铜冶炼缓冷余热回收技术应用

铜冶炼缓冷余热回收技术应用

褚世君通信作者1，牛 ,欢1，赵克蕾1,，马明皓1,，蔡 ,杨1

1. 天津市工业和信息化研究院（天津市节能中心）,天津  300110

摘要：针对铜冶炼渣缓冷过程余热回收利用可行性进行分析探讨，计算余热量及经济性分析。结果表明在不影响渣包冷却效果的前提下，可以回收大量余热用于发电、冬季供暖等用热需求，具有较好的经济效益。

关键词：铜冶炼；缓冷；热回收；余热发电

Application of waste heat recovery technology for

slow cooling in copper smelting

Abstract: The feasibility of recovery and utilization of waste heat in the slow cooling process of copper smelting slag is analyzed and discussed, the calculation of waste heat and economic analysis are carried out. The results show that under the premise of not affecting the cooling effect of the slag bag, a large amount of waste heat can be recovered for power generation，winter heating and other heat needs, which has good economic benefits.

Key words: copper smelting; slow cooling; heat recovery; waste heat power generation;

铜冶炼渣含有大量的有价元素，是重要的二次金属资源。在铜冶炼渣处理的过程中，使熔融冶炼渣中的铜硫化物和金属铜结晶颗粒长大，有利于对后续浮选法选铜，因而缓冷工艺被广泛应用。缓冷过程伴随着大量热量释放，存在显著的热回收效益。

铜冶炼厂熔炼炉渣处理一般分为两种方法，一种是经过电炉贫化后水淬外卖或堆存，一种是通过缓冷后磨浮回收渣中的铜。电炉贫化得到的弃渣通常含铜在 0.5%~0.8%之间,而采用缓冷一磨浮工艺的弃渣含铜不会超过 0.35%通常在0.2%~0.3%之间，因此缓冷一磨浮工艺能更多地回收渣中的铜。随着铜价的上升及各厂精细化管理的要求，国内大型铜冶炼厂越来越倾向于采用炉渣缓冷一磨浮的流程处理炉渣，回收其中的铜。

熔炼过程均为高温过程，炉渣以熔融态存在，因此在送磨浮之前需要配备相应的缓冷场地以进行炉渣的缓冷。目前铜炉渣缓冷方式一般有自然冷却、喷淋缓冷方式。本文结合缓冷散热量、渣包数量选择、余热回收利用等方面阐述渣缓冷余热回收需要考虑的问题，测算余热回量及经济收益。

1散热量计算

1.1铜渣物性参数：密度 3580 kg/m³，比热 1100 J/(kg·K)，导热系数1.186 W/(m·K)，表面发射率0.8，动力粘度 0.156 kg/(m·s)，凝固温度为 1145℃，熔化温度为 1070℃，融化潜热 209kJ/kg。

1.2渣包外壳物性参数：密度 7830 kg/m³，比热容 464 J/(kg·K)，表面发射率0.8。

1.3铜渣的初始温度大约为 1250℃，而最终倒渣温度≯50℃。

1.4根据以上数据，以10m³渣包为例，计算散热量：

Q总=10m³* 3580 kg/m³*1.1k J/(kg·K)*（1250-50）℃/3600=13126kwh

其中1250~100℃高温段散热量：12579kwh，约占总散热量95.8%。

2 缓冷场布置

为了满足炉渣缓冷工序的正常运转，必须按照炉渣量、散热量、散热时间，计算确定缓冷场布置及渣包数量。炉渣通过渣包车运输到缓冷场后首先放置在渣包位上进行冷却，待渣包温度降至低于50℃，运至冷轧粗碎堆存区。

按照高温缓冷时间60小时计算，以每小时产炉渣35.8t（1渣包容量）为基准单元进行计算，缓冷场内共需布置渣包60个，缓冷场内每小时散热量13126kwh，其中高温散热量12579kwh。

图1缓冷场渣包布置图

3、余热回收方案

通过对缓冷场内尺寸送入冷风方式进行降温，送风温度90℃，回风温度180℃，通过热风通过余热锅炉，制取0.1Mpa微压蒸汽，每小时产蒸汽约17.97吨。

图2余热锅炉布置简图

通过对渣包表面平均温度进行模拟分析，在此送回风工况下，渣包外表面温度均维持在400℃以上，负荷缓冷及热回收温度需求。

图3 渣包外表面平均温度变化规律

4余热利用

4.1 ORC 以低沸点有机物为工质，回收低品位热能的朗肯动力循环。ORC 主要由蒸发器、膨胀机、冷凝器和工质泵4个主要设备构成，其工艺流程如图3所示。有机工质在蒸发器中进行热量交换，产生相态变化，生成过热蒸汽，蒸汽进入膨胀机做功，进而带动发电机或其他动力机械。从膨胀机排出的乏气在冷凝器中冷凝成液态，通过工质泵加压重新回到换热器。如此完成一个循环，从而实现了对余热资源的回收利用。

通过缓冷场热回收产生的17.97t/h低压蒸汽驱动ORC余热发电设备进行发电，发电功率约1100kw，年发电量8800000kwh，按照平均电价0.7元/kwh计算，此部分热回收每年可产生616万元节能收益。

图4 余热发电工艺流程图

4.2 进一步回收余热发电设备产生的冷却水、冷凝水，搭配热泵设备，还可提供大量低温热水，用热冬季采暖等用途。

5结论

铜冶炼缓冷渣选再回收，作为铜冶炼行业新兴技术，被普遍采用，结合缓冷工艺进行余热回收，相比传统自然冷却提升了冷却速度，减小了冷却场地；相比喷淋冷却减少了水资源利用。在不影响工艺质量的前提下，回收了大量能源，提高了经济效益。综上所述，铜渣缓冷热回收技术在当前及未来有着巨大的应用前景。

参考文献

[1] 何峰. 某铜冶炼厂缓冷场工艺设计浅谈[J]. 有色冶金设计与研究，2015，36(4)：30-35.

[2] 王国红. 铜冶炼炉渣缓冷技术研究与生产实践[J]. 铜业工程，2014(4)：27-30.

[3] 张海鑫. 浅谈铜冶炼渣缓冷工艺[J]. 中国有色冶金，2013，42(3)：32-37.