陳景明
(上海梅山鋼鐵股份有限公司)
摘 要：梅鋼通過極限挖掘余能回收、環(huán)冷水密封改造鎖住燒結(jié)礦顯熱; 高溫回收段采用翅片陶瓷覆膜、換熱鍋爐采用聲波清灰、高效鍋爐換熱結(jié)構(gòu)改進(jìn)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)燒結(jié)工序熱量高效轉(zhuǎn)換; 低溫段采用飽和螺桿發(fā)電組、熱水換熱，實(shí)現(xiàn)燒結(jié)礦低溫余熱應(yīng)收盡收工業(yè)效果。同時(shí)大力應(yīng)用主抽風(fēng)機(jī)變頻、高效風(fēng)機(jī)、微負(fù)壓點(diǎn)火改造、原料篩分改造等一些列先進(jìn)節(jié)能降碳技術(shù)，前沿布局一批 FeO 自動檢測技術(shù)、生石灰預(yù)消化技術(shù)、燒結(jié)料面噴灑水蒸氣技術(shù)等節(jié)能低碳技術(shù)，實(shí)現(xiàn)噸礦蒸汽回收量 95. 7 kg /t、燒結(jié)漏風(fēng)率從 25% 降至 5% 以下。
關(guān)鍵詞：環(huán)冷水密封；螺桿發(fā)電機(jī)；煙氣全循環(huán)
梅鋼積極響應(yīng)國家雙碳號召，力爭在極致能效的細(xì)分賽道走在前列，瞄準(zhǔn)極致能效項(xiàng)目快速落地，大力實(shí)施全流程工藝技術(shù)優(yōu)化改進(jìn)、全系統(tǒng)對標(biāo)挖潛、全方位優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，將 “雙碳” 之路第一步節(jié)能降碳走好走實(shí)。梅鋼燒結(jié)能耗占公司總能耗的 13% ，僅次于高爐工序能耗［1－3］。
梅鋼高度重視燒結(jié)工序能源消耗挖潛工作，先后采取了燒結(jié)環(huán)冷機(jī)水密封環(huán)冷、一二段高溫高效余熱蒸汽回收、三四段低溫礦循環(huán)煙氣顯熱回收螺桿發(fā)電、燒結(jié)主抽變頻、燒結(jié)微負(fù)壓點(diǎn)火、燒結(jié)原料篩分等一系列先進(jìn)節(jié)能降碳技術(shù)，同時(shí)積極探索 FeO 自動檢測技術(shù)、生石灰預(yù)消化技術(shù)、燒結(jié)料面噴灑水蒸氣技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)了燒結(jié)工序節(jié)能、降耗、減碳。
1 余熱余能深度回收
燒結(jié)礦顯熱占燒結(jié)工序能耗總量 30% 以上，燒結(jié)礦顯熱高效回收利用對降低燒結(jié)能耗和碳排放具有重大意義［4－7］。梅鋼燒結(jié)礦顯熱極限回收，采取一系列前沿余熱回收降碳技術(shù)，助力燒結(jié)全流程余熱回收利用，分級發(fā)電、廢氣零排放。
1. 1 常規(guī)燒結(jié)礦冷卻工藝
燒結(jié)礦冷卻是對燒結(jié)機(jī)尾卸下的 700 ～ 800℃紅熱燒結(jié)礦進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，將燒結(jié)礦攜帶的熱量轉(zhuǎn)換成廢氣顯熱，礦料溫度最終低于 120 ℃，由皮帶輸送機(jī)輸送至后續(xù)工序。實(shí)際運(yùn)行存在以下不足。
( 1) 環(huán)冷臺車主體結(jié)構(gòu)磨損嚴(yán)重: 臺車本體厚度由 12 mm 磨減至 6. 3 mm，本體三角梁厚度由 14 mm 磨減至 7 mm。
( 2) 敞開式臺車泄露大、余熱回收量低: 實(shí)際漏風(fēng)率達(dá) 25% 以上，大量熱廢氣散逸加速電纜老化，現(xiàn)場粉塵多。廢氣溫度約 300 ℃，噸礦蒸汽回收量在 70 ～ 80 kg /t。
1. 2 燒結(jié)礦顯熱極限回收整體思路
鎖住熱源和極限回收包括: 燒結(jié)環(huán)冷水密封，一段、二段高溫段高效回收，鍋爐能效提升改造。燒結(jié)環(huán)冷采用水密封形式，根本性地改善環(huán)冷機(jī)密封性; 一段、二段設(shè)置高效鍋爐，實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)余熱高效回收轉(zhuǎn)化發(fā)電; 三段、四段前部搭建低溫低壓余熱鍋爐，配套螺桿發(fā)電機(jī)組; 四段后部低溫?zé)釤煔庠O(shè)置一套熱水加熱器，供燒結(jié)工段拌料使用。同時(shí)采取煙氣全循環(huán)技術(shù)，燒結(jié)礦顯熱極限回收整體思路如圖 1 所示。
1. 2. 1 水密封環(huán)冷改造，鎖住熱源
翻轉(zhuǎn)卸料式環(huán)冷機(jī)上下密封均采用水密封形式。從結(jié)構(gòu)上根本性地改善環(huán)冷機(jī)密封性，漏風(fēng)率小于 5% 。針對水密封水槽存在的腐蝕問題，下水槽材料采用梅鋼自產(chǎn)耐酸板。
( 1) 上水密封
風(fēng)箱上罩下部與原風(fēng)箱焊接，上部采用水密封與回轉(zhuǎn)框架相接，兩端部和中部設(shè)有隔斷密封。完善的密封系統(tǒng)可有效降低設(shè)備系統(tǒng)漏風(fēng)率。
( 2) 下水密封
采用水槽密封，密封效果好。
( 3) 使用效果
改造后 3 臺風(fēng)機(jī) ( 風(fēng)量 19. 2 萬 m3 /h，全壓3 150 Pa，功率 250 kW) 的運(yùn)行效果與現(xiàn)行環(huán)冷機(jī)啟用 3 臺/4 臺風(fēng)機(jī) ( 夏天 4 臺、冬天 3 臺，電機(jī)功率 1 000 kW) 的相比，一年節(jié)省電費(fèi) 856 萬元 ( 94% 作業(yè)率，0. 52 元/kWh) ，余熱利用 蒸汽量提高 4. 5 t /h。
1. 2. 2 先進(jìn)換熱改造，高效轉(zhuǎn)換
燒結(jié)余熱鍋爐高效轉(zhuǎn)換是確保高溫顯熱回收的重要舉措［6－7］。梅鋼通過翅片陶瓷覆膜、聲波清灰器、高效鍋爐換熱結(jié)構(gòu)改進(jìn)等技術(shù)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)燒結(jié)工序熱量高效轉(zhuǎn)換。
(1) 翅片陶瓷覆膜
余熱回收排煙溫度若低于 140 ℃ ( 煙氣中的酸露點(diǎn) 140 ～ 160 ℃ ) ，煙氣冷凝形成酸露，對受熱面產(chǎn)生較嚴(yán)重露點(diǎn)腐蝕。低溫段采用翅片陶瓷覆膜，可將使用壽命提高至 10 年以上。
(2) 聲波清灰器
梅鋼在 4 號、5 號燒結(jié)鍋爐各級換熱面上共設(shè)置 24 臺全自動聲波吹灰器，對換熱面進(jìn)行周期性在線全面清灰，防止粉塵在換熱面上堆積，提高換熱效果。在鍋爐的底部設(shè)置氣力輸灰裝置，及時(shí)將鍋爐底部積灰運(yùn)走，減少現(xiàn)場的人工操作。
(3) 高效鍋爐換熱結(jié)構(gòu)改進(jìn)
對換熱器管束進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。采用水平 U型管蒸發(fā)器，外置集箱采用多管頭結(jié)構(gòu)。換熱管束的所有焊縫都在煙氣通道外，有效防止煙氣對焊縫的直接沖刷、腐蝕;
在上升、下降管側(cè)的集箱處設(shè)置限位支架，保證換熱管束可以沿管道軸向自由膨脹; 在換熱管兩端采用鋼板密封，將集箱、彎頭封閉在煙氣通道外的密閉腔體內(nèi)，避免煙氣泄漏。
(4) 使用效果
2019 年、2020 年和 2021 年燒結(jié)噸礦蒸汽回收量分別為 74. 4、81. 8、82. 2 kg /t，2022 年截至 8 月底噸礦蒸汽回收量 95. 7 kg /t，實(shí)現(xiàn)蒸汽回收量逐年攀升。
1. 2. 3 低溫?zé)Y(jié)礦深度利用，極限回收
梅鋼 4 號燒結(jié)環(huán)冷機(jī)三段及以后的低溫?zé)煔饬髁考s 60 萬 m3 /h，由于溫度較低未進(jìn)行余熱利用，直接排入大氣，不僅浪費(fèi)了大量低溫?zé)崃?，而且燒結(jié)系統(tǒng)開停機(jī)時(shí)排放口有明顯揚(yáng)塵，連續(xù)生產(chǎn)時(shí)目視有大量熱廢氣涌排。極限回收思路如下。
(1) 低溫低壓余熱鍋爐 + 螺桿發(fā)電機(jī)組三段熱煙氣及四段前部熱煙氣采用煙氣再循環(huán)技術(shù)，正常運(yùn)行時(shí)將來自環(huán)冷機(jī)集氣罩的 240℃低溫?zé)煔庖铃仩t，經(jīng)低壓蒸發(fā)器、凝結(jié)水加熱器、軟水加熱器換熱后，溫度降至 120 ℃ 左右，再利用循環(huán)風(fēng)機(jī)送回到環(huán)冷機(jī)三段、四段的底部風(fēng)箱循環(huán)利用。低溫余熱鍋爐參數(shù)見表 1。
回收飽和蒸汽供飽和螺桿發(fā)電機(jī)組發(fā)電，排汽冷凝回收，螺桿膨脹機(jī)技術(shù)參數(shù)見表 2。
(2) 設(shè)置熱水加熱器
四段后部設(shè)置一套熱水加熱器，產(chǎn)生熱水供燒結(jié)工段拌料使用，不僅節(jié)省飽和蒸汽，而且可提高混合料料溫，降低燒結(jié)固體燃料消耗和環(huán)境污染。熱水加熱器技術(shù)參數(shù)見表 3。
結(jié)合以上思路，2022 年 10 月業(yè)內(nèi)首套發(fā)電裝置燒結(jié)環(huán)冷低溫段飽和蒸汽螺桿投產(chǎn)發(fā)電，極限回收燒結(jié)三段及四段前部的熱煙氣顯熱，平均功率 2 500 kW，噸礦發(fā)電 3. 9 kWh，每臺燒結(jié)機(jī)生產(chǎn) 80 ℃熱水 45 t /h 供燒結(jié)工序配料使用。
2 降低燒結(jié)能耗技術(shù)
2. 1 燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)變頻 + 高效除塵風(fēng)機(jī)
( 1) 主抽節(jié)能
燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)情況下入口風(fēng)門開度長期在50% 左右，電機(jī)仍然以額定轉(zhuǎn)速工頻 ( 1 000 r/min) 運(yùn)行，原來的調(diào)節(jié)模式采用風(fēng)門調(diào)節(jié)方式，管網(wǎng)風(fēng)阻大，經(jīng)濟(jì)性不高，能源浪費(fèi)嚴(yán)重。 梅鋼整體更換 3 號、4 號、5 號燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)本體及其輔助設(shè)備等，新增一套高壓變頻調(diào)速裝置及軟啟動裝置。改造后，風(fēng)機(jī)葉輪轉(zhuǎn)動慣量減小，風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率明顯提高。風(fēng) 機(jī) 入 口 擋 板100% 全開，消除擋板截流能量損失。以 3 號燒結(jié)為例，改造前主抽風(fēng)機(jī)電機(jī)電流 620 A 以上，改造后主抽風(fēng)機(jī)電機(jī)電流 450 A 左右。
(2) 大型除塵風(fēng)機(jī)高效化節(jié)能改造
將燒結(jié)除塵風(fēng)機(jī)本體及聯(lián)軸器更換為量身定制的高效離心節(jié)能風(fēng)機(jī)，對風(fēng)機(jī)入口風(fēng)門、電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)、風(fēng)機(jī)進(jìn)出口軟連接等配套設(shè)備進(jìn)行改造，改造后平均節(jié)電率 20% 以上。
2. 2 微負(fù)壓點(diǎn)火
梅鋼采用微負(fù)壓點(diǎn)火技術(shù)，實(shí)現(xiàn)燒結(jié)機(jī)內(nèi)外壓強(qiáng)一致，提升煤氣利用率，投運(yùn)后形成穩(wěn)定可靠微負(fù)壓點(diǎn)火模式，實(shí)現(xiàn)氣、物分離，厚料層工況條件下透氣性良好，每噸燒結(jié)礦節(jié)省點(diǎn)火煤氣消耗 5% 以上。
2. 3 燒結(jié)燃料破碎篩分工藝改造
梅鋼燒結(jié)固體燃料 65 萬 t /a，其中廠內(nèi)高爐返焦 ( ＜ 10 mm) 約 21 萬 t /a，焦化篩下焦粉 ( ＜ 10 mm) 12 萬 t /a，合計(jì)約占燒結(jié)固體燃料比例的 50% 。原工序固體燃料經(jīng)過粗、細(xì)兩次破碎。粗破后部分固體燃料粒度滿足燒結(jié)工藝≤ 3 mm 要求［2］，再經(jīng)過細(xì)破，則過于粉碎，不僅影響燒結(jié)過程透氣性，而且容易在抽風(fēng)作用下進(jìn)入大煙道，浪費(fèi)固體燃料。
前期檢測可知燒結(jié)燃料中≤0. 5 mm 比例占到 35% 左右，梅鋼增加燃料篩分設(shè)施，將 ＜ 3mm 篩除直接送入配料室燃料槽，降低四輥破碎總量，以減少固體燃料的過粉碎及破碎機(jī)的損耗，達(dá)到降低生產(chǎn)成本的目的，固體燃料消耗下降 0. 66 kg /t ( 干基) 。
3 布局實(shí)施一批節(jié)能低碳技術(shù)
3. 1 FeO 自動檢測技術(shù)
隨著 FeO 含量升高，需要的煤粉相應(yīng)增多，在確保燒結(jié)礦質(zhì)量的前提下，控制好 FeO 含量是節(jié)約固體燃料的關(guān)鍵［3］。現(xiàn)場每四小時(shí)進(jìn)行一次人工檢測及調(diào)整，存在滯后和不確定性。梅鋼利用磁性感應(yīng)原理，建立 FeO 含量與磁感應(yīng)之間的定量關(guān)系，在返礦皮帶上利用機(jī)械手抓取部分物料，通過測量其磁感應(yīng)指數(shù)，得出燒結(jié)礦FeO 含量。提高 FeO 穩(wěn)定率，預(yù)計(jì)可降低固體燃料消耗 0. 5 ～ 1 kgce /t。
3. 2 生石灰預(yù)消化技術(shù)
預(yù)消化不僅有利于混合料成球，而且可預(yù)熱混合料。梅鋼充分發(fā)揮生石灰消化熱來預(yù)熱混合料，在生石灰配料圓盤下加噴水管，預(yù)先消化生石灰，延長消化時(shí)間?；旌狭蠝囟扔稍瓉淼?30℃提高到 59 ℃，工序能耗下降 0. 5 kgce /t。
3. 3 燒結(jié)料面噴灑水蒸氣
燒結(jié)料面噴灑水蒸氣提高燃料的燃燒效率，降低燒結(jié)固體燃料消耗。同時(shí)，水蒸氣的存在提高了燃料的透氣性，便于燃料縫隙中煙氣擴(kuò)散，提高料層燃燒速度，增加產(chǎn)量，且可提高燒結(jié)礦質(zhì)量。通過向燒結(jié)料面噴灑水蒸氣預(yù)計(jì)可降低固 體燃料消耗 1 kgce /t。
4 結(jié)語
綠色低碳正成為全球共識和時(shí)代潮流，作為長流程鋼企中重要耗能大戶，燒結(jié)工序是梅鋼重點(diǎn)降碳關(guān)注對象。梅鋼以開放共享的姿態(tài)，主動突破現(xiàn)有瓶頸，積極開展環(huán)冷水密封、高效換熱、飽和螺桿發(fā)電等各類技術(shù); 快速應(yīng)用各類節(jié)電、降耗、降氣技術(shù)，取得了不菲成績。但面對“雙碳”大背景，燒結(jié)節(jié)能降碳工作仍有長足路子要走，一方面要堅(jiān)定把現(xiàn)有燒結(jié)節(jié)能降碳舉措扎扎實(shí)實(shí)應(yīng)用下去，另一方面要緊盯綠色低碳顛覆工藝技術(shù)，大膽嘗試提前布局，才能在新一輪綠色革命中走在前列。
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