富氧侧吹熔池熔炼炉炼铜烟气中单体硫的产生及处理

姜元顺，王举良

(烟台鹏晖铜业有限公司，山东 烟台 264002)

富氧侧吹熔池熔炼炉炼铜烟气中单体硫的产生及处理

姜元顺，王举良

(烟台鹏晖铜业有限公司，山东 烟台 264002)

分析了富氧侧吹熔池熔炼炉炼铜烟气中单体硫含量高的原因及危害，通过向炉内和炉出口补充富氧空气，调整炉料中煤的加入方式，降低了烟气中单体硫的含量。

富氧；侧吹熔池熔炼炉；炼铜；烟气；单体硫

0 前言

烟台鹏晖铜业有限公司原炼铜工艺为密闭鼓风炉熔炼－连续吹炼炉吹炼。冶炼烟气送入硫酸系统，经过空塔、填料塔、间冷器、电除雾净化，采用两转两吸工艺制酸。2005年国家出台政策，要求2007年底前关停密闭鼓风炉炼铜工艺。2006年烟台鹏晖铜业有限公司与中国恩菲工程技术有限公司合作，研发了富氧侧吹熔池熔炼工艺。该工艺的熔炼炉、沉降电炉、连续吹炼炉从高到低布置，炉子之间通过流槽输送熔体，克服了熔体由行车和包子倒运的缺陷，是一种高效、节能、环保的炼铜新工艺，项目于2008年2月投产。

富氧侧吹熔池熔炼炉是富氧熔池熔炼炉型之一，集物料的干燥、焙烧和熔炼于一炉。富氧空气从炉子两侧浸没入熔体的风眼鼓入熔池；精矿、熔剂、返渣、煤按一定的比例混合均匀，经过计量，由皮带机从炉顶加料口加入；鼓入炉内的富氧空气使炉料和熔体激烈搅动，在炉中形成气-液-固三相间的传热和传质，加快入炉物料的干燥、分解、熔化，完成造渣、造锍反应；产出的铜熔体经虹吸通道进入沉降电炉，完成澄清分离，得到冰铜和熔炼渣。熔炼产生的烟气经余热锅炉冷却、电收尘收尘后送硫酸系统。

富氧侧吹熔池熔炼炉不仅生产效率高，而且对炉料的适应性强，炉料的含水量、粒度、化学成分等可以有较大范围的波动，这对于处理多种原料的企业具有重要的意义。

投产初期，富氧侧吹熔池熔炼炉产生的烟气中单体硫含量较高，影响了硫酸系统的生产，公司采取一系列相应的措施，使该问题得以解决。

1 单体硫的产生及影响

1.1 单体硫的产生

富氧侧吹熔池熔炼炉内进行的是一个强化的冶金过程。富氧空气从炉子的两侧鼓入熔池，使炉料和熔体激烈搅动，物料加速分解和熔化，O2利用率达到97%以上，炉子余热锅炉出口烟气含O2小于1%，硫化物在炉内分解、熔化并进一步造渣，部分分解出来的单体硫没有和O2反应，仍以单体硫的形式存在于烟气中。烟气中单体硫含量高将影响冶炼系统和硫酸系统的正常生产。

1.2 单体硫对生产的影响

富氧侧吹熔池熔炼炉烟气中的单体硫部分在余热锅炉与O2继续反应，其余一部分在电收尘中仍与O2反应，剩余的随烟气进入硫酸净化工序。烟气在净化工序降温，其中的单体硫分离出来。由于单体硫粘性较大，粘结在净化工序的间冷器上，造成设备阻力增大，无法正常工作，只得停车清理，导致冶炼系统烟气直接排空，污染环境，并造成硫资源的浪费。

间冷器清理出来的黄色堵塞物，用火点燃可以全部燃烧，发出硫磺燃烧的气味，经分析，其含硫在85%以上。

2 解决措施

2.1 向烟气中补氧

由于富氧侧吹熔池熔炼炉和连续吹炼炉的烟气在电收尘前混合，设备和烟道在负压状态下漏风，空气中的O2又与烟气中的单体硫反应生成SO2，因此，在生产系统不同位置取样，烟气中的单体硫含量不同。依照间冷器黄色堵塞物进行计算的结果表明，富氧侧吹熔池熔炼炉余热锅炉出口烟气中的单体硫必须控制在0.5 g/m3以下，才能保证间冷器正常工作。而烟气中的单体硫取样分析比较复杂，并且周期长，故采取分析烟气中的O2含量方式（只需30 min）。并且掌握烟气中的O2含量，也便于向烟气中补氧控制。

解决单体硫堵塞间冷器主要有两种方案：一是降低烟气中的单体硫含量；二是把易堵塞的间冷器去掉，在填料塔增加板式换热器，代替间冷器冷却烟气。前一种方案如果可行，投资少，见效快；后一种方案投资大，速度慢，故先考虑前一种方案。

2.1.1 补氧位置和管道内径的选择

单体硫的产生是因为烟气中O2含量低，解决的方法是补氧。富氧侧吹熔池熔炼炉使用的富氧空气含O232.79%,最初是加大炉顶2组加料口料封的补氧量，由于每组加料口料封的补氧管道内径为25 mm,富氧空气流量小，作用不明显。之后又临时增加了1个内径为150 mm的补氧管道，从东面的加料口向炉中补充富氧空气，烟气中单体硫明显减少，硫酸系统能够正常生产。这表明，向烟气中补充适量的氧，能够降低其中的单体硫，维持冶炼系统和硫酸系统的正常生产。

用临时增加的内径为150 mm的补氧管道，从东面的加料口向炉中补充富氧空气16 h，由于补氧造成加料口温度低，此处炉结较多，只得将补氧管撤下。由此烟气中的O2含量下降，单体硫增加，堵塞间冷器，冶炼系统和硫酸系统的正常生产受到影响。后在炉头和炉尾分别增加1个内径为150 mm的补氧管，向炉中补充富氧空气。炉头补进的富氧空气进入炉中，大部分的O2用于炉料中的煤反应燃烧，对降低烟气中的单体硫作用较小；炉尾补进的富氧空气进入炉出口烟气中，大部分的O2与烟气中的单体硫反应生成SO2，对降低烟气中的单体硫作用较大。

2008年6月，富氧侧吹熔池熔炼炉停炉检修，将炉尾1个内径为150 mm的补氧管改为2个内径为100 mm的补氧管，为了便于观察炉况和清理补氧口的炉结，将密闭鼓风炉拆下的风口安装在补氧管路上。2010年2月，富氧侧吹熔池熔炼炉停炉大修，又将炉顶2组加料口料封的补氧管内径由25 mm改为40 mm。

2.1.2 补氧量的计量及控制

补氧量的计量及控制十分重要。刚开始试车时，补氧的管路是临时安装的，没有计量仪表，只能检测烟气中的O2含量。因为富氧侧吹熔池熔炼炉出口烟气的温度高达1 100～1 150℃，其中的单体硫在余热锅炉中与O2继续反应；而余热锅炉出口的烟气温度比较低，在300～360℃，所以选在余热锅炉出口取样，用奥氏气体分析仪检测烟气中的O2含量。单体硫含量较高的时间，取样分析烟气中的O2含量在1%以下。根据密闭鼓风炉炼铜处理烟气中的单体硫含量高的经验，炉出口烟气中的O2含量控制在1%～4%，确定富氧侧吹熔池熔炼炉余热锅炉出口烟气中的O2含量控制在3%～5%。

2008年6月，富氧侧吹熔池熔炼炉停炉检修，在炉头和炉尾的补氧管路上分别安装了气体流量计，用于计量富氧空气的流量。2009年3月，富氧侧吹熔池熔炼炉停炉大修，又分别在炉顶2组加料口料封的补氧管路上安装了气体流量计，用于计量补进的富氧空气。

改进后，由富氧侧吹熔池熔炼炉两侧鼓入熔池的富氧空气量为15 000～17 000 m3/h,炉头补进的富氧空气量为1 600～1 800m3/h,炉尾补进的富氧空气量为4 800～5 000 m3/h,炉顶加料口料封补进的富氧空气量为800～1 000 m3/h,入炉的富氧空气量总计23 000～24 000 m3/h。

2.2 调整煤的加入方式

2.2.1 煤的粒度和加入方式

在富氧侧吹熔池熔炼炉方案论证时，决定炉料中的燃料采用煤，煤的加入量为总炉料的6%左右，粒度3～30 mm，铜精矿以外其它物料的粒度3～20 mm，煤与铜精矿及其它物料均在料仓中计量配料，通过皮带机送到炉前料仓储存，然后经计量和加料皮带机送入富氧侧吹熔池熔炼炉。

在工程建设准备炉料时，从降低生产成本考虑，认为煤矿生产的原煤最经济，所以选用原煤作燃料。然而，原煤的粒度范围较大，从小于1 mm到50 mm，个别的甚至超过50 mm。富氧侧吹熔池熔炼炉试车时，将这种粒度范围的原煤与其它物料在料仓中计量配料。

向烟气中补充富氧空气，使余热锅炉出口烟气中的O2含量在3%～5%，单体硫含量高的问题得到有效控制。但是，余热锅炉出口烟气中的O2含量达到3%以上，烟气中单体硫含量高的情况仍时有发生。对从料仓到富氧侧吹熔池熔炼炉的每个生产环节认真检查，发现是由于入炉料中煤的加入量波动而引起的。配料时煤是按比例加入到炉料中的，但混均匀的炉料进入炉前料仓时，粒度较大的煤块大部分滚到靠近炉前料仓仓壁的位置。给料时，炉前料仓中间的混合炉料先下，靠近炉前料仓仓壁的混合炉料后下，这些混合炉料中粒度较大的煤块较多，煤含量自然就高，过量的煤在富氧侧吹熔池熔炼炉中燃烧耗用较多的O2，造成余热锅炉出口烟气中的O2含量低，烟气中的单体硫含量高。由于余热锅炉出口烟气中的O2含量是间断取样分析的，故取样时余热锅炉出口烟气中的O2含量不一定低。

2.2.2 煤加入方式的调整

开始是把进来的原煤用30 mm×30 mm筛子进行筛分，将筛出的煤块破碎至10 mm以下再进行配料；后来认为煤块在熔池中存留时间较长，有利于降低熔体中的Fe3O4含量,从而降低富氧侧吹熔池熔炼炉的炉渣含铜量。所以，把筛出的煤块单独运送到炉前煤仓，再通过计量和皮带机与其它混合炉料混合后加到富氧侧吹熔池熔炼炉。将煤块筛出，单独运送，避免了煤块与它炉料混合后在炉前料仓发生煤块偏析，使入炉料中煤含量基本稳定。

如果入炉料成分稳定，余热锅炉出口烟气中的O2含量达2%，也不会发生烟气中单体硫含量高的问题。

3 结语

富氧侧吹熔池熔炼炉烟气中单体硫含量高，导致冶炼系统和硫酸系统的生产不能正常进行，这种情况是余热锅炉出口烟气中的O2含量低于2%造成的。余热锅炉出口烟气中的单体硫含量要控制在0.5 g/m3以下，才能保证间冷器正常工作。在富氧侧吹熔池熔炼炉出口向烟气中补充富氧空气，降低烟气中的单体硫含量的效果比较明显。加入富氧侧吹熔池熔炼炉的煤，粒度大于30 mm的不再经过储料仓，要单独计量和运送，与其它物料混合后直接入炉，这些措施有效地降低了烟气中单体硫含量的波动，避免了单体硫含量高问题的发生。

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Abstract:The reasons and hazards for high content of monomer sulfur in flue gas from copper-smelting in oxy⁃gen-enriched side blown-bath smelting furnace are analyzed.The content of monomer sulfur in flue gas is reduced by supplying the oxygen-enriched air to inside and outlet of the furnace,and adjusting the coal adding method of charging material.

Key words:oxygen-enriched;side-blown bath smelting furnace;copper-smelting;flue gas;monomer sulfur

Production and treatment of monomer sulfur in flue gas from copper-smelting in oxygen-enriched side-blown bath smelting furnace

JIANG Yuan-shun,WANG Ju-liang

TF811.031.1

B

1672-6103（2011）02-0017-03

姜元顺（1961—），男，山东荣成人，教授级高级工程师，主要从事重贵金属冶炼生产技术和管理工作。

2010-06-07

2010-12-24