中小型竖罐炼锌系统的设计和运行

1、中小型竖罐炼锌系统的设计和运行杨友平(柳州锌品集团规划技改部, 广西 柳州 545001摘 要:介绍了国内近10年来中小型竖罐炼锌工艺的情况。阐述了竖罐炼锌工艺中的制团、焦结、竖罐、精馏、煤气制备等过程的设计和实际生产运行经验及存在的问题。关键词:竖罐炼锌; 煤气制备; 设计; 运行中图分类号:TF 813 文献标识码:B 文章编号:1004-2660(2002 02-0030-06On Design and Operation of Medium-and Small-sizeVertical Retort Zinc SmeltingYANG You-Ping(Department of Pl

2、anning and Technical Renovation of Liuzhou Zinc ProductsGroup Corporation, Liuzhou 540031, ChinaAbstract :It introduces the conditions of medium-and small-size vertical retort zinc smelting for recent 10years in China. It expounds experiences of the design and practical production of briquetting, si

3、ntering, vertical retorting, rectification and gas preparation during the process of vertical retort zinc smelting, as well as some problems occured during the actual operation.Key words :vertical retort zinc smelting; gas preparation; design; operation.1 概述近20, 30年来, 发达国家原有的竖罐炼锌系统因日益严格的环保要求等原因而相继停产

4、, 使得全世界锌总产量中竖罐炼锌的比例越来越低。而在我国情况却相反, 由于竖罐炼锌工艺具有投资相对低、原料适应性广、可综合富积回收有价金属、生产成本相对较低、产品质量好等优点, 使得近10年来, 国内建成投产或在原有基础上扩产的年产500030000t 规模的中小型竖罐炼锌厂家有近10家, 新增生产能力11万t/a, 近期准备筹建上马的还有几家, 设计生产能力将超过13万t/a, 见表1。现将各竖罐炼锌系统建设和生产过程中的经验和存在的问题进行分析和总结, 供有关人员参考。第29卷第2期 有色金属设计 Vol. 29No. 2 2002 NONFERRO US METALS DESIGN 20

5、02收稿日期:2002-03-29(, .表1 国内近期竖罐炼锌系统建设情况Tab. 1 Construction Conditions of Vertical Retort Zinc Smel ting System for Recent Years in China柳锌公司葫芦岛炼锌厂锡矿山锌厂昆明万通公司贵州赫章诚达公司曲靖创苑锌厂长沙锌厂建设规模/(t a -1 1250012500300002250015000500018000竖罐数量/台5586427竖罐型号Z40-8Z40-8Z60-12Z60-12Z45-9Z60-12Z60-12、Z40-8有效受热面积/m240406060

6、604560, 40最终产品精锌和氧化锌精锌精锌粗锌精锌精锌粗锌投产时间1993199419961997199819992 中小型竖罐系统的设计2 1 配料及制团由于竖罐炼锌工艺对团矿质量要求较为严格, 原生产工艺流程冗长而复杂, 近期国内投产的竖罐生产系统典型的制团工艺流程作了多次改进, 采用了一些新技术、新工艺和新材料, 效果明显, 其典型流程见图1 。图1 中小型竖罐炼锌制团典型工艺流程Fig. 1 Typical Briquetting Process Flowsheet.上述流程的特点如下:(1 自动化程度较高, 劳动强度低, 基本实现了机械化操作, 特别是原料配料采用电子皮带秤(核

7、子秤 与计算机技术, 使配料精度大幅提高。(2 采用了润湿式棒磨机取代早期的球磨机, 不仅实现了还原煤、锌原料、粘合剂一机多用同时处理, 而且处理后的物料粒度均匀, 混合理想, 部分代替了轮碾的功能; 棒磨机内衬使用了高强度橡胶衬板代替锰钢, , ; 磨料介质方面, 采用锰钢棒代替普通钢, 延长了钢棒的使用寿命, 降低了材料消耗。(3 还原用煤在竖罐炼锌工艺中对团矿质量和蒸馏效率方面有直接影响。作为竖罐炼锌的还原煤应具有焦结性好(G 85 、固定碳高、灰分低、熔点高、含硫低和挥发份适当等特性。经过生产实践摸索, 云南、贵州两省的多家大煤矿的煤种完全符合竖罐炼锌的生产要求, 而且在煤种使用上,

8、突破了原来一直认为的2种或2种以上煤种搭配31第2期 杨友平:中小型竖罐炼锌系统的设计和运行明, 在使用云、贵两省部分大煤矿的单一煤种与混合多种煤种使用无明显区别。(4 在粘合剂选用方面, 中小型竖罐炼锌生产中普遍使用的是木质磺酸钙, 其它类型的粘合剂如粘土、纸浆废液、石灰、沥青等, 由于粘结效果、运输、成本等方面的原因都没有推广使用。近期, 各竖罐炼锌厂家为了降低成本, 在粘合剂替代品上做了多方研究, 对制糖废液(汲水 、普通淀粉、变性淀粉和其它类型粘合剂都进行了小试和工业化试验, 结果, 在团矿抗压力和抛高强度及碾压分散效果等方面, 都不同程度存在不足而没能在实际生产上普及使用。(5 在粘

9、合剂加入方式方面, 由于中小型竖罐炼锌系统都省略了煤的干燥工序, 而南方厂家因为春夏两季雨水偏多, 还原煤偏湿, 其水份含量常在10%左右。如果按原有经验分2次在棒磨机前、棒磨后轮碾机前各加入50%, 会形成粘合剂与物料在棒磨机里粘料的现象, 严重时影响到正常的排料。故多数厂家都取消了棒磨机前的粘合剂加入, 改为全部在双轴合料机上添加。(6 轮碾碾压的目的是把经棒磨磨细的松散物料, 经反复碾压搓揉, 增加其朔性和韧性, 使其比重增大、结合紧密、分散均匀。按国内某大型竖罐炼锌厂的经验, 轮碾碾压次数在4次左右为宜, 但中小型竖罐炼锌企业由于投资有限, 轮碾机一般都选用碾重为4t 的设备, 其转动

10、部分为碾盘而不是碾轮。该机为间隙碾压, 实践得出其最佳数据为:单碾物料重600750kg, 每次碾压时间为1015min, 物料水分为5%左右, 碾压次数为1次。(7 典型设备主要参数见表2。表2 典型罐团矿制团工序设备及参数Tab. 2 Equip ment and Parameters for Typical Briquetting Process设备名称台数规格生产厂家备注润湿式棒磨机1D 1830! 3000广西南宁橡胶衬板湿式轮碾机36D1600! 450南通、衡阳、三明双轴合料机1D400600, L=6m 对辊压密机12D559! 340, 8排碗模南昌、葫芦岛铸钢辊套对辊压团机

11、24D559! 214, 2排碗模南昌、葫芦岛铸钢辊套2 2 煤气制备竖罐炼锌系统的竖罐、焦结、团矿干燥、粗锌精馏提纯都需要大量的热量, 各竖罐炼锌厂除长沙锌厂过去一直沿用重油燃烧供热外, 都使用发生炉煤气。值得一提的是, 在新投入生产的多数竖罐炼锌系统都采用了两段煤气炉发生新技术, 且使用效果很好, 两段煤气炉是在原有单段炉基础上增加了另一段干馏段, 使得加入炉内的燃煤自上而下经过干馏段和气化段, 在干馏段内先完成干燥和干馏等反应过程, 产出煤气, 进而再以半焦形式落入下方的气化段, 进行气化和燃烧而产生下煤气。与单段炉相比, 两段煤气炉具有以下优点:(1 由于增加了干馏段, 煤层高、容量大

12、, 煤在炉内停留时间延长, 气化反应彻表3 两段煤气发生炉产气比较Tab. 3 Comparison Between Gas Generatorsfor Two Sections成分CO 2O 2COCH 4H 2N 2Q 低/(k J m -3上煤气3 00 229 84 018 144 37564下煤气4 80 230 00 42 461 64592混合煤气3 60 230 42 016 946 36791底, 气化效率高达75%80%, 煤气热值明显增加, 见表3。(2 由于利用了煤的挥发份, 两段炉的产气量较相同炉型的单段炉增加许多, 比同样直径单段炉产气量可提高30%40%。某厂在5

13、台2768型竖罐及其配套的焦结、热风炉及3台1260mm 中型精馏炉中, 同时用气时, 只开一台两段煤气炉仍有煤气余量, 其产气量已接近10000Nm 3/h, 而且负荷量可根据用气需要灵活调整。(3 两段炉污染少。由于煤气分上、下两段产出, 可根据需要分开使用。上煤气温度低且含挥发份较高, 大部分焦油成分在上煤气系统冷凝沉积而回收; 下煤气基本不含焦油, 较单段炉相对环境污染减少。上下煤气混合后, 可不经净化直接输送到竖罐、焦结、热风炉和精馏炉, 以粗热煤气形式使用。(4 两段炉内取消了空层, 块煤充满全炉, 加入时块煤间无强烈撞击, 故对煤的机械强度要求可以适当降低, 块煤增加了预热、干馏

14、等过程, 还能增加其机械强度和热稳定性, 减小了结炉现象, 降低了工人的操作强度。2 3 焦结蒸馏中小型竖罐炼锌厂的焦结、竖罐部分的典型工艺流程见图2, 其特点如下: 图2 中小型竖罐炼锌系统竖罐部分典型工艺流程Fi g. 2 Typical Vertical Retort Process Flowsheet(1 由于条件限制, 各厂家所采用的竖罐类型都是Z40-8或Z60-12型(即小中型罐 , 其主要技术参数见表4。也有采用Z45-9型罐, 即在Z40-8型基础上把罐本体加高, 使其受热面积增加, 产量提高。在炉体维护方面, 各厂家都很重视日常扫除和补漏工作, 使得罐体寿命都有所延长, 最

15、多可达20个月。(2 在焦结炉高温烟气处理方面, 各厂家没采用投资大、运行费用高的余热锅炉, 而用高压喷雾降温塔使烟气降温, 经布袋收尘器收集低度氧化锌后经烟囱排空流程。在降温塔上, 由于采用从日本引进的新型喷头, 雾化效果很好, 使得烟气温度迅速从1000降到200左右。表4 Z40-8及Z60-12型竖罐主要技术参数T ab. 4 Main Technical Parameters of Vertical Retortsof Z40-8and Z60-12项目Z40-8型Z60-12型罐体尺寸/mm 27682907326276829010900有效受热面积/m24060单罐产量/t 7

16、58 510 011 0燃料种类粗热煤气净化煤气煤气耗量/(m3 h -1 10001300燃烧室温度/1300134012801350废气出口温度/9501050650750热效率/%37404450渣含锌/%#3#3锌回收率/%94969496耐火材料用量/(t 台-1 260350其中:SiC /(t 台-1 2535单罐寿命/月12151518(3 在团矿焦结方面, 各厂都采用竖井式外热型焦结炉。利用竖罐燃烧产生的高温废气经加入煤气消氧后与团矿垂直相遇以加热团矿, 一般采用高温焦结(850950 ; 焦结室采用汽化炉栅, 所产生的蒸气供两段煤气炉使用, 加排料频率为35次/h, 并自动

17、联锁; 团矿在焦结炉内的停留时间为1h 左右, 其特点是结构简单、易操作控制、生产能力大、团矿质量好, 但同时也存在需要耗用补充煤气, 易受竖罐热工操作影响等缺点。(4 竖罐产生物除了粗锌外, 还有可利用的二冷蓝粉和含CO 浓度很高的炉气。二冷一般采用经改造后的新系统; 蓝粉水通常采用浓密机多级沉淀池渗滤池流程回收蓝粉返回团矿重复使用(其产出率相对粗锌产量为1%左右 。经净化后的二冷水返回二冷系统, 可基本无外排废水, 可减少污染后, 其C O 含量可高达70%以上, 其热值可达10000(kJ 3/m3 , 炉气量为200Nm 3/(台 h , 是很好的燃气, 用管道送到煤气系统中使用。(5

18、 在罐本体的主要材料%碳化硅的使用上, 各厂普遍采用波纹砖作为罐壁材料, 以增加单位受热面积。由于碳化硅材料的价格较为昂贵, 每次中修都得全部拆除重新砌筑, 故各厂家都十分重视碳化硅的质量。目前, 以辽宁省的碳化硅制品质量为最好。有些厂家还试验了氮化物或硅粉结合碳化硅制品, 但都没有推广普及。另外, 在一冷器倾斜部转子使用方面, 试验成功了用碳化硅转子取代易损耗和石墨转子, 还有厂家在转子转轴和转头方面作了改进, 缩短了轴长, 增加了转头叶片厚度, 使转子寿命大幅延长。2 4 精馏提纯大多数中小型竖罐炼锌企业都采用塔式精馏炉加工脱杂提纯生产精锌或优级品氧化锌, 少量粗锌直接外买。塔式精馏工艺是

19、利用锌与杂质元素之间的沸点和熔点不同的特点, 分别多次蒸发冷凝而富集提纯, 其特点如下:(1 产品质量好。由于精馏炉分别脱除沸点比锌高的铅、铁、铜等和沸点低的镉元素, 使得最终产品纯度很高, 精锌纯度高达99 995%, 氧化锌达99 8%以上。而且, 可以控制精馏炉燃烧室的温度和加料量, 以达到灵活调节精馏产量的目的。(2 精馏生产有采用大塔盘的趋势, 即由小型990mm ! 457mm ! 165mm 改为中型1260mm ! 620mm ! 180mm 或1327mm ! 762mm ! 180mm, 产量可提高20%40%, 而且塔盘改大后, 盘内存锌增加使得意外停电时延长热量损失缓冲

20、, 保护塔盘, 延长其寿命。(3 部分厂家在精馏工艺上作了较大改, 34有色金属设计 第29卷第2 期 杨友平: 中小型竖罐炼锌系统的设计和运行 35 品氧化锌 2 种产品, 而且可根据市场销售情 况调节 2 种产品的比例, 做到效益好的多生 产。 ( 4 在精馏炉塔盘组合方面, 各厂家都 进行了改进, 改 变了蒸发 盘与回流 盘的比 例, 增加蒸发盘数量, 减少回流盘, 加强了 脱杂能力, 精馏产品质量有大幅改进。 以确保连续稳定生产。 ( 3 在整个竖罐生产过程中, 多处大量 使用煤气及含 CO 高的炉气。由于煤气及炉 气无色、无味、易爆炸, 且管线长, 所以安 全使用至关重要。特别是使用粗热煤气的厂 家, 由于粗煤气没经过净化, 其焦油和煤粉 夹带校 多, 易在 管道中沉 积, 影响 煤气输 送; 有些厂家在生产控制上采用变换煤种、 加强生产控制、增加除焦油装置或双管道输 送等措施来克服