湖南有金属
ＨＵＮＡＮＮＯＮＦＥＲＲＯＵＳＭＥＴＡＬＳ
第３７卷第３期
电梯应急装置
２０２１年６月
作者简介：尹代冬（１９８７－），男，工程师，主要从事有冶金等行业节地能空调
能、清洁生产及相关规划研究工作。
·环 保·
尹代冬
（湖南有金属研究院有限责任公司，湖南长沙 ４１０１００）pttptt
摘 要：分析稀贵金属综合回收火法冶炼过程中产生的烟气余热特点，并结合现有工艺技术情况，以某园区稀贵金属综合回收项目冶炼烟气余热情况为例，采用自然循环余热锅炉和凝式汽轮发电机组进行余热发电，节能减排效果显著，对于提高园区能源利用率、降低其能耗、减少排放有着重要意义。 关键词：稀贵金属；综合回收；余热利用；节能减排
中图分类号：ＴＫ１１５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００３－５５４０（２０２１）０３－００５２－０４
某园区稀贵金属综合回收项目主要是利用各类冶金废渣（料）为原料，通过火法和湿法联合生产工艺综合回收其中的贵金属（金、银、铂、钯）、稀有金属（铟、硒、碲）和有金属（铅、锌、铋、铜、锑、锡、镍）等。其中火法冶炼产生的烟气主要通过表面冷却和除尘后进行排空，未对烟气余热进行有效的回收利用，造成能源浪费。而在有冶金的余热资源中，烟
气余热占余热量比例达８０％［１，２］
，因此，应加强对该园
区稀贵金属综合回收项目冶炼烟气的余热回收利用。
１ 火法冶炼工艺概述
稀贵金属综合回收火法冶炼工序主要有富氧熔池熔炼、烟化炉吹炼、回转窑焙烧、还原炉熔炉、氧化炉精炼等，工艺流程如图１所示，其主要工艺概述如下。
１ １ 富氧熔池熔炼
低品位复杂物料及自产炉渣经过配料制团后进入富氧熔池熔炼炉，保持炉内温度１０５０～１４００℃，还原熔炼过程中连续将熔炼所需的富氧气体从设在富氧负压熔炼炉侧部的氧气喷入口喷入炉内，
混合物料在炉内进行熔化、氧化、造渣、还原，少量金属硫化物、绝大部分的金属经氧化还原均转化为金属，富集于合金中，实现有价金属的初步分离。出口烟气
经表面冷却和除尘后送尾气脱硫或制酸系统。
图１ 稀贵金属综合回收冶炼工艺示意图
１ ２ 烟化炉吹炼
为了最大限度地减少熔炼炉渣对环境可能造成的二次污染，将炉渣送烟化炉进行无害化处理。将粉煤喷入炉膛燃烧，使炉温升至１２００～１３００℃，首先铅、锌等金属化合物被还原剂还原，单质金属挥发进入炉气中，被氧化成氧化铅、氧化锌等金属氧化物，含尘烟气进入低压脉冲袋式除尘器回收次氧化
锌，回收的氧化锌进入回转窑焙烧，烟化炉渣经水淬后外售用于建材。
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第３期尹代冬：稀贵金属综合回收项目冶炼烟气余热利用研究
１ ３ 回转窑焙烧
富氧熔池熔炼产生的次氧化锌及其它含锌物料采用回转窑焙烧脱除氟氯等，焙烧温度６００～７００℃，产出的焙烧料送硫酸锌等工序，焙烧炉产出的烟气温度在６００～７００℃，经表面冷却器冷却，布袋收尘后送往烟气脱硫系统，产出的烟尘含氟、氯高，出售给有资质的企业处理。
１ ４ 还原炉熔炉
电解产出的阳极泥与自产的铅银渣、金渣等还原熔炼在贵铅转炉内进行，炉料经逐渐升温至熔化，保持炉温１２００～１３００℃，用风管向金属液面吹风氧化，经沉淀后出炉，获得的贵铅送灰吹炉氧化精炼。此过程产生贵铅灰吹炉烟气，经表面冷却＋布袋收尘＋碱液喷淋塔后外排，布袋收尘处理后的烟尘外售。
１ ５ 氧化炉精炼
氧化精炼过程在氧化炉（分银转炉）中进行。贵铅氧化精炼的操作，包括进料、熔化、造渣、出渣和出炉等工序。把贵铅加入炉内，然后点火升温至９００℃以上，使炉料熔化。炉料熔化后往熔池表面吹风，炉料中的杂质被氧化，形成浮渣，不断清除浮渣。然后升温控制炉温在１２００℃左右，合金中含银、金达９５％以上即可出炉。最后把合金铸成阳极板送电解提金、银。此过程产生的分银炉烟气与贵铅灰吹炉烟气一起经表面冷却＋布袋收尘＋碱液喷淋塔后外排。
２ 烟气余热特点及回收利用方案分析
稀贵金属综合回收项目火法冶炼工艺烟气余热具有如下特点：
１ 烟气温度较高。主要冶炼炉窑如烟化炉、氧化炉、还原炉烟气温度一般在１０００℃以上，回转窑温度在６００～７００℃，中高温烟气具有较高的余热回收价值。
目前，对于有冶炼过程中烟气余热能级高的余热回收，优先考虑使用余热锅炉生产饱和蒸汽发电［３］。汽轮机发电机组主要有背压式、抽背式及凝汽式汽轮机，背压式、抽背式汽轮机多用于热负荷全年稳定的企业自备电厂或有稳定的基本热负荷的区域性热电厂，因此推荐采用凝汽式汽轮机发电。
２ 烟气含尘量大。主要冶炼炉窑如回转窑、烟化炉、氧化炉、还原炉烟气中含尘量达１００～１５０ｇ／ｍ３，烟气含尘量远超过一般的工业窑炉，并且烟尘的物化性质极其恶劣，在烟气温度高、含低熔点烟尘量大情况下，容易粘结、积灰，容易磨损和堵塞余热回收设备。
针对烟气含尘量大、容易磨损和堵塞余热回收设备的特点，推荐采用自然循环的余热锅炉，该锅炉有足够大的汽水分离空间，筒体上设有人孔、手孔以利于锅炉内部检查，锅炉受热面部分的烟灰容易清洗，水侧热负荷比较低，不易结垢，便于维修。同时配置吹灰效果好的气能激波旋转吹灰器清除锅炉积灰，减少积灰对余热回收设备的磨损和堵塞。
３ 热负荷不稳定。由于原料来源为各类冶金废渣（料），成分较为复杂，主要工艺生产过程一般不连续或周期性变动，烟气温度、流量、成分变化较大，导致热负荷不稳定。
为了避免热负荷不稳定导致余热锅炉产汽不均的情况，余热锅炉采用自然循环，安全省电，同时装设变压式蒸汽蓄热器，有效地稳定锅炉负荷，改善锅炉运行条件，提高锅炉效率。
综上分析，针对稀贵金属综合回收项目冶炼烟气余热特点，采用自然循环的余热锅炉和凝式汽轮发电机组进行余热发电，同时配置气能激波旋转吹灰器清除锅炉积灰、装设变压式蓄热器稳定锅炉负荷。烟气余热发电流程示意图如图２所示。
１ 烟气余热系统。烟气输送系统由自预留接口接出后架空敷设至余热锅炉，烟气经余热锅炉锅筒自然循环受热烟道后，经脱硫除尘达到排放标准后通过烟囱排入大气。
２ 发电系统。余热锅炉的主蒸汽由主汽口排出，汇入集汽联箱后经蒸汽蓄热器稳流、调压后，经主蒸汽管道进入蒸汽轮机做功，再由汽轮机带到发电机将机械能变为电能。汽轮机产生的乏汽进入凝汽器凝结为水，经凝结水泵送回余热锅炉除氧器，最后进入锅炉循环使用。
图２ 烟气余热发电示意图
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湖南有金属第３７卷
３ 余热发电方案设计３ １ 出口高温烟气参数
该园区稀贵金属物料综合回收企业现有回转
窑、烟化炉、氧化炉、还原炉各４台，各工业炉窑出口
高温烟气参数见表１。
表１ 工业窑炉出口高温烟气参数
项目名称回转窑烟化炉氧化炉还原炉工况烟气流量／ｍ３·ｈ－１２２７３３１２５００９６６７６４４５烟气温度／℃６５０１１２５１２５０１３００烟气压力／Ｐａ－１００－１００－１００－１００烟气中含尘量／ｇ·ｍ－３１００～１５０１００～１５０１００～１５０１００～１５０ＣＯ２／％１９ ００１１ ９４１１ ９０１３ ９０ＳＯ２／％１ ０００ ５００ ５００ ５０Ｏ２／％２ ４６４ ６０４ ６０５ ８０Ｎ２／％６７ ３４７５ １３７５ １７７５ １７Ｈ２Ｏ／％１０ ２０７ ８３７ ８３４ ６３理论焓值／ｋＪ·ｍ－３１１１５ ５２１０６ ８２２９６ ９１８０９ ２
３ ２ 余热量计算
由表１烟气成分可计算出烟气的酸露点温度为１７４～１８９℃，设置余热锅炉出口烟气温度为２５０℃，出口烟气理论焓值约为３４３ ６ｋＪ／ｍ３。余热锅炉按余热回收效率０ ８５进行计算，余热回收量共计５７７２８５５３ｋＪ／ｈ。余热锅炉可回收余热量计算见表２。
表２ 余热锅炉回收热量计算
项目名称回转窑烟化炉氧化炉还原炉设计工况烟气流量／ｍ３·ｈ－１２２７３３１２５００９６６７６４４５高温烟气焓值／ｋＪ·ｍ－３１１１５ ５２１０６ ８２２９６ ９１８０９ ２低温烟气焓值／ｋＪ·ｍ－３３４３ ６３４３ ６３４３ ６３４３ ６焓差／ｋＪ·ｍ－３７７１ ９１７６３ ２１９５３ ３１４６５ ６锅炉回收烟气热量／ｋＪ·ｈ－１１４９１５４６２１８７３４０００１６０５０１６８８０２８９２３
３ ３ 余热锅炉配置
对生产用的回转炉、烟化炉、氧化炉、还原炉分别配置１台余热锅炉，共计１６台余热锅炉。余热锅炉性能参数设置见表３。
表３ 余热锅炉性能参数表
项目名称回转窑炉余热锅炉烟化炉余热锅炉氧化炉余热锅炉还原炉余热锅炉主蒸汽温度／℃２２６ １２２６ １２５０ ４２５０ ４
主蒸汽压力／ＭＰａ２ ６２ ６４ ０４ ０
主蒸汽焓值／ｋＪ·ｋｇ－１２８０１ ６２８０１ ６２８０１ ６２８０１ ６给水温度／℃１０４１０４１０４１０４
给水焓值／ｋＪ·ｋｇ－１４３６ ４４３６ ４４３６ ４４３６ ４
理论锅炉流量／ｔ·ｈ－１６ ３７ ９６ ８３ ３
设计锅炉流量／ｔ·ｈ－１６８７３排烟温度／℃２５０２５０２５０２５０台数／台４４４４
３ ４ 发电机组设置
根据表３计算，１６台余热锅炉可供蒸汽约９６ｔ／ｈ，主蒸汽焓值２８０１ ６ｋＪ／ｋｇ，发电效率按照２０％设计，计算出发电功率为：
Ｑ
发电
＝２８０１ ６×９６×１０３×３０％÷３６００＝１５（ＭＷ）为减少输送损耗，设置２台７ ５ＭＷ凝式汽轮发电机组。余热发电机组经济技术指标见表４，年运行时间７２００ｈ。
４ 综合效益分析
４ １ 经济效益
根据表４，２台７ ５ＭＷ凝式汽轮发电机组年发
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第３期尹代冬：稀贵金属综合回收项目冶炼烟气余热利用研究
表４ 余热发电机组经济技术指标
指标名称
余热发电电站装机容量／ＭＷ２×７ ５计算发电功率／ｋＷ２×７３５０年发电量／万ｋＷｈ２×５２９２
电站运转率／％相对窑运转率９９％以上
电站自用电率／％１０年供电量／万ｋＷｈ
２×４７７５
电量达２×５２９２＝１０５８４万ｋＷｈ，年供电量达２×４７７５＝９５５０万ｋＷｈ，按照当地电价０ ５８元／ｋＷｈ计算，年供电经济效益５５
３９万元。余热发电总投资预计为１０８００万元，年供电收益占总投资的５１ ２９％，计算静态投资回收期为１ ９５ａ，投资回收期较短，具有较好的经济效益。４ ２ 环境效益
通过回收烟气余热产生蒸汽发电，可等量替代燃煤发电，减少燃煤发电产生的ＣＯ２、ＳＯ２、ＮＯｘ对环境的污染。根据区域电力折标系数和排放系数计算，年可节约标准煤２ ９４万ｔ，年减排ＣＯ２７ ３３万ｔ、ＳＯ２０ ２２万ｔ、ＮＯｘ０ １１万ｔ，见表５，具有较好的环境效益。
表５ 余热发电环境效益计算
环境效益指标
年供电量
蒸煮柜
计算系数
年减少量节能减排
９５５０×１０４
ｋＷｈ
折标准煤系数：０ ３０８ｋｇｃｅ／ｋＷｈ
２ ９４万ｔｃｅＣＯ２排放系数：０ ７６８ｋｇ／ｋＷｈ７ ３３万ｔＳＯ２排放系数：０ ０２３ｋｇ／ｋＷｈ０ ２２万ｔＮＯｘ排放系数：
０ ０１２ｋｇ／ｋＷｈ０ １１万ｔ
５ 结 语
随着我国绿低碳循环发展经济体系的推进，加强对冶炼烟气余热回收利用是有冶金行业的必然选择。针对稀贵金属综合回收项目冶炼烟气温度高、含尘大、热负荷不稳定的特点，可采用自然循环的余热锅炉和凝式汽轮发电机组进行余热发电，同时配置气能激波旋转吹灰器清除锅炉积灰，装设变压式蓄热器稳定锅炉负荷，实现烟气余热利用，具有较好的经济效益和环境效益。
参考文献：
［１］ 张健敏，于海 有冶金烟气余热回收利用［Ｊ］ 冶金能源，
２０１１，（２）：５９－６０
［２］ 彭丹武 典型有金属冶炼烟气余热回收利用研究［Ｊ］ 福建
瑞利衰落建材，２０１５，（１０）：８８－８９
［３］ 于海 典型有金属冶炼烟气余热回收利用研究［Ｄ］ 沈阳：
东北大学，２０１１美乳レフリーに反则技
收稿日期：２０２１－０３－０１
ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＷａｓｔｅＨｅａｔＵｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｆＳｍｅｌｔｉｎｇＦｌｕｅＧａｓｉｎＲａｒｅａｎｄＰｒｅｃｉｏｕｓＭｅｔａｌｓＣｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅＲｅｃｏｖｅｒｙＰｒｏｊｅｃｔ
ＹＩＮＤａｉ ｄｏｎｇ
（ＨｕｎａｎＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＮｏｎｆｅｒｒｏｕｓＭｅｔａｌｓＣｏ ，Ｌｔｄ ，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１０１００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｆｌｕｅｇａｓｗａｓｔｅｈｅａｔｇｅｎｅｒａｔｅｄｉｎｔｈｅｐｙｒｏｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌｐｒｏｃｅｓｓｏｆｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｒｅｃｏｖｅｒｙｏｆｒａｒｅａｎｄｐｒｅｃｉｏｕｓｍｅｔａｌｓ，ａｎｄｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔａｋｉｎｇｔｈｅｓｍｅｌｔｉｎｇｆｌｕｅｇａｓｗａｓｔｅｈｅａｔｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆａｐａｒｋ＇ｓｒａｒｅａｎｄｐｒｅｃｉｏｕｓｍｅｔａｌｓｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｒｅｃｏｖｅｒｙｐｒｏｊｅｃｔａｓａｎｅｘａｍｐｌｅ，ｕｓｉｎｇｎａｔｕｒａｌｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎｗａｓｔｅｈｅａｔｂｏｉｌｅｒａｎｄｃｏｎｄｅｎｓｉｎｇｓｔｅａｍｔｕｒｂｉｎｅｇｅｎｅｒａｔｏｒｕｎｉｔｆｏｒｗａｓｔｅｈｅａｔｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ，ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｅｎｅｒｇｙｓａｖｉｎｇａｎｄｅｍｉｓｓｉｏｎｒｅｄｕｃｔｉｏｎｉｓｒｅｍａｒｋａｂｌｅ，ｗｈｉｃｈｃａｎｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｅｎｅｒｇｙｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｒａｔｅｏｆｔｈｅｐａｒｋａｎｄｒｅｄｕｃｅｉｔｓｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ Ｒｅｄｕｃｉｎｇｅｍｉｓｓｉｏｎｓｉｓｏｆｇｒｅａｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ
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