阳极炉烟道结构优化实践

1.前言

弘盛铜业阳极精炼工序配有2 台680 吨回转式阳极炉，炉体直径 5m ，长度 14.5m 。阳极炉烟气依次经水冷烟罩、烟道、遥感清灰装置、阳极炉布袋及风机，烟道全段采用钢爪+浇注料形式。自2022 年10 月投产以来，阳极炉烟道有部分支撑变形，管道下沉，且伴有耐火材料脱落的情况，导致管道钢壳直接与高温烟气接触而漏火。为不影响生产的正常进行，通过加固管道支撑、挖补破损处、清理烟道内部掉落的耐火材料等方式对烟道进行临时处理，但临时处理的烟道约30 天就会再次出现破损的情况，效果不佳。为此，在2023 年7 月份，对2#阳极炉烟道进行了部分更换。在2023年8 月份，对1#阳极炉的烟道进行了部分更换。对部分烟道进行更换后仍不能保证长时间使用，同时浇注料坍塌，导致烟道堵塞，极大的影响负压，不利于生产正常运行。故在2024 年4 月中修期间，对阳极炉烟道进一步优化改造。

2.原因分析

阳极炉在不同阶段烟气温度及成分差别较大，如表 1。在阳极炉还原期间，存在部分未利用的天然气直接进入烟道内二次燃烧，导致该阶段阳极炉烟道热负荷偏大，且还原期和其它时期烟气的温差较大。其次，阳极炉烟道采用钢爪 ⋅+50mm 的铝铬浇铸料，与冶炼厂常用砖砌烟道相比，浇铸料更容易受到温差影响而伸缩变形，出现开裂、脱落的情况，影响烟气走向，最终使得烟管钢壳直接与高温烟气接触而坍塌变形。

表1 阳极炉烟气温度及成分表

3.结构优化

根据阳极炉烟气温度，分为三个温度区间：高温区（ 800^∘C 以上）、次高温区（ 500-800^∘C ）和低温区（ 500^∘C 以下）。不同温度区间采用不同的优化方式。高温区为烟道入口弯头段，该段采用316L 不锈钢水套式结构，如图 1 所示。有效降低烟气温且保证烟道耐高温性，不再出现破损漏烟的情况；烟道次高温区域为弯头后水平段20 米，采用高铝砖砌筑，增加烟道的耐高温性的同时保证烟道不会因为砌筑而增加重量，同时利用砖缝平衡烟道由于温差过大的膨胀与收缩，使得该段耐火材料不会因为温差而发裂脱落；烟道低温段仍采用钢爪 .+ 铝铬浇注料浇注定型砌筑。

图1 不锈钢水套式烟道图

4.效果分析

通过本次改造，解决了烟道坍塌、结焦问题，炉内负压效果明显变好，从改造前到目前为止，阳极炉烟道再未发生过垮塌问题。

通过新增水冷烟管对烟气进行冷却，摇杆清灰装置入口烟温明显降低，改造前还原期摇杆清灰装置入口烟温能达到 600^∘C 左右，改造后入口烟温已降低至 300⋅400^∘C ，使得摇杆清灰板式冷却器冷却风机运行频率降低，原风机运行频率在20HZ 左右，改造后风机运行频率约10HZ，大大节省冷却风机的电力消耗以及摇杆清灰装置的热负荷。

5.经济效益测算

改造之前阳极炉氧化期炉内负压控制在-40 至- 之间，此时排烟风机转速为 855rpm ，风机电流 185A 。改造后炉内负压基本控制在-10Pa 左右即可满足生产需求，此时风机转速为 730rpm ，风机电流 140A，电流降低了约 45A 。该风机生产期连续24h 不间断启动，其电压为 380v ，阳极精炼区域共有2 台排烟风机，按年生产330 天计算，可节省电费约11.8 万元。

阳极炉烟道未改造前平均每 2 个月需要对烟道进行一次大面积的修复更换，每次至少持续2 天。在烟道修复期间，闪速吹炼炉只能维持约60 吨冰铜/小时的投料量，以空出进料间隔时间、浇铸间隔时间用于清理、更换烟道，严重影响了生产效率。通过改造烟道稳定了吹炼投料量，每年约有12 天不再控制闪速吹炼炉低负荷生产，创造约600 万元的边际效益。

6.结语

本次阳极炉烟道优化通过温度分区设计，有效解决了浇注料脱落、烟道漏火及负压波动问题。高温区不锈钢水套与次高温区砖砌结构的应用，显著提升了耐火系统对温差剧变的适应性，杜绝了结构性坍塌。改造后，烟气温度降低使冷却风机能耗下降，年节省电费约11.8 万元；同时保障了闪速吹炼炉连续高负荷运行，避免年约12 天的低负荷生产，创造约600 万元边际效益。该实践为冶金行业阳极炉高温烟道治理提供了可推广的解决方案，兼具技术可行性与显著经济效益，对同类烟道改造具有重要参考价值。

作者简介 ：肖凯，男，生于 1998 年，湖南衡阳人，冶金助理工程师工作单位 ： 通讯地址 ： 联系方式 ：13203174266 1406159471@qq.com