韋勝利
（陜鋼集團漢中鋼鐵有限責任公司， 陜西 勉縣 724200）
摘 要：針對燒結工序能耗高的現(xiàn)狀，降低工序能耗也是低碳環(huán)保、清潔生產(chǎn)的必經(jīng)之路。漢鋼燒結廠自 2018年開始，從設備改造、工藝優(yōu)化協(xié)同推進建設綠色工廠，經(jīng)過長期探索與研究，成效顯著，工序固體燃料消耗、電力消耗、煤氣消耗均大幅度下降。
關鍵詞：節(jié)能 降耗 超厚料層 噴灑蒸汽
燒結是煉鐵的原料準備工序，燒結過程是復雜的物理化學反應的綜合過程。在燒結過程中有燃料的燃燒和熱交換、水分的蒸發(fā)和冷凝、碳酸鹽和硫化物的分解及化合、鐵礦石的氧化和還原反應、有害雜質的去除及黏結相的生成和冷卻結晶等，在燒結生產(chǎn)過程中將消耗大量的能源。因此，研究降低燒結工序能耗對行業(yè)節(jié)能減排意義重大。
1 燒結工序能耗分析
燒結工序是鋼鐵企業(yè)僅次于煉鐵的第二用能大戶，工序能耗占鋼鐵總能耗的 10%左右，燒結生產(chǎn)的能耗消耗主要表現(xiàn)在三個方面，即每噸燒結礦所消耗的固體燃料量、電量以及氣體燃料量，共占燒結生產(chǎn)過程能耗的 95%～98%。其中固體燃料約占工序能耗的 75%～80%，氣體燃耗約占 3%～5%，電耗約占 15%～20%，燒結工序能耗如圖 1 所示。陜鋼集團漢中鋼鐵有限責任公司（全文簡稱漢鋼）燒結廠自2018 年—2020 年燒結工序能耗降低情況見表 1。
1.1 固體燃料消耗
固體燃料在燒結工序能耗中占比最大，達 80%左右。漢鋼燒結常用的固體燃料主要為焦粉，焦粉是煉焦煤隔絕空氣高溫加熱后的固體產(chǎn)物，主要作為煉鐵原料，燒結使用的焦粉是高爐用焦的篩下物以及焦化廠焦炭破碎產(chǎn)生的篩下物。由于固體燃料消耗在工序能耗中所占比最大，降低工序能耗首先要考慮的是降低固體燃料的消耗。
1.2 電耗
在燒結工序的動力消耗中，電耗占動力成本80%以上的費用，它是燒結工序能耗中僅次于固體燃料消耗的第二大能耗，約占 13%～20%，由于電耗在工序能耗中所占的比例較大，因此降低電耗也是降低燒結工序能耗的重中之重。
1.3 煤氣消耗
煤氣消耗約占燒結工序能耗的 6%左右，主要作用是將高溫廢氣的熱量傳遞給表層混合料，點燃料層表面混合料中的燃料顆粒，同時適宜的點火制度，通過合理利用氣體燃燒產(chǎn)生的熱量補充超厚料層燒結時料層表面燃料不足的現(xiàn)狀。但是，若點火制度不合理，導致煤氣燃燒不充分，造成煤氣浪費而使能耗升高，因此，降低煤氣消耗也是降低工序能耗的一項重要舉措。
2 降低工序能耗措施
2.1 設備改造
2.1.1 燒結機漏風治理
2019 年系統(tǒng)大修時利用秦皇島新特科有限公司燒結機密封技術對 2 臺燒結機本體進行全密封，將燒結機大小欄板、大欄板與燒結機本體、燒結本體之間的漏點全部包裹在一個密閉的箱體內(nèi)，徹底治理了燒結機本體的漏風。2021 年系統(tǒng)大修時又對燒結機抽風系統(tǒng)進行了全面治理，通過風箱列管、引風管、靜滑道及頭尾密封的全部更換，燒結機大煙道氧含量從 13%～14%之間降至 11%以下，燒結機主抽風機風門也從 98%降至了 75%，主抽風機電流由改造前的 270 A 降低至 200 A。通過漏風治理，燒結機產(chǎn)能進一步釋放，電耗降至 48（kW·h）/t 燒結礦。
2.1.2 燒結機點火爐升級改造
利用系統(tǒng)大修先后對 2 臺燒結機點火爐進行升級，將 2 座點火爐全部升級成為空氣單預熱一體式點火爐，空氣單預熱一體式點火爐投運后，一方面將點火空氣預熱至 80 ℃以上，為燒結過程補充熱量，改善上層燒結溫度水平；另一方面起到降低煤氣消耗的效果，空燃比由 0.56 提升至 0.85，在保證點火溫度不變的情況下煤氣消耗降幅明顯。
2.1.3 環(huán)冷機升級改造
2021 年年初系統(tǒng)大修期間，先后將 2 臺環(huán)冷機進行整體更換為新型銷齒傳動水密封環(huán)冷機，同時將冷卻風機由工頻運行升級為變頻運行，新型環(huán)冷機為高效節(jié)能型產(chǎn)品，臺車箅條為錐形縫隙，降低了箅條的堵塞率、提高了冷卻效果，減少了風機運行功率。臺車欄板為整體保溫結構，上部采用特殊的罩體密封并通過水密封裝置與臺車欄板上側實現(xiàn)緊密密封，進而避免了大量熱氣從罩子的兩側溢出，下部采用可以調(diào)節(jié)的新型雙向聯(lián)合彈性密封，極大的降低了臺車下部的漏風率，提高了余熱蒸汽回收量，蒸汽回收量由 85 kg/t 燒結礦提升至 99 kg/t 燒結礦。
2.2 工藝優(yōu)化及新技術的應用
2.2.1 燒結礦 w（FeO）窄區(qū)間控制
為實現(xiàn)燒結礦 w（FeO）窄區(qū)間運行目標，首先從源頭進行管理，通過嚴格執(zhí)行一次料場鱗行堆料來提升原料初混效果；含鐵料堆料過程中細化工序循環(huán)物料煉鐵重力灰、鋼軋氧化鐵皮分階段交替配加，提升堆料機行走速度，經(jīng)過一系列攻關目前混勻料垛堆垛量由 6 萬 t 提升至 7.5 萬 t，堆料層數(shù)由400 層提升至 520 層。其次從優(yōu)化一次配料打料著手，通過料倉之間的距離測算每個料倉開停間隔時間，編制一鍵自動上料程序，減少原始 w（FeO）的波動，燒結礦 w（FeO）±0.5 穩(wěn)定率由 60%穩(wěn)步提升至91%，通過 w（FeO）窄區(qū)間控制，燃料配加比降低了0.2%。
2.2.2 超厚料層燒結
漢鋼于 2019 年一季度開始先后在兩臺燒結機相繼開展厚料層攻關活動，目前 2 臺燒結機料層厚度已穩(wěn)定達到 1 000 mm。厚料層燒結由于料層的自動蓄熱作用，提高了燒結下層的余熱，降低固體燃料消耗和煤氣消耗。厚料層燒結降低了機速和垂直燒結速度，延長了燒結料層在高溫下的保溫時間，有利于針狀復合鐵酸鈣相（SFCA）的生成，從而有利于提高成品礦的強度和成品率，改善成品礦的質量。通過超厚料層技術應用，燒結礦質量指標，煤氣單耗、固體燃料單耗均有大幅度降低。
2.2.3 料層蒸汽階梯預熱技術
利用檢修將傳統(tǒng)的圓鋼松料齒升級為空心無縫鋼管松料齒，在空心無縫鋼管內(nèi)通入蒸氣，在混合料與松料齒接觸期間將混合料進行預熱，將混合料溫度從 65 ℃左右提升至 70 ℃，進一步減少了過濕帶。該技術的使用，一是有效利用了混合料物理熱，降低了混合料運輸及布料過程的熱損。二是提升了蒸氣預熱效果，減少了蒸汽外溢。同樣的上料量加水量減少2 m3 /h，燃料配比降低 0.05%，節(jié)省蒸氣 2 kg/t 燒結礦。
2.2.4 應用料面蒸汽噴灑技術
為進一步降低固體燃料投入，結合漢鋼超厚料層生產(chǎn)實際情況在 2 臺燒結機風箱溫度較低的段對應的料面上噴灑壓力＞0.3 MPa 的蒸汽，利用 C 與H2O 化學反應產(chǎn)生 H2 跟 CO。該技術的應用，一是加快了料層中的碳顆粒的燃燒，提上了碳的燃燒程度，降低了燒結礦殘?zhí)?；二是利用蒸汽的物理熱對料面起到了保溫作用，同時補充了超厚料層燒結料層表面熱量不足的現(xiàn)狀，更好地平衡了料層中熱量，使熱量合理分布。
3 結語
經(jīng)過長期總結與探索，通過設備改造升級系統(tǒng)漏風的治理，燒結礦 FeO 的窄區(qū)間控制，料面噴灑蒸汽、料層梯度預熱、1 000 mm 超厚料層技術的應用，燒結工序電耗、氣耗、固體燃料消耗均有不同程度的降幅，后續(xù)還需進一步從固體燃料閉路破碎，熱風燒結，點火自動控制等方面進行探索，進一步降低工序能耗。
參考文獻
[1] 張福明.首鋼綠色低碳煉鐵技術的發(fā)展與展望[J].鋼鐵，2020，55 （8）：13.
[2] 許滿興，何國強，張?zhí)靻?，廖繼勇.鐵礦燒結生產(chǎn)實用技術[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2019.
[3] 胡兵，王兆才，李宗平，孫英，賀新華.燒結工序能耗精細化管理及其軟件開發(fā)[J].中國冶金，2016，26（9）：12.
[4] 肖揚.燒結生產(chǎn)節(jié)能減排[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2014.
[5] 龍紅明.鐵礦粉燒結原理與工藝[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2016.