煉銻反射爐天燃氣供熱工業試驗

　　要: 由于傳統燃煤煉銻反射爐在熱利用率、冶煉時間、環保等方面存在許多不足，必須采用更加高效、環保的能源對反射爐進行升級。通過對煉銻反射爐天然氣供熱的試驗數據分析可知，單位冶煉時間從原來的 2. 11 h /t 縮短到 1. 82 h /t，泡渣含銻率從原來的 10. 28% 降至 7. 96% ，噸銻能耗為原來的 70. 12% ，二氧化硫減排為 5. 86 kg /t。經濟效益和環保效益顯著，每年可節約成本 346. 98 萬元。

　　本文源自羅 燊，金貴忠 湖南有色金屬 第 37 卷第 3 期 2021 年 6 月

　　關鍵詞: 銻冶煉; 天然氣; 供熱

　　目前，銻冶煉企業大部分采用火法工藝，其工藝主要是: 鼓風爐揮發熔煉—反射爐還原熔煉。反射爐爐體結構為火室和爐膛連接，火室燃燒煙煤后提供熱量供爐膛銻氧還原熔煉和精煉，其還原機理如下:

　　Sb2O3 + 3C = 2Sb + 3CO 2Sb2O3 + 3C = 4Sb + 3CO2 Sb2O3 + 3CO = 2Sb + 3CO2

　　為了反應的順利進行，反射爐采用間接供熱保證反應所需要的溫度，升高溫度可以改善固體表面的活性，提高反應速度[1]。

　　燃煤反射爐由于煙塊煤在火室中集中燃燒，造成局部高溫，特別是在加煤和打溜子時，溫度變化較大。在生產過程中，通常是因為火室與爐膛連接部———火間墻損壞，而不得不進行維修; 燃煤反射爐在燃燒的過程中，產生低濃度SO2 和含煤焦油等揮發物，不符合國家環保政策要求，也加快了布袋室布袋的損耗; 燃煤反射爐勞動強度較大，火室與爐膛連通，會造成少量銻含量損失; 燃煤反射爐爐膛溫度只有 650 ～ 900 ℃，熔化還原速度慢，冶煉時間長。現根據錫礦山閃星銻業有限責任公司天然氣供熱的試驗數據分析，為煉銻反射爐使用清潔能源提供依據，同時提高煉銻反射爐的生產效率，降低冶煉成本。

　　1 試驗方案

　　1. 1 理論依據

　　煤的燃燒效率為 55% ，熱利用率為 85% ，天然氣的燃燒效率為 95% ，熱利用率 95% 。根據熱值換算公式:

　　天然氣用量 × 天然氣熱值 × 95% × 95% = 煤用量 × 煤熱值 × 55% × 85% 煤與天然氣對比見表 1。

　　1. 3 試驗方法及裝置

　　對煉銻反射爐進行改造，取消反射爐火膛。液化天然氣經槽車裝運到廠區，連接汽化器汽化，通過輸氣管道進入反射爐燃燒裝置，燃燒裝置經由自動控制系統控制一定的風氣比，使天然氣與空氣混合在爐膛內集中燃燒，對反射爐爐膛直接加熱。天燃氣試驗裝置示意圖如圖 1 所示。

　　1. 4 試驗情況

　　本次試驗從 2020 年 8 月 4 日開始至 11 月 5 日結束，首次對煉銻反射爐進行了 15 批次試驗，并取傳統反射爐 2018 年、2019 年及 2020 年 1 至 8 月綜合數據進行了對比，其主要技術經濟指標見表 4、表 5。

　　1. 5 試驗結果分析

　　1. 5. 1 溫度對比

　　和傳統反射爐相比，在反射爐熔煉階段，天然氣供熱反射爐爐溫明顯升高，熔體表面溫度持續穩定在 1 000 ℃ 以上，而傳統反射爐煙煤因間斷燃燒，火焰溫度波動大，且爐頭爐尾溫度波動大，爐膛熔體表面溫度為 650 ～ 900 ℃。熔煉期監測每班爐內溫度的情況如圖 2 所示。

　　1. 5. 2 單位冶煉時間對比

　　因天燃氣供熱反射爐能持續提供高溫，在銻氧配料( 還原煤、純堿) 充分的情況下，尤其是改為雙噴嘴以后，每班可進料 3 ～ 4 次，而同等情況下，傳統反射爐每班最多進料 2 次。由表 5 可知，雙噴嘴天燃氣供熱反射爐平均單位冶煉時間為1. 82 h /t，而傳統反射爐單位冶煉時間近 3 年最好為 2. 11 h /t，故單位冶煉時間縮短了 0. 29 h /t。

　　1. 5. 3 泡渣含銻率對比

　　雙噴嘴天燃氣供熱反射爐還原熔煉溫度高于傳統反射爐，泡渣含銻率為 7. 96% ，而傳統反射爐泡渣含銻率近 3 年最好為 10. 28% ，故泡渣含銻率下降了 2. 32% 。

　　1. 5. 4 單位能耗對比

　　因天燃氣熱值達 35 700 kJ/m3 ，在充分燃燒下，天燃氣利用率高，尤其是雙噴嘴改造后，火焰直接作用于物料，其熱利用率高。傳統燃煤反射爐近三年煙塊煤單位產品消耗最優為 292. 93 kg /t，噸銻能耗為 292. 93 ×25 200 = 7 381 836( kJ) ; 單噴嘴天燃氣反射爐噸銻消耗為 155. 78 m3 /t，噸銻能耗為 155. 78 × 35 700 =5 561 346( kJ) ，為燃煤反射爐的 75. 34% ; 雙噴嘴天燃氣反射爐噸銻消耗僅為 144. 99 m3 /t，噸銻能耗 144. 99 × 35 700 = 5 176 143( kJ) ，為燃煤反射爐的 70. 12% 。

　　2 經濟效益分析

　　2. 1 產品單位冶煉時間

　　根據公司財務預算相關數據，煉銻反射爐綜合冶煉加工費為 1 871. 19 元/t，其中煙塊煤費用為 336. 9 元/t，雙噴嘴天燃氣供熱反射爐平均單位冶煉時間為 1. 82 h /t，傳統反射爐單位冶煉時間 2. 11 h /t，故影響成本計算公式如下: 2. 11 -1. 82 2. 11 × ( 1 871. 19 -336. 9) =210. 87( 元)

　　根據上述計算方法，縮短單位冶煉時間影響單位產品成本下降 210. 87 元。

　　2. 2 泡渣含銻率

　　根據公司 2020 年財務預算相關數據，銻品單價為 39 115. 49 元/t，泡渣單價為 31 500 元/t，雙噴嘴燃氣供熱反射爐泡渣含銻率為 7. 96% ，傳統反射爐為 10. 28% ，故影響成本計算公式如下: ( 39 115. 49 - 31 500) × ( 10. 28% - 7. 96% ) = 176. 68( 元/t) 根據上述計算方法，泡渣含銻率降低影響單位產品成本下降 176. 68 元。

　　2. 3 供熱燃料

　　天燃氣價格為 3. 8 元/m3 ，煙塊煤計劃價格為 1 150元/t，根據單位能耗對比( 1. 5. 4) ，雙噴嘴天燃氣反射爐單位能耗為 144. 99 m3 /t，傳統反射爐煙塊煤單位產品消耗為 292. 93 kg /t，故供熱燃料方面影響成本計算公式如下: 3. 8 × 144. 99 - 1 150 × 292. 93 ÷ 1 000 = 214. 06 ( 元/t) 根據上述計算方法，天燃氣供熱降低影響單位產品成本升高 214. 06 元。

　　三項指標合計節 約 成 本: 210. 87 + 176. 68 - 214. 06 = 173. 49 元，根據計劃年銻品產量 20 000 t，每年可以節約成本 346. 98 萬元。

　　3 環保效益

　　燃煤反射爐煙塊煤消耗為 292. 93 kg /t，煙塊煤含硫約為 1% ，故燃煤反射爐單位產品所產生的二氧化硫計算如下: 292. 93 × 1% × 2 = 5. 86( kg /t) 根據計劃年產銻品產量 20 000 t，每年可以減少二氧化硫排放量 117. 17 t。

　　4 結論與建議

　　該煉銻企業煉銻反射爐利用天然氣替代傳統燃煤供熱后，取得了很好的經濟效益和環保效益:

　　1. 升溫速度快，溫度穩定。天燃氣供熱根據生產需要，可對天燃氣流量和空氣流量的大小進行控制，在較短的時間內，達到冶金爐體需要的溫度指標要求。單位產品冶煉時間縮短了0. 29 h /t，能進一步提升了銻品的生產能力。

　　2. 燃燒效率高，沒有火室。天燃氣在燃燒器內與空氣混合均勻后，直接進入爐膛內充分燃燒，與爐料充分接觸。爐體密封性好，燃燒效率相比燃煤方式較高。

　　3. 綠色高效，清潔環保。由于天然氣的主要化學成份是甲烷、乙烷等烷類物質，含硫很低或基本無硫，燃燒后的主要物質為水和 CO2，所以采用天燃氣供熱的燃燒方式，相比燃煤更加清潔環保，可有效降低空氣污染問題和環保相關費用。

　　4. 員工減少了拖煤、打火、打溜子等作業，勞動強度有所降低。

　　5. 傳統煉銻反射爐爐內長度只有 5 m，天然氣燃燒后會有大量的熱量會隨煙氣進入尾氣系統，熱利用率未達到理想狀態。故建議更改爐型，增加爐內空間長度。