炼锑反射炉天燃气供热工业试验

　　要: 由于传统燃煤炼锑反射炉在热利用率、冶炼时间、环保等方面存在许多不足，必须采用更加高效、环保的能源对反射炉进行升级。通过对炼锑反射炉天然气供热的试验数据分析可知，单位冶炼时间从原来的 2. 11 h /t 缩短到 1. 82 h /t，泡渣含锑率从原来的 10. 28% 降至 7. 96% ，吨锑能耗为原来的 70. 12% ，二氧化硫减排为 5. 86 kg /t。经济效益和环保效益显著，每年可节约成本 346. 98 万元。

　　本文源自罗 燊，金贵忠 湖南有色金属 第 37 卷第 3 期 2021 年 6 月

　　关键词: 锑冶炼; 天然气; 供热

　　目前，锑冶炼企业大部分采用火法工艺，其工艺主要是: 鼓风炉挥发熔炼—反射炉还原熔炼。反射炉炉体结构为火室和炉膛连接，火室燃烧烟煤后提供热量供炉膛锑氧还原熔炼和精炼，其还原机理如下:

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

　　为了反应的顺利进行，反射炉采用间接供热保证反应所需要的温度，升高温度可以改善固体表面的活性，提高反应速度[1]。

　　燃煤反射炉由于烟块煤在火室中集中燃烧，造成局部高温，特别是在加煤和打溜子时，温度变化较大。在生产过程中，通常是因为火室与炉膛连接部———火间墙损坏，而不得不进行维修; 燃煤反射炉在燃烧的过程中，产生低浓度SO2 和含煤焦油等挥发物，不符合国家环保政策要求，也加快了布袋室布袋的损耗; 燃煤反射炉劳动强度较大，火室与炉膛连通，会造成少量锑含量损失; 燃煤反射炉炉膛温度只有 650 ～ 900 ℃，熔化还原速度慢，冶炼时间长。现根据锡矿山闪星锑业有限责任公司天然气供热的试验数据分析，为炼锑反射炉使用清洁能源提供依据，同时提高炼锑反射炉的生产效率，降低冶炼成本。

　　1 试验方案

　　1. 1 理论依据

　　煤的燃烧效率为 55% ，热利用率为 85% ，天然气的燃烧效率为 95% ，热利用率 95% 。根据热值换算公式:

　　天然气用量 × 天然气热值 × 95% × 95% = 煤用量 × 煤热值 × 55% × 85% 煤与天然气对比见表 1。

　　1. 3 试验方法及装置

　　对炼锑反射炉进行改造，取消反射炉火膛。液化天然气经槽车装运到厂区，连接汽化器汽化，通过输气管道进入反射炉燃烧装置，燃烧装置经由自动控制系统控制一定的风气比，使天然气与空气混合在炉膛内集中燃烧，对反射炉炉膛直接加热。天燃气试验装置示意图如图 1 所示。

　　1. 4 试验情况

　　本次试验从 2020 年 8 月 4 日开始至 11 月 5 日结束，首次对炼锑反射炉进行了 15 批次试验，并取传统反射炉 2018 年、2019 年及 2020 年 1 至 8 月综合数据进行了对比，其主要技术经济指标见表 4、表 5。

　　1. 5 试验结果分析

　　1. 5. 1 温度对比

　　和传统反射炉相比，在反射炉熔炼阶段，天然气供热反射炉炉温明显升高，熔体表面温度持续稳定在 1 000 ℃ 以上，而传统反射炉烟煤因间断燃烧，火焰温度波动大，且炉头炉尾温度波动大，炉膛熔体表面温度为 650 ～ 900 ℃。熔炼期监测每班炉内温度的情况如图 2 所示。

　　1. 5. 2 单位冶炼时间对比

　　因天燃气供热反射炉能持续提供高温，在锑氧配料( 还原煤、纯碱) 充分的情况下，尤其是改为双喷嘴以后，每班可进料 3 ～ 4 次，而同等情况下，传统反射炉每班最多进料 2 次。由表 5 可知，双喷嘴天燃气供热反射炉平均单位冶炼时间为1. 82 h /t，而传统反射炉单位冶炼时间近 3 年最好为 2. 11 h /t，故单位冶炼时间缩短了 0. 29 h /t。

　　1. 5. 3 泡渣含锑率对比

　　双喷嘴天燃气供热反射炉还原熔炼温度高于传统反射炉，泡渣含锑率为 7. 96% ，而传统反射炉泡渣含锑率近 3 年最好为 10. 28% ，故泡渣含锑率下降了 2. 32% 。

　　1. 5. 4 单位能耗对比

　　因天燃气热值达 35 700 kJ/m3 ，在充分燃烧下，天燃气利用率高，尤其是双喷嘴改造后，火焰直接作用于物料，其热利用率高。传统燃煤反射炉近三年烟块煤单位产品消耗最优为 292. 93 kg /t，吨锑能耗为 292. 93 ×25 200 = 7 381 836( kJ) ; 单喷嘴天燃气反射炉吨锑消耗为 155. 78 m3 /t，吨锑能耗为 155. 78 × 35 700 =5 561 346( kJ) ，为燃煤反射炉的 75. 34% ; 双喷嘴天燃气反射炉吨锑消耗仅为 144. 99 m3 /t，吨锑能耗 144. 99 × 35 700 = 5 176 143( kJ) ，为燃煤反射炉的 70. 12% 。

　　2 经济效益分析

　　2. 1 产品单位冶炼时间

　　根据公司财务预算相关数据，炼锑反射炉综合冶炼加工费为 1 871. 19 元/t，其中烟块煤费用为 336. 9 元/t，双喷嘴天燃气供热反射炉平均单位冶炼时间为 1. 82 h /t，传统反射炉单位冶炼时间 2. 11 h /t，故影响成本计算公式如下: 2. 11 -1. 82 2. 11 × ( 1 871. 19 -336. 9) =210. 87( 元)

　　根据上述计算方法，缩短单位冶炼时间影响单位产品成本下降 210. 87 元。

　　2. 2 泡渣含锑率

　　根据公司 2020 年财务预算相关数据，锑品单价为 39 115. 49 元/t，泡渣单价为 31 500 元/t，双喷嘴燃气供热反射炉泡渣含锑率为 7. 96% ，传统反射炉为 10. 28% ，故影响成本计算公式如下: ( 39 115. 49 - 31 500) × ( 10. 28% - 7. 96% ) = 176. 68( 元/t) 根据上述计算方法，泡渣含锑率降低影响单位产品成本下降 176. 68 元。

　　2. 3 供热燃料

　　天燃气价格为 3. 8 元/m3 ，烟块煤计划价格为 1 150元/t，根据单位能耗对比( 1. 5. 4) ，双喷嘴天燃气反射炉单位能耗为 144. 99 m3 /t，传统反射炉烟块煤单位产品消耗为 292. 93 kg /t，故供热燃料方面影响成本计算公式如下: 3. 8 × 144. 99 - 1 150 × 292. 93 ÷ 1 000 = 214. 06 ( 元/t) 根据上述计算方法，天燃气供热降低影响单位产品成本升高 214. 06 元。

　　三项指标合计节 约 成 本: 210. 87 + 176. 68 - 214. 06 = 173. 49 元，根据计划年锑品产量 20 000 t，每年可以节约成本 346. 98 万元。

　　3 环保效益

　　燃煤反射炉烟块煤消耗为 292. 93 kg /t，烟块煤含硫约为 1% ，故燃煤反射炉单位产品所产生的二氧化硫计算如下: 292. 93 × 1% × 2 = 5. 86( kg /t) 根据计划年产锑品产量 20 000 t，每年可以减少二氧化硫排放量 117. 17 t。

　　4 结论与建议

　　该炼锑企业炼锑反射炉利用天然气替代传统燃煤供热后，取得了很好的经济效益和环保效益:

　　1. 升温速度快，温度稳定。天燃气供热根据生产需要，可对天燃气流量和空气流量的大小进行控制，在较短的时间内，达到冶金炉体需要的温度指标要求。单位产品冶炼时间缩短了0. 29 h /t，能进一步提升了锑品的生产能力。

　　2. 燃烧效率高，没有火室。天燃气在燃烧器内与空气混合均匀后，直接进入炉膛内充分燃烧，与炉料充分接触。炉体密封性好，燃烧效率相比燃煤方式较高。

　　3. 绿色高效，清洁环保。由于天然气的主要化学成份是甲烷、乙烷等烷类物质，含硫很低或基本无硫，燃烧后的主要物质为水和 CO2，所以采用天燃气供热的燃烧方式，相比燃煤更加清洁环保，可有效降低空气污染问题和环保相关费用。

　　4. 员工减少了拖煤、打火、打溜子等作业，劳动强度有所降低。

　　5. 传统炼锑反射炉炉内长度只有 5 m，天然气燃烧后会有大量的热量会随烟气进入尾气系统，热利用率未达到理想状态。故建议更改炉型，增加炉内空间长度。