[科普中国]-贫化电炉

简介

江铜集团贵溪冶炼厂( 以下简称贵冶) 闪速熔炼所产生的炉渣进入贫化电炉进一步反应，在生产过程中不可避免地产生大量的烟气，大部分的烟气由电炉排风机导入硫酸系统，但是不少烟气仍会从电炉的电极周围和固铍下料管上窜，造成严重的低空污染。其中从固铍下料管上窜的烟气首先进入到固铍装入系统，高温的烟气极容易烧损梭车皮带，上行的烟气再经过电炉电收尘降低烟气含尘量后排空，烟气对周边环境造成一定的污染1。

贫化电炉的工作原理电炉是利用通入炉内的强大电能转换为热能，使炉内获得高温，以达到熔炼的目的。

按电能转换为热能的方式不同，电炉分为电阻炉、电弧炉、感应炉和复合式电炉。熔炼铜精矿的电炉属于电阻、电弧、复合式电炉，因为这种电炉多用于熔炼矿石和精矿，故又称矿热电炉。我厂贫化电炉以贫化闪速炉渣为主要目的，但同时还要处理大量的固体冰铜。从其结构和作用上看属于矿热电炉，在矿热电炉中，电流由一个电极通过炉渣和冰铜导向另一个电极，其中大部分电能直接在渣层中转换为热能，使炉渣得到较大程度的过热而把炉渣的温度提高到1500 ～ 1700℃，然后这些强烈过热的炉渣作为载热体，使炉料受热熔化。

电能的转变矿热电炉通常用3 根或6 根电极向炉内输入三相交流电，电极插入渣层中。由于电极与渣层界面的气袋和炉渣本身都具有一定的电阻，所以电流通过时，电能就转换为热能，电极与渣层界面的气袋是由于在电子流的机械压力作用下，熔渣脱离电极后产生的。因为这时电极和渣层之间形成一个间隙，而电极燃烧产生的气体和熔渣层中逸出的气体便充入其中从而形成一个气体层。该气体层具有很高的电阻，所以，电流在这里以大量质点放电形式，即以微电弧形式通过这个气袋，产生很大的电压降，放出相应的热量。

电能和温度的分布电极通电后，在电极周围布满着电力线，而电力线大部分集中分布在距电极中心线2 倍电极直径区域内。随着离开电极中心线的距离增大，电力线减弱，电场强度随之减弱。例如，距电极中心线1 个直径远的地方相电压降值为75． 8%，在1． 5 个直径远的地方相电压降值达83． 8% 以上，在2 个电极直径远的地方相电压降值达92% 以上。可见，在距电极中心线2 个直径远的区域内，是熔池导电部分，在这个区域内，电能转变为热能，远离电极中心线2 个电极直径以外的地方，基本上无电流通过，也不会产生热量。所以电炉的高温区集中在电极附近。

炉渣的对流和热交换由于电极周围熔体温度高，远离电极的熔体温度较低，溶池温度分布不均匀，从而使接近电极表面的熔渣强烈过热，密度降低，不断上浮到溶池表面，并沿此表面向四方流动，在流动的过程中，与漂浮在渣层中的炉料相遇，将热量对流传给炉料，同时高温炉渣也通过辐射将热量传给炉料，使炉料熔化，并发生各种物理化学变化，完成熔炼过程。熔炼产生的炉渣及放热后的炉渣温度低密度较大而下沉，至电极末端的渣层上，再向电极方向移动，于是形成了循环1。

贫化电炉的工艺流程渣贫化电炉工序主要由贫化电炉本体，供电系统，固体冰铜及块煤加入系统，贫化电炉渣水淬系统，排烟系统等组成。主要功能有:

1) 贫化处理闪速炉炉渣。

2) 熔化处理闪速炉及贫化电炉产生的固体冰铜。

3) 当闪速炉冰铜产量大或闪速炉炉况不稳定或转炉处理冰铜的能力因故而达不到正常要求时，起平衡、缓冲、贮备冰铜的保温及缓冲炉作用。闪速炉炉渣经过流槽直接排入贫化电炉，经贫化电炉贫化处理后由渣口溢流排出，再经过水淬后成为水淬渣而废弃。贫化电炉产生的冰铜与闪速炉冰铜一道送转炉吹炼。

贫化炉产生的低浓度SO2烟气经排烟系统进入闪速炉烟气沉降室，与闪速炉烟气汇合后送入硫酸车间制酸。

贫化电炉为三相电阻式电炉，自焙式电极。在工艺操作上，根据炉渣与冰铜和固体物料的性状与数量设定一定的电功率和二次电压，使电极自动浸没于熔体内一定的深度而通电加热并进行生产控制。为了防止电炉顶部加冷料时产生的粉尘污染，设置了贫化电炉电收尘器。

为了防止电炉熔体排放时的烟气污染，设置了环境集烟吸风口2。

低空污染烟气的种类与危害排放的烟气产生大量的有害化合物，主要有:

1) SOX: 硫氧化物，主要为SO2( 二氧化硫) 。生产中要使用燃料，这些燃料中含有大量的硫化物，在空气中燃烧后与氧气发生反应最终形成SO2。这些氧化硫物质排放到空气当中，遇到水后会发生化学反应( SO2 + H2O→H2SO3) ，形成亚硫酸，最终就变成了酸雨，造成环境危害。

2) NOX: 氮氧化物，主要为NO2( 二氧化氮或过氧化氮) 。产生于高温燃烧，呈红棕色气体状态，带有刺鼻气味，是空气污染的一种主要污染源。

3) CO: 一氧化碳，一种无色无味，却带有剧毒的危险气体。生产中煤炭、木柴、石油等燃料的不完全燃烧都会产生一氧化碳。

4) CO2: 二氧化碳，一种无色无味也无毒的温室气体，产生于各种工业步骤，如完全的燃烧。

5) 颗粒物: 包括可吸入颗粒物( PM10) 及细颗粒物( PM2． 5) 。在生产中，燃烧硫氧化物、氮氧化物以及煤炭都可以放出大量的颗粒物。这些颗粒物在排入空气中后能在空中停留很长的时间，而且容易被陆空生物的呼吸行为吸入肺部，当肺部堆积的颗粒物过多时会对生物体的健康造成影响。

治理前存在的问题贫化电炉系统生产过程中产生的低空污染主要源于以下几个方面:

1) 贫化电炉产生的高温烟气沿着锢铍下料管上窜到敞开的锢铍装入系统，部分烟气外逸，造成一定的低空污染。

2) 经过贫化电炉电收尘器收尘后的烟气直接外排( 含有一定的粉尘和SO2) ，造成一定的低空污染。

3) 贫化电炉电收尘器排风机能力不足，导致系统负压不足，电收尘器绝缘子室瓷瓶受污染，降低了贫化电炉电收尘器的收尘效果，最终导致排烟含尘浓度偏高。

4) 贫化电炉电极密封圈处密封不够严密，烟气沿着密封圈处外冒，污染作业环境。

5) 电炉排渣溜槽密封盖子密封不严，烟气比较大，现场岗位粉尘浓度经常检测超标。

6) 熔炼车间一系统主环集系统能力不足，同时由于电炉2 个渣口环集烟罩阀门为手动插板，排渣时温度高，插板不便于及时关闭，环集系统抽力没有得到充分的利用，导致部分烟气从渣口处外逸，污染作业环境。

治理方案为响应国家对环保的要求，保证职工的身心健康，降低周边环境的污染，贫化电炉低空污染治理势在必行，其主要改造内容如下:

1) 在锢铍下料管上方引入1 根杂用风管，往6个锢铍下料管内鼓入低压杂用风，压住上窜的烟气，以减少烟气进入锢铍装入系统，使烟气尽量通过贫化电炉排风机送往硫酸车间制酸。

2) 在贫化电炉电收尘器出口处增加1 条排烟管道，提高系统吸力，使烟气进入环集烟道，最后通往CF 脱硫系统。同时保留原来的管道，在环集、脱硫系统检修的情况下使烟气放空。

3) 贫化电炉电极密封圈的改进，由原来的普通密封圈，改成珞刚玉密封圈。提高了密封圈的密封性和耐高温性能，从而延长了使用周期，由原来的2 个月提高到12 个月，并且大大减少了从密封圈处外冒的烟气量。

4) 贫化电炉电收尘器排风机的改进。随着FF产量的提升，整个系统负荷增加，原来的排风机能力不足，导致贫化电炉电收尘器系统负压不足，含尘烟气污染电收尘器绝缘子室瓷瓶，降低了贫化电炉电收尘器的收尘效果。更换1 台功率较大的排风机，确保了电收尘器的系统负压，提高了收尘效果。

5) 贫化电炉电收尘器依据闪速炉电收尘器的良好改造经验，将阴极线全部改为芒刺线，大大提高了收尘效率，由此减少了外排烟气的含尘量。

6) 将电炉渣溜槽盖板进行了改型。原来的1条渣溜槽有7 节短盖板，盖板与盖板之间的密封性不好，容易漏烟，现在改为1 条渣溜槽3 节长盖板，增加了溜槽盖的密封性，防止烟气外泄。

7) 将电炉渣口的环集阀门由原来的手动阀门改成电动阀门，使阀门的密封性有所提高，减少了漏风和烟气外泄，并且易于操作。

通过以上改造措施，贫化电炉系统的低空污染问题得到了较好的治理，大大改善了现场的作业环境，降低了周边环境的污染，受到广大职工的赞许3。

总结当前国内外贫化电炉的低空污染问题都比较突出，这与国际环保形势及国家环保要求都不相容。贵冶熔炼车间充分利用工程技术人员技术优势，对一些造成贫化电炉系统低空污染的难点问题逐个突破，在国内外同类技术中处于领先地位。

通过这次对贫化电炉烟气治理，有效地解决了贫化电炉周围的低空污染问题，使现场环境改善达到了质的飞跃，职工的身心健康得到了保障，创造的社会效益与经济效益不可估量2。