柱微元 及蓄熾体微元的体积内热源蜡况F建立了蒂热体 数学模型。以体积内热源作为气体和番热体求解 餡耦合条件，釆用数值模拟方法对蓄热体热过程 进行了仿JX研究定性.定量分析了材料物性及 热工操件竽参数对蓉热休工作的恋响.研究结果 如下。(1)在其他参数不变化情况下蒂热

14、悴材 料物性对烟气、空气岀口温度有一定影响在设 汁选材时考虑到用户需求及绘济性的前捉下尽虽 选取#热系数较小而比热容较大的材质:；(2) 常热体的高度及比表面积的增大可成 增加空气岀口涓度*降低烟气岀口温度；(3) 其他因素不变化情况下，在工艺允许 范围内减小换向周期及气体流速可以使烟气出口 温度降低,空气出口温度升高；(4) 模拟所做仿真计算结果对于蓄热丈加 热炉蒂热体选材及热工操怜:音理论指导意义麥署立就1 贾漏娣，刘常聃.邓 伟等.蜂京齋热式空吒单预 热烧嘴换热特性的热査敢螫研究-工业加热. 2003* 32 ：30*32 代朝虹.温 治.冯愎小.馬热式烧嘴传热过祥数 学據型.工业规热* 2002. 31 (5)： 35-34!3 杨光华，陈文忡王肆华.等-中扳加热炉蜂疆芾热 体熾工特性研究一冶金1,2007 .26( 3) ；26-304 A. J. Ujlli3i I98S7 杨世铭，陶文锂.传热学.北京：髙等教育出版社im万雪編辑