河鋼樂亭燒結(jié)機(jī)新工藝及其應(yīng)用前景

郝建海

（河鋼樂亭鋼鐵有限公司）

0 引言

河鋼樂亭鋼鐵有限公司項(xiàng)目是依托河鋼產(chǎn)業(yè)升級(jí)及宣鋼產(chǎn)能轉(zhuǎn)移而成立的大型鋼鐵項(xiàng)目，于2017年4月13日正式立項(xiàng)，公司主廠區(qū)坐落于河北樂亭經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，設(shè)計(jì)兩臺(tái)360 m2燒結(jié)機(jī)，立足于“綠色化”、“智能化”、“品牌化”、“高效化”的理念要求，全力打造河鋼集團(tuán)的未來工廠。

燒結(jié)項(xiàng)目屬于總承包工程，由唐鋼設(shè)計(jì)院負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)安裝、施工，為建設(shè)一個(gè)環(huán)保、節(jié)能、高效的低投資、低成本燒結(jié)廠，采取全新的管理模式，并采用了一些新工藝、新設(shè)備和新技術(shù)。這些新工藝、新設(shè)備和新技術(shù)包括：（1）低碳燒結(jié)集合技術(shù)，主要有燒結(jié)機(jī)高效密封技術(shù)、偏析布料技術(shù)、松料技術(shù)、厚料層燒結(jié)技術(shù)、煙氣循環(huán)技術(shù)、新型節(jié)能型環(huán)冷機(jī)；（2）采用煙氣循環(huán)技術(shù)，降低了系統(tǒng)煙氣排放流量，節(jié)約運(yùn)行成本及費(fèi)用；（3）氣力輸灰技術(shù)，減少了粉塵倒運(yùn)、減少二次污染、回收含鐵廢料；（4）高效燒結(jié)環(huán)冷機(jī)技術(shù)，可大幅降低設(shè)備漏風(fēng)率，節(jié)省設(shè)備投資和運(yùn)營費(fèi)用；（5）集成式環(huán)保篩分技術(shù)，可采用豎向布置，設(shè)備體積小，節(jié)省基建投資和運(yùn)營費(fèi)用；（6）應(yīng)用燒結(jié)專家系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)控制自動(dòng)化、智能化，提高了燒結(jié)生產(chǎn)效率，使燒結(jié)生產(chǎn)工藝更穩(wěn)定；（7）主抽風(fēng)機(jī)采用高壓變頻啟動(dòng)和運(yùn)行。

1 燒結(jié)新工藝

1.1 燒結(jié)機(jī)煙氣循環(huán)技術(shù)

河鋼樂亭燒結(jié)機(jī)煙氣循環(huán)系統(tǒng)由北京科博思創(chuàng)環(huán)境工程有限公司負(fù)責(zé)籌建施工，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)及類似燒結(jié)機(jī)煙氣實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，可以推斷河鋼樂亭360 m2燒結(jié)機(jī)風(fēng)箱參數(shù)如圖1、圖2所示。

圖1 CO與O2含量

圖2 NOX與SO2濃度

目前，河鋼樂亭360 m2燒結(jié)機(jī)尚未投產(chǎn)運(yùn)行，因此無準(zhǔn)確可用燒結(jié)煙氣數(shù)據(jù)。從圖1、圖2可以推斷，新建燒結(jié)機(jī)的SO2濃度最高值出現(xiàn)在中后風(fēng)箱左右，煙氣溫度峰值大概出現(xiàn)在機(jī)尾風(fēng)箱處。根據(jù)燒結(jié)機(jī)本體參數(shù)，遵循燒結(jié)煙氣循環(huán)風(fēng)箱制定三原則（進(jìn)入密封罩內(nèi)的煙氣含氧量＞18%；大煙道煙氣溫度應(yīng)為（130±10） ℃；煙氣循環(huán)率不低于18%），最終確定5個(gè)風(fēng)箱煙氣參與循環(huán)，并額外增加2個(gè)風(fēng)箱煙氣，根據(jù)燒結(jié)運(yùn)行工況及檢修需求進(jìn)行調(diào)配使用，以保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

由于選取循環(huán)風(fēng)箱的煙氣含氧量一般控制在18%以下，根據(jù)熱量平衡、風(fēng)氧平衡可計(jì)算出需要兌入的環(huán)冷煙氣量，混合后的煙氣含氧量滿足燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)需求。5個(gè)風(fēng)箱煙氣匯聚至主煙道后進(jìn)入多管旋風(fēng)除塵器進(jìn)行降塵處理。通過循環(huán)風(fēng)機(jī)后與環(huán)冷第三段熱煙氣進(jìn)行混合，混合后的煙氣經(jīng)煙道引入密封罩內(nèi)，進(jìn)行熱風(fēng)燒結(jié)。

燒結(jié)機(jī)共有22個(gè)風(fēng)箱，根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)和理論計(jì)算，為了使取出的風(fēng)箱煙氣在溫度、含氧量和污染物濃度方面進(jìn)行匹配，選取5個(gè)風(fēng)箱進(jìn)行循環(huán)，額外增加2個(gè)風(fēng)箱煙氣進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)。煙氣循環(huán)率為23.8%，單側(cè)循環(huán)風(fēng)箱煙氣量為32 500 m3/h。綜合考慮燒結(jié)機(jī)的實(shí)際工況波動(dòng)等因素，循環(huán)煙氣設(shè)計(jì)含氧量為16.5%，兌入環(huán)冷煙氣量為176 000 m3/h，含氧量以21%計(jì)。單側(cè)總循環(huán)煙氣量為500 000 m3/h，含氧量高于18%。密封罩覆蓋在燒結(jié)機(jī)中部風(fēng)箱，覆蓋風(fēng)箱數(shù)量共計(jì)12個(gè)，大煙道煙氣溫度為（135±10） ℃，循環(huán)煙氣溫度根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)而定。

1.2 蒸汽預(yù)熱裝置

新式燒結(jié)機(jī)為提高混合料溫度，設(shè)計(jì)采取混合料倉蒸汽預(yù)熱裝置，安裝在燒結(jié)機(jī)混合料倉上，從而能夠消除燒結(jié)過程中的過濕層，提高料層的透氣性。設(shè)計(jì)理念：為充分提高蒸汽的熱效率，通過設(shè)置在料倉邊部的射流蒸汽噴頭，將蒸汽從射流噴頭噴入，形成高速蒸汽射流射入混合料內(nèi)部，在混合料內(nèi)部將熱量傳給燒結(jié)混合料，蒸汽與燒結(jié)混合料的傳熱方式為對(duì)流傳熱，熱效率高達(dá)95%以上，從而為后期實(shí)行厚料層燒結(jié)技術(shù)、強(qiáng)化燒結(jié)過程、增產(chǎn)降耗提供有力的保障。

1.3 環(huán)冷機(jī)水密封

燒結(jié)環(huán)冷機(jī)上水密封技術(shù)由旋轉(zhuǎn)的環(huán)形臺(tái)車和位于臺(tái)車上方并與臺(tái)車固定的環(huán)形水槽組成。密封裝置由內(nèi)、外兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的環(huán)形槽組成，內(nèi)部注水。固定于環(huán)冷機(jī)回轉(zhuǎn)體下部的環(huán)形密封板插入環(huán)形水槽中，以此來切斷冷卻風(fēng)與大氣之間的通道，達(dá)到密封的目的。

上、下部都采用水密封，漏風(fēng)率≤10%，設(shè)置蒸汽伴熱管、清污口、檢修人孔，以及防止物料、灰塵落入水槽的裝置，避免出現(xiàn)因污泥卡堵?lián)p壞水封裝置的問題。補(bǔ)水管多點(diǎn)加入，防止補(bǔ)水飛濺，沿圓周方向均布置內(nèi)外各4個(gè)泄水閥，以保障密封裝置的使用壽命。

1.4 采用集成式環(huán)保篩分技術(shù)

篩子篩網(wǎng)的結(jié)構(gòu)為雙層棒條型，并設(shè)計(jì)清掃裝置，防止篩孔堵死，受料點(diǎn)選用耐磨鋼板，避免物料直接沖擊影響篩網(wǎng)的壽命。入口溜槽襯板、成品出料口溜槽襯板采用積料臺(tái)形式，并考慮溜槽內(nèi)部應(yīng)留有較大的維修空間。其余襯板采用高耐磨襯板。為減小因料流沖擊對(duì)皮帶磨損的加劇，除二次篩篩上物料溜槽外，其余溜槽全部采用底部封堵、側(cè)面開孔的設(shè)計(jì)方式（與皮帶運(yùn)行方向一致）。篩體和各部溜槽要求密封嚴(yán)密，振動(dòng)部與固定部的聯(lián)接采用耐用的波狀橡膠軟聯(lián)接，避免有物料和粉塵外溢的情況出現(xiàn)。

成品篩分室由環(huán)保型懸臂振動(dòng)篩垂直串聯(lián)組成，該立式組合篩裝置具有高效、節(jié)能、環(huán)保等突出特點(diǎn)。共3個(gè)系列，每臺(tái)燒結(jié)機(jī)對(duì)應(yīng)1個(gè)系列，2個(gè)系列工作，1個(gè)系列備用。各燒結(jié)系統(tǒng)冷卻后的燒結(jié)礦經(jīng)車式三通分料器通過三條皮帶機(jī)供至3個(gè)篩分系列。

一次篩分機(jī)分兩層，分別為10 mm與20 mm,篩上為10～20 mm粒級(jí)和大于20 mm粒度的成品礦，篩下粒度小于10 mm進(jìn)入二次篩。其中10～20 mm粒級(jí)經(jīng)鋪底料皮帶機(jī)（雙機(jī)共用）輸送至燒結(jié)機(jī)鋪底料礦槽作為鋪底料使用，鋪底料采用自溢三通出料，篩下鋪底料皮帶采用變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)由主控遠(yuǎn)程變頻調(diào)速控制鋪底料流量。

1.5 自動(dòng)化控制系統(tǒng)

燒結(jié)自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)采取先進(jìn)性、實(shí)用性、可升級(jí)、可擴(kuò)展性相結(jié)合的原則進(jìn)行。依據(jù)工藝特征的分配進(jìn)行儀表和自動(dòng)化設(shè)計(jì)，設(shè)立先決條件監(jiān)控、測(cè)量項(xiàng)目，以確保生產(chǎn)進(jìn)程的穩(wěn)定性，提高產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量，確保人員、設(shè)備安全，并增強(qiáng)原材料測(cè)量管理，達(dá)到節(jié)能目標(biāo)，降低生產(chǎn)成本，增加經(jīng)濟(jì)效益。

自動(dòng)化控制系統(tǒng)采用兩級(jí)控制，即基礎(chǔ)自動(dòng)化及過程自動(dòng)化?；A(chǔ)自動(dòng)化（L1），系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)上考慮以EIC一體化設(shè)計(jì)、PLC為控制核心，具有數(shù)據(jù)采集處理、順序控制、過程控制、參數(shù)指示、超限報(bào)警、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、生產(chǎn)報(bào)表打印等功能，構(gòu)成一個(gè)功能劃分合理、層次清晰，安全、高效、開放的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。

過程自動(dòng)化（L2），通過過程數(shù)據(jù)的分析和處理，數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算，使系統(tǒng)在最經(jīng)濟(jì)、最優(yōu)化的狀態(tài)下穩(wěn)定運(yùn)行，減少中間操作影響。

2 應(yīng)用效果

（1）采取煙氣循環(huán)系統(tǒng)后，煙氣循環(huán)風(fēng)機(jī)抽取燒結(jié)機(jī)風(fēng)箱煙氣，可有效降低燒結(jié)主抽煙氣的排放量，對(duì)污染物的排放治理起到積極的影響，具有顯著的社會(huì)效益；降低了燒結(jié)固體燃耗，因循環(huán)風(fēng)機(jī)將含氧量高的熱風(fēng)引入到燒結(jié)機(jī)臺(tái)面上，采取熱風(fēng)燒結(jié)技術(shù)，可有效降低燒結(jié)機(jī)的固體燃耗，達(dá)到節(jié)能降耗的目的；降低了主抽風(fēng)機(jī)的功率，因?yàn)檠h(huán)風(fēng)機(jī)抽取大煙道約200 000 m3/h風(fēng)量到燒結(jié)機(jī)，所以在主抽風(fēng)機(jī)的選型上可以降低主抽風(fēng)機(jī)的功率，降低主抽風(fēng)量，對(duì)燒結(jié)系統(tǒng)的節(jié)能具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

（2）通過采取環(huán)冷機(jī)水密封技術(shù)，環(huán)冷機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境可以得到較好改善，環(huán)冷機(jī)煙氣經(jīng)過水密封后，可有效杜絕環(huán)冷機(jī)揚(yáng)塵現(xiàn)象，具有良好的環(huán)保效應(yīng)。

（3）通過集成式環(huán)保篩分技術(shù)，既可以改善燒結(jié)礦篩分效果，又可以達(dá)到節(jié)能、環(huán)保的效果，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

（4）采用先進(jìn)的燒結(jié)自動(dòng)化控制系統(tǒng)，不僅可以生產(chǎn)出高質(zhì)量的產(chǎn)品，還可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本和能耗。

3 結(jié)論

河鋼樂亭鋼鐵燒結(jié)項(xiàng)目立足于公司高起點(diǎn)高站位，從“綠色化”、“智能化”、“品牌化”、“高效化”的理念要求出發(fā)，在燒結(jié)生產(chǎn)過程中，應(yīng)用了煙氣循環(huán)系統(tǒng)、蒸汽預(yù)熱裝置、環(huán)冷機(jī)水密封技術(shù)、節(jié)能環(huán)保篩技術(shù)等新工藝、新技術(shù)、新裝備，大幅提升燒結(jié)過程能源效率，有效降低污染物排放總量，全面提升燒結(jié)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)綠色燒結(jié)的預(yù)期目標(biāo)，燒結(jié)區(qū)域環(huán)境顯著改善。

通過本項(xiàng)目的實(shí)施亦促進(jìn)了燒結(jié)技術(shù)更新?lián)Q代，提升新技術(shù)、新工藝的應(yīng)用水平，對(duì)于貫徹國家低耗、低排放的綠色發(fā)展理念具有重要意義。