一種銅冶煉系統冶煉渣餘熱回收利用系統及其運行方法與流程
2023-08-05 20:25:03
1.本發明涉及能源回收利用工藝和設備技術領域，具體涉及一種銅冶煉系統冶煉渣餘熱回收利用系統及其運行方法。
背景技術：
2.我公司年產15萬噸陰極銅、70萬噸硫酸和46萬噸銅冶煉渣。為貫徹落實國家和集團公司的「雙碳」政策和節能降耗要求，對冶煉銅渣緩冷過程中產生的熱量進行回收利用。目前在銅冶煉行業生產中產生的銅渣在冶煉爐中為液態混溶狀態，其渣溫在1300℃左右。然後通過渣罐轉運至緩冷場緩冷，其渣溫在1250℃左右，銅渣的比熱容cp為0.8-1.25kj/（kg. ℃），取比熱容為1kj/（kg. ℃），銅渣量m為1噸，渣溫在(1250-800)℃之間，以輻射方式放熱，銅渣的潛熱rm為 209kj/kg，所釋放的熱量：q=cpm(t1-t2)+mrm為q=659000kj/噸渣；銅渣在(1250-800)℃之間所釋放的熱量為 q=659000kj，相當於 22.5kg 標煤的發熱值(1kg 標煤熱值為 29270kj)，也相當於157655.5kk 的熱量(1k=4.18j)，每包銅渣在28t左右，每包渣能夠回收熱量18452000kj，相當於630.4kg標煤的發熱值。在冷卻過程中熱量全部散失，目前在銅冶煉行業中尚未有成熟的工藝方法對銅渣餘熱進行回收利用。
技術實現要素：
3.本發明的目的是為了解決目前冶煉銅渣在緩冷過程中產生的熱量不能得到有效回收的問題，而提供一種銅冶煉系統冶煉渣餘熱回收利用系統及其運行方法。
4.一種銅冶煉系統冶煉渣餘熱回收利用系統，銅冶煉系統冶煉渣餘熱回收利用系統設置在出渣車間與渣緩冷場之間，所述的銅冶煉系統冶煉渣餘熱回收利用系統包括渣包運輸系統和熱量回收系統，所述的渣包運輸系統由轉運小車軌道和有軌小車組成，所述的熱量回收系統由熱量收集房、渣包和熱風引風機組成；熱量收集房的入口設置在正對出渣車間的一側，熱量收集房的出口設置在正對渣緩冷場的一側；所述的熱量收集房的地面上鋪設有轉運小車軌道，所述的轉運小車軌道呈「井」字形；所述的轉運小車軌道上設置有至少兩輛有軌小車，所述的有軌小車內裝有渣包；所述的轉運小車軌道的兩側均設置有若干排地面進風口，所述的地面進風口的排風口方向對著渣包的開口的上方；所述的熱量收集房的房內頂部水平設置有吸風管道，所述的吸風管道上均布有房頂出風口，吸風管道的出風口通過管路與熱風管道的進風口連通，所述的熱風管道的出風口通過管路與熱風引風機的進風口連通。
5.一種銅冶煉系統冶煉渣餘熱回收利用系統的運行方法，按以下步驟進行：步驟一、將出渣車間排出的銅渣裝入渣包，然後由專用渣包車將裝有銅渣的渣包轉運至熱量收集房，並將渣包放置在有軌小車內，同時啟動送風裝置經地面進風口向熱量收集房內送風，啟動熱風引風機經房頂出風口將熱量排至熱量收集房外進行收集，有軌小車載著渣包在轉運小車軌道上循環行駛；步驟二、直至熱量收集房內所有的有軌小車均裝有渣包且有新的渣包轉運至熱量
收集房時，將最先轉運至熱量收集房的渣包由有軌小車內轉運至專用渣包車內，再運送至渣緩冷場進行噴淋強制冷卻；熱量收集房內剩餘的渣包重複上述操作。
6.本發明的原理：本發明提供了一種銅冶煉系統冶煉渣餘熱回收利用系統及其運行方法，能夠實現對銅渣餘熱的回收和利用，同時能夠控制銅渣緩冷的冷卻速率，提高浮選工藝銅的回收率。因為在渣浮選工藝中，銅回收率是一項重要的指標。熔融渣的冷卻結晶是從液相向固相轉變開始的，為了控制結晶過程，必須掌握其相變溫度，銅相粒子的大小決定了浮選回收率，顆粒越大，回收率越高。由於銅渣的複雜性，相變溫度在1000℃~1250℃範圍內，所以爐渣在1000℃以上的緩慢冷卻對於爐渣中銅顆粒的長大至關重要。當冷卻速度小於1℃/分時，爐渣中大約有95%銅顆粒粒度大於10μm，冷卻速度小於5℃/分時，爐渣中大約有92%銅顆粒粒度大於10μm，冷卻速度小於10℃/分時，爐渣中大約有78%銅顆粒粒度大於10μm，渣中大於10μm的銅顆粒含量顯著減小。控制冷卻速度需要保溫措施，通過銅渣餘熱回收項目大大降低了銅渣的冷卻速度，有利於銅粒子的聚集長大，提高浮選回收率。
7.本發明的有益效果：（1）本發明一種銅冶煉系統冶煉渣餘熱回收利用系統，包含了銅冶煉渣餘熱回收的工藝系統和餘熱回收利用，充分實現了銅冶煉渣餘熱回收的目的。本發明根據銅冶煉企業生產布局自由布置，宜布置在渣緩冷場附近，此餘熱回收利用系統是在渣緩冷過程中實現，不影響渣緩冷工藝，且通過本系統可控制銅冶煉渣前期緩冷速率，能夠提高浮選工藝的銅的回收率，同時解決了目前冶煉銅渣在緩冷過程中產生的熱量不能得到有效回收的問題；（2）本發明設備全部全自動化控制，本發明將銅渣的餘熱進行回收利用，貫徹落實了我國雙碳政策，同時也推動了在銅冶煉行業餘熱回收利用和節能降耗工作的發展。
8.本發明可獲得一種銅冶煉系統冶煉渣餘熱回收利用系統及其運行方法。
附圖說明
9.圖1為本發明一種銅冶煉系統冶煉渣餘熱回收利用系統的工藝流程圖；圖2為本發明一種銅冶煉系統冶煉渣餘熱回收利用系統的系統布置圖，1為出渣車間，2為銅冶煉系統冶煉渣餘熱回收利用系統，3為渣緩冷場；圖3為本發明中熱量收集房的俯視圖，4為熱量收集房，5為轉運小車軌道，6為有軌小車，7為地面進風口，8為房頂出風口，9為熱風管道，10為吸風管道；圖4為本發明中熱量收集房的主視圖，4為熱量收集房，6為有軌小車，7為地面進風口，8為房頂出風口，9為熱風管道，11為渣包，12為熱風引風機。
具體實施方式
10.具體實施方式一：本實施方式一種銅冶煉系統冶煉渣餘熱回收利用系統，銅冶煉系統冶煉渣餘熱回收利用系統2設置在出渣車間1與渣緩冷場3之間，所述的銅冶煉系統冶煉渣餘熱回收利用系統2包括渣包運輸系統和熱量回收系統，所述的渣包運輸系統由轉運小車軌道5和有軌小車6組成，所述的熱量回收系統由熱量收集房4、渣包11和熱風引風機12組成；熱量收集房4的入口設置在正對出渣車間1的一側，熱量收集房4的出口設置在正對渣
緩冷場3的一側；所述的熱量收集房4的地面上鋪設有轉運小車軌道5，所述的轉運小車軌道5呈「井」字形；所述的轉運小車軌道5上設置有至少兩輛有軌小車6，所述的有軌小車6內裝有渣包11；所述的轉運小車軌道5的兩側均設置有若干排地面進風口7，所述的地面進風口7的排風口方向對著渣包11的開口的上方；所述的熱量收集房4的房內頂部水平設置有吸風管道10，所述的吸風管道10上均布有房頂出風口8，吸風管道10的出風口通過管路與熱風管道9的進風口連通，所述的熱風管道9的出風口通過管路與熱風引風機12的進風口連通。
11.具體實施方式二：本實施方式與具體實施方式一不同點是：所述的熱量收集房4為鋼結構房體，鋼結構的表面噴塗有防火塗料；鋼結構房體的外部設置有保溫材料，保溫材料的厚度為500mm。
12.其他步驟與具體實施方式一相同。
13.具體實施方式三：本實施方式與具體實施方式一或二不同點是：所述的熱風管道9和熱風引風機12均由304不鏽鋼製成，熱風管道9、吸風管道10和熱風引風機12的外部均設置有保溫材料，保溫材料的厚度為250mm。
14.其他步驟與具體實施方式一或二相同。
15.具體實施方式四：本實施方式與具體實施方式一至三之一不同點是：吸風管道10和房頂出風口8均由316l不鏽鋼製成。
16.其他步驟與具體實施方式一至三相同。
17.具體實施方式五：本實施方式與具體實施方式一至四之一不同點是：所述的轉運小車軌道5的兩側均設置有四排地面進風口7，地面進風口7的管道由304不鏽鋼製成。
18.其他步驟與具體實施方式一至四相同。
19.具體實施方式六：本實施方式與具體實施方式一至五之一不同點是：轉運小車軌道5是由兩條水平設置的軌道與兩條垂直設置的軌道組成的首尾相連的「井」字形軌道。
20.其他步驟與具體實施方式一至五相同。
21.具體實施方式七：本實施方式與具體實施方式一至六之一不同點是：所述的有軌小車6受電動驅動。
22.其他步驟與具體實施方式一至六相同。
23.具體實施方式八：本實施方式一種銅冶煉系統冶煉渣餘熱回收利用系統的運行方法，按以下步驟進行：步驟一、將出渣車間1排出的銅渣裝入渣包11，然後由專用渣包車將裝有銅渣的渣包11轉運至熱量收集房4，並將渣包11放置在有軌小車6內，同時啟動送風裝置經地面進風口7向熱量收集房4內送風，啟動熱風引風機12經房頂出風口8將熱量排至熱量收集房4外進行收集，有軌小車6載著渣包11在轉運小車軌道5上循環行駛；步驟二、直至熱量收集房4內所有的有軌小車6均裝有渣包11且有新的渣包11轉運至熱量收集房4時，將最先轉運至熱量收集房4的渣包11由有軌小車6內轉運至專用渣包車內，再運送至渣緩冷場3進行噴淋強制冷卻；熱量收集房4內剩餘的渣包11重複上述操作。
24.具體實施方式九：本實施方式與具體實施方式八不同點是：熱量收集房4內收集的熱量用於熱風-水換熱站或熱風乾燥機的熱源。
25.其他步驟與具體實施方式八相同。
26.具體實施方式十：本實施方式與具體實施方式八或九不同點是：熱量收集房4內設置有20輛有軌小車6，編號依次為1#~20#，具體運行方法如下：當第一個渣包11轉運至熱量收集房4內時放置在1#有軌小車6上，當第二個渣包11運到時，19#有軌小車6行駛到之前20#有軌小車6的位置，20#有軌小車6行駛到之前1#有軌小車6的位置，此時將第二個渣包11放置在20#有軌小車6上；按上述方式運行至20輛有軌小車6均裝有渣包11時，再運來新的渣包11時，將1#有軌小車6上的渣包11轉運至專用渣包車內，再運送至渣緩冷場3進行噴淋強制冷卻；熱量收集房4內剩餘的渣包11重複上述操作。
27.其他步驟與具體實施方式八或九相同。
28.採用以下實施例驗證本發明的有益效果：實施例1：銅冶煉系統冶煉渣餘熱回收利用系統的設備布置及選型：一、系統布置；銅冶煉系統冶煉渣餘熱回收利用系統2設置在出渣車間1與渣緩冷場3之間，遵循運輸距離最短的原則，保證專用渣包車的運輸距離最短。
29.二、設備選型及功能；1、渣包：渣包容積為12m
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，渣包高度為2910mm，渣包口尺寸為3210mm，渣包材質為zg230-450e，耳軸材質35鋼鍛件，渣包底為球形包底，包底厚≥140mm；包頂厚≥105mm。渣包主要作用為盛裝銅渣，渣包的幾何尺寸可根據生產需求情況變化。
30.2、渣包車：渣包車的型號根據渣包尺寸確定，至少需要配備兩臺渣包車。
31.3、熱量收集房：熱量收集房為鋼結構房，屋頂為錐形帶有屋脊，屋脊下方沿長度方向上布滿吸風管道，管道下方帶有吸風口。鋼結構噴塗防火塗料，熱量收集房全面做保溫層500mm，保證熱量不會散失。熱量收集房的主要作用為形成一個熱輻射密閉空間，能夠將銅渣渣包輻射出來的熱量進行收集。
32.4、軌道：軌道選用38kg/m鐵路專用鋼軌，沿熱量收集房長度方向在內部布置4條鋼軌，供兩列有軌小車行走，熱量收集房進出口兩端各鋪設兩條鋼軌，使鋼軌整體形成「井」字形，有軌小車可實現「回」字形運輸。
33.5、小車：小車採用重型結構，可承載重量70t，承載重量可根據渣包大小變化。小車為電機驅動，主要作用為承載渣包在熱量收集房內做步進移動，實現新渣包進來，熱量收集完的渣包轉出。
34.6、進風口：每列軌道兩側在地面各布置一排進風口，尺寸為500mm
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300mm，高度400mm，進風口材質為304不鏽鋼，進風口方向對準渣包口斜上方。進風口尺寸和數量可根據熱量收集房尺寸變化。
35.7、出風管道及吸風口：熱量收集房中間屋脊下方延熱量收集房長度方向布置600mm
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600mm方形出風管
道，管道下方每隔3米設置一個吸風口。出風管道和吸風口材質為316l不鏽鋼。
36.8、隔熱防火捲簾門：熱量收集房兩端各安裝一組防火隔熱捲簾門，材質為304不鏽鋼，渣包進入和轉出時打開，工作時為常閉狀態。
37.9、熱風引風機：熱風引風機為雙支撐式高溫風機，能夠承受熱風溫度不低於250℃，風量50000nm
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/h，變頻可調。風機外殼和葉輪採用不鏽鋼材質，機殼外部保溫250mm，進出口安裝不鏽鋼膨脹節。風機風量可根據餘熱回收系統規模變化。
38.10、熱風管道：熱風管道採用304不鏽鋼材質，全線管道外部保溫250mm，減少熱量流失。
39.11、熱風-水換熱站：引風機引出的熱風溫度為120℃~150℃，進入熱風-水換熱站，經過循環換熱可將水加溫至50℃~70℃，可供企業生產使用，北方的企業可進行冬季供暖使用。根據需求可選型換熱站。
40.12、熱風乾燥機：引風機引出的熱風溫度在120℃-150℃，進入熱風乾燥機，可對生產所需物料進行乾燥。根據需求可選型熱風乾燥機。
41.工藝路線闡述：銅冶煉廠出渣車間排出的銅渣經渣包盛裝後由專用渣包車轉運至熱量回收房，將渣包放置在有軌小車上。有軌小車載著渣包根據出渣頻率依次進入熱量收集房，當熱量收集房內包位佔滿後，遵循頭進尾出、一進一出原則進行熱量收集，完成熱量收集從尾部出來的渣包再由專用渣包車轉運至渣緩冷場進行下一步噴淋強制冷卻。熱量收集房內地面設置兩排有軌小車進行渣包轉運。熱量收集房內設有通風管道，熱風經過高溫風機引出後進行下一步利用系統。
42.銅冶煉系統冶煉渣餘熱回收利用系統的運行方法，按以下步驟進行：熱量收集房4內設置有20輛有軌小車6，編號依次為1#~20#，具體運行方法如下：當第一個渣包11轉運至熱量收集房4內時放置在1#有軌小車6上，當第二個渣包11運到時，19#有軌小車6行駛到之前20#有軌小車6的位置，20#有軌小車6行駛到之前1#有軌小車6的位置，此時將第二個渣包11放置在20#有軌小車6上；按上述方式運行至20輛有軌小車6均裝有渣包11時，再運來新的渣包11時，將1#有軌小車6上的渣包11轉運至專用渣包車內，再運送至渣緩冷場3進行噴淋強制冷卻；熱量收集房4內剩餘的渣包11重複上述操作。