鋼鐵企業(yè)降低燒結(jié)工序能耗的分析

虞勇波

鋼鐵企業(yè)對資源、能源需求量巨大，為控制生產(chǎn)成本，并響應(yīng)當(dāng)前保護環(huán)境的號召，降低能耗已經(jīng)成為鋼鐵企業(yè)迫在眉睫的的問題。而燒結(jié)工序作為鋼鐵工藝中耗能巨大的一個環(huán)節(jié)，能源消耗量甚至能占到整個鋼鐵企業(yè)總消耗量的10%，所以對燒結(jié)工序進行改進是降低鋼鐵企業(yè)能耗的關(guān)鍵步驟，對鋼鐵企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展起到了重要作用，所以針對當(dāng)前燒結(jié)工序中存在的問題進行分析，找出切實可行的改進措施，對整個鋼鐵產(chǎn)業(yè)都具有十分重要的積極意義。

1 燒結(jié)工序概況

燒結(jié)工序中的節(jié)能降耗措施是困擾各大鋼鐵企業(yè)的一個問題，要想真正實現(xiàn)這個目的，就必須從源頭出發(fā)，首先熟悉燒結(jié)工序的工作原理及其流程，這樣才能制造出耗能的源頭并有針對性地提出解決措施。

1.1 燒結(jié)工序的介紹

鋼鐵企業(yè)中的燒結(jié)工序就是將鋼鐵混合料加熱，但溫度始終保持在混合料任意成分熔點以下，再將其通過特定方法冷卻到常溫，在這個過程中混合料之間粘度提高，互相會粘連形成燒結(jié)體，從而使得整體強度提高，得到預(yù)期的擁有良好物理、化學(xué)性能的鋼鐵材料。整個燒結(jié)一般包含三個階段：低溫預(yù)燒階段、中溫升溫?zé)Y(jié)階段、高溫保溫完成燒結(jié)階段。

1.2 燒結(jié)生產(chǎn)的工藝流程

目前我國主流燒結(jié)工藝為抽風(fēng)燒結(jié)工藝，其大致流程如下：

（1）燒結(jié)原料的準(zhǔn)備：①混合原料的準(zhǔn)備，其中主要成分為鐵礦粉，粒度在5mm 以內(nèi)，②熔劑的準(zhǔn)備：熔劑的主要成分CaO，基本粒度要求為3mm 以內(nèi)，③燃料的準(zhǔn)備，當(dāng)前我國鋼鐵使用的燃料大多為固體燃料，主要成分為焦粉和無煙煤，基本粒度要求為3mm 以內(nèi)。

（2）配料與混合：①配料是為了找到滿足材料需求的原材料及其適合燒結(jié)的比例，從而使得燒結(jié)礦擁有穩(wěn)定的物理、化學(xué)性，②混合是為了將配比合理的原材料充分混合，使之成分均勻、粒度范圍合適、濕度適中并滿足后續(xù)形成球團的要求。

（3）燒結(jié)生產(chǎn)：燒結(jié)步驟是整個燒結(jié)工序中最重要的一環(huán)，它其中又包含了布料、點火、燒結(jié)等具體步驟：①布料，即將混合完成的原材料均勻地鋪在臺車上，要保證不僅是混合料均勻分布，粒度分布也要如此，②點火，即將點火爐內(nèi)的固體燃料點燃，點火溫度要根據(jù)混合料而決定，③燒結(jié)：點火完成后對混合料的加熱燒結(jié)過程，整個過程要時刻注意風(fēng)量、真空度、料層厚度、機速和燒結(jié)終點等影響因素。

2 降低工序能耗的技術(shù)措施

2.1 降低固體燃料

燒結(jié)工序中的能源消耗大部分都是固體燃料引起的，據(jù)相關(guān)調(diào)查顯示，在各個鋼鐵企業(yè)中固體燃料在燒結(jié)工序中的總能耗占比都是最大的，其中寶鋼企業(yè)占比85% ，鞍鋼企業(yè)占比78%，首鋼企業(yè)占比71.51%。這些數(shù)據(jù)充分說明了固體燃料才是影響燒結(jié)工序中能源消耗量的最大因素，所以控制固體燃料的使用消耗是實現(xiàn)燒結(jié)工序節(jié)能降耗的關(guān)鍵點。而據(jù)研究發(fā)現(xiàn)決定固體燃料消耗量的因素有很多，其中最主要的為固體原材料的本身特性、混合物料的含水量、溫度、粒度范圍、燒結(jié)過程中物料的厚度、溶劑的本身特性等。所以，要想有效控制固體燃料的消耗量就必須從本質(zhì)出發(fā)，以上述決定因素為途徑找到具體措施。

2.1.1 對原料進行合理搭配

在燃燒過程中，生石灰不僅用作溶劑，而且燃燒催化燃料，提高混合物的溫度，促進混合物的形成，增加物質(zhì)的強度，增加物質(zhì)層的滲透性，形成厚料層，促進燃燒碳顆粒，并減少固體燃料的消耗。然而，在添加生石灰的過程中，應(yīng)該充分結(jié)合物料的特性適量添加，添加過多的話會導(dǎo)致混合物料疏松度過高，則整體密度就會降低，形成的料球的輕度就會不足，從而導(dǎo)致對燒結(jié)不利。此外，煉鋼產(chǎn)生的廢渣在一定程度上也可以代替生石灰，因為這些鋼渣中堿性氧化物占比不低，而且主要還是硅酸三鈣、硅酸二鈣、鐵酸鈣以及游離的CaO，MgO 等低熔點礦物。并且鋼渣中還存在較活潑金屬單質(zhì)，其在燃燒過程中會被氧化釋放大量熱量，從而不僅可以進一步減少固體燃料的消耗量，還可以改善燒結(jié)過程的整體質(zhì)量，根據(jù)調(diào)查，適宜的鋼渣在固體燃料中的占比為4%～6%。

2.1.2 控制燃料粒度改善燃料分布

燒結(jié)工序中的燒結(jié)溫度是一定的，要想在節(jié)能降耗的目的下達(dá)到所需溫度，就必須使燒結(jié)工序中的傳熱盡可能跟得上燃燒，減少熱量散失。傳熱一般由設(shè)備決定，而燃燒則是由固體燃料的本身特性、粒度范圍和實際燃燒條件決定，所以為了是固體燃料的燃燒放出的熱量被充分利用，降低固體燃料的消耗量，就必須對固體燃料進行細(xì)致篩選，選擇合適的粒度。固體燃料分為多種，每種的粒度要求都各不相同，通過研究及實踐證明，焦粉燃料最為合適的粒度范圍在0.5mm ～3mm 之間；目前常用的無煙煤等燃燒劇烈的燃料，其粒度范圍要求更為寬泛。對于固體燃料而言，整體的粒度不宜過大，否則無法完全燃燒，從而造成燃料浪費，而且燃燒產(chǎn)生的熱量也無法完全利用，有可能導(dǎo)致無法達(dá)到燒結(jié)所需溫度；但是固體燃料的粒度也不能過小，否則燃料比表面積過大，且單個燃料重量太輕，在燒結(jié)過程中，容易被燃燒產(chǎn)生的含氧煙氣揚起，從而發(fā)生反應(yīng)生成有毒氣體CO。當(dāng)燒結(jié)造成，爐內(nèi)溫度下降，小部分的CO 和生成的Fe20 反應(yīng)消耗掉，到大部分的還是會被排入煙道，整個過程不僅增加了安全風(fēng)險，而且CO 也是由于不完全燃燒產(chǎn)生，也會導(dǎo)致燃料利用率不足，并且粒度過小的燃料燃燒速度過快，無法保證持續(xù)的燒結(jié)所需溫度，對于鋼鐵質(zhì)量不利。所以一般而言，最佳的粒度范圍就是在0.5mm ～3mm 之間，過大或過小都會增大固體燃料的消耗量，且對鋼鐵質(zhì)量造成不良影響

2.1.3 提高混合料溫度

隨著混合物溫度升高，混合物會達(dá)到露點。這將大大減少或消除地層水蒸氣的凝結(jié)，減少高熱層氣流的障礙，改善材料層中剩余氣體的性質(zhì)，增加室外風(fēng)力，創(chuàng)造有利于轉(zhuǎn)換溫度的條件，迅速燃燒，增加生產(chǎn)，并使固體燃料燃燒完全。此外，隨著混合物溫度上升，部分熱可以取代固體燃料燃燒的熱量，從而減少固體燃料的消耗。提高混合物溫度的措施除其他外，包括對活體冶煉廠進行預(yù)熱加熱，對熱礦石進行初步儲存，通過氣瓶使用熱蒸汽，混合混合燃料燒化等?；旌先紵椒?，即將燃燒器擴大到火器燃燒室，并在多余空氣中燃燒其他燃料，以產(chǎn)生熱煙氣。在燃燒反應(yīng)開始之前，煙道氣通過物質(zhì)的層注入，從而提高混合物的溫度。這種燃燒方法不僅可節(jié)省固體物質(zhì)的燃燒，而且還可節(jié)省能源消耗總量，因為它減少了一氧化碳形式的熱量損失。此外，使用熱礦預(yù)熱混合物也是一種有效的節(jié)約能源消耗方法，經(jīng)過實際生產(chǎn)驗證，采用熱返礦預(yù)熱方法時，固體燃料混合物能明顯提升溫度，且相比于常規(guī)的蒸汽預(yù)熱方法，這種方法還可以節(jié)約大量蒸汽，降低生產(chǎn)成本。

2.1.4 強化制粒工藝提高成品率

實際生產(chǎn)過程中，可以通過改進制粒工藝來改善固體燃料的粒度分布，比如可以采取將混合料的制粒時間延長，添加生石灰、小球團等粘結(jié)劑等方法。這樣可以有效改善混合料中粒度分布問題，減少燃料凝結(jié)不足導(dǎo)致粒度過小的現(xiàn)象產(chǎn)生，使混合料整體的粒度分布更均勻，從而減少燃燒過程中有毒氣體CO 的排放，提高燒結(jié)工序的水平，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

2.1.5 采用厚料層燒結(jié)

通過將燒結(jié)料層加厚再進行燒結(jié)的技術(shù)，達(dá)到料層間自動蓄熱的目的。這樣可以有效減少熱量的散失，降低燃料的消耗量，而且對燒結(jié)過程中發(fā)生的氧化反應(yīng)并沒有影響。經(jīng)過實際生產(chǎn)證明，采取改進制粉工藝，使混合料粒度均勻，再輔以先進的點火設(shè)備，就可以制成厚料層，這種方法不僅可以降低能耗，還能減少燒結(jié)料單單表層燒結(jié)的概率，提高燒結(jié)料質(zhì)量。

2.2 降低電耗

燒結(jié)工序中的能源消耗不僅僅是熱能的消耗，其中電能也占據(jù)了不小作用，而電能的消耗主要是由抽風(fēng)機的使用所引起的，抽風(fēng)機使用過程中消耗的電能大小受燒結(jié)機漏風(fēng)情況的影響。衡量燒結(jié)機水平的一個重要參數(shù)就是燒結(jié)機的漏風(fēng)率，它指的是除燃料燃燒以外產(chǎn)生的進入煙道中煙風(fēng)在總煙量中的占比。所需的泄漏率越低，越好。如果漏泄率過高，總排氣量就會增加，加載爐灶，增加電力消耗，降低生產(chǎn)力，工作環(huán)境惡化。而如果可以降低漏風(fēng)率，不僅可以節(jié)約電能，而且對燃料的消耗量也會大幅降低，與此同時，燒結(jié)過程中噪音減少，環(huán)境得到改善，通過材料層增加空氣，并提高燃燒強度和質(zhì)量。

就具體部位而言，燒結(jié)機中臺車與其他部位之間連接處漏風(fēng)情況最為嚴(yán)重，尤其是與滑道、首尾風(fēng)箱之間。所以，要想改善燒結(jié)機的漏風(fēng)情況就必須加強這些部位之間的密封情況，比如可以采取橡膠密封并輔以耐磨材料等方法來降低漏風(fēng)現(xiàn)象的產(chǎn)生。這樣就可以使抽風(fēng)機產(chǎn)生風(fēng)力盡量通過混合料，從而提升燒結(jié)料的質(zhì)量并減少電能的消耗。此外，對于燒結(jié)機的質(zhì)量要重點關(guān)注，要能及時發(fā)現(xiàn)并維修燒結(jié)機出現(xiàn)的問題，避免因燒結(jié)機臺車損壞而導(dǎo)致的漏風(fēng)情況。鋼鐵企業(yè)燒結(jié)工序中，主抽風(fēng)系統(tǒng)在設(shè)備中占據(jù)了較大比重，其耗電量也是在整個燒結(jié)工序中比重較大。而這些電耗可以通過降低混合料間對風(fēng)力的阻力，風(fēng)箱、煙道間的阻力等來實現(xiàn)，總之就是盡可能減少燒結(jié)機工作過程中的漏風(fēng)情況，減少主抽風(fēng)系統(tǒng)的載荷，達(dá)到減少電力消耗的目的。

2.3 降低水資源耗費

燒結(jié)工序中的排風(fēng)、除塵等過程都需要消耗大量水資源，需要有循環(huán)水系統(tǒng)，但某些鋼鐵企業(yè)對此重視程度不足，導(dǎo)致循環(huán)水系統(tǒng)供應(yīng)的水質(zhì)與水溫都不達(dá)標(biāo)，造成供水管道出現(xiàn)極為嚴(yán)重的腐蝕現(xiàn)象。這樣不僅會導(dǎo)致供水過程中大量水資源的浪費，還會因為水溫不達(dá)標(biāo)造成燒結(jié)設(shè)備的降溫、燒結(jié)料的冷卻等需要得不到滿足，進而影響燒結(jié)料的質(zhì)量。要解決這個問題首先就要從思想上重視水資源浪費的問題，加強管理，此外就是利用當(dāng)前先進的節(jié)水設(shè)備替換老舊循環(huán)水系統(tǒng)，比如可以采用軟水循環(huán)系統(tǒng)，它可以時刻檢測供水的水質(zhì)與水溫，提高供水系統(tǒng)的換熱水平，確保水溫滿足燒結(jié)需要。而且燒結(jié)工序?qū)λ|(zhì)的要求不盡相同，要根據(jù)具體步驟的需求提供合理的水質(zhì)水源，而不是一味使用高品質(zhì)水源。

2.4 降低點火熱耗

除了固體燃料、電能的消耗，燒結(jié)工序的點火過程中也會消耗一部分能源，它主要受點火所需時長、點火強度和混合料厚度等多種因素影響。而點火強度又受到煤氣等燃料用量的影響，燃料供給越多，點火強度越高。但是煤氣用量也并不是隨意增加，而是根據(jù)熱工制度，燃料的供熱效率、煤氣的燃燒狀態(tài)等決定的。所以要想減少燒結(jié)工序點火過程中的能源消耗，就必須改進當(dāng)下的熱工制度，從點火器本身而言也要盡量改進以提升供熱效率，對于煤氣而言，要增強其利用率，改善燃燒狀態(tài)，具體措施如下。

2.4.1 嚴(yán)格控制點火溫度和點火時間

根據(jù)前文提到的點火能耗的影響因素，首先需要改進控制的就是點火所需時長的因素，其本質(zhì)是控制點火過程中的溫度。因為當(dāng)點火過程中提供溫度不足，就會造成燒結(jié)料所需熱量供應(yīng)不足，未燒結(jié)的生料就會增多，從而造成返礦量大大增多。而點火提供溫度超出時，燒結(jié)料表層溫度超過熔點，產(chǎn)生過熔現(xiàn)象，使得燒結(jié)料的透氣性大大下降，今而增加點火能耗。經(jīng)過實踐探究發(fā)現(xiàn)，最為合適的點火溫度在1050℃～1150℃之間，而點火所需時間就是由點火溫度所決定，點火溫度不足就要延長，溫度超出就要縮短。

2.4.2 采用節(jié)能點火爐

在鋼鐵工藝中，設(shè)備對能耗的影響尤為重要，在點火過程中，點火器、點火爐都會影響點火能耗。比如對點火器而言，根據(jù)實際點火需要，設(shè)計不同種類的點火器，以滿足不同類型燒結(jié)料的點火段都能直接點火，從而促進燃料盡可能完全燃燒，降低能耗；對于點火爐而言，其不僅影響點火能耗，還會影響點火質(zhì)量進而影響燒結(jié)料的質(zhì)量，所以極可能得采用節(jié)能點火爐，并保證燒結(jié)過程中火焰溫度合適，高溫持續(xù)時間充足，這樣才能在降低能耗的基礎(chǔ)上提高燒結(jié)質(zhì)量。

2.5 燒結(jié)余熱的回收利用

其實不管是什么原因?qū)е履芎倪^大，其無用耗能形式基本主要都是熱量無法完全利用，導(dǎo)致余熱散失。但這些散失掉的熱量并非不可利用，據(jù)研究表明，鋼鐵燒結(jié)工序中散失的預(yù)熱有30%。燒結(jié)余熱回收具體操作如下:

首先，回收鐵礦中的高溫。該技術(shù)的主要目的是在鋼周期結(jié)束時達(dá)到800 攝氏度時回收高溫。通過一些實際比較，實際回收的能源消耗量減少了10%。在回收剩余熱量后，在高壓鍋爐中形成高壓蒸汽，在高壓蒸汽下產(chǎn)生能量。此外，炎熱的空氣也會產(chǎn)生一股熱力。通過回收剩余的熱量，有效有效地控制了有效的能源消耗。

其次，回收燃燒氣體的剩余熱量。固體的進料必須產(chǎn)生大量的廢氣，廢氣中產(chǎn)生一定數(shù)量的熱量。低溫可控制在約400℃。作為改進過程的一部分，可將這部分回收應(yīng)用的能耗減少20%。特別是在回收后，可在廢氣溫度較高時選擇燃燒。目前，這項技術(shù)在我國國家機構(gòu)廣泛用于鋼鐵生產(chǎn)，從而有助于工業(yè)生產(chǎn)。這是改善?！按送?，這部分廢氣中二氧化硫在實際應(yīng)用中的含量較低，也就是說，在再循環(huán)應(yīng)用中，工業(yè)生產(chǎn)單位可以直接使用，無需進行具體的脫硫操作。脫硫生產(chǎn)的消費和投入在一定程度上可以有效控制。

然而，就大量生產(chǎn)和使用而言，回收單元的應(yīng)用目前不科學(xué)，目前是用于廢氣回收循環(huán)，這是研究的關(guān)鍵階段。在這一階段，由于燃燒產(chǎn)生的廢氣溫度不穩(wěn)定，實際設(shè)備很難改進，因此無法獲得最穩(wěn)定的數(shù)據(jù)。

最后，鍋爐的剩余熱量可以回收利用。這一技術(shù)的應(yīng)用主要基于蒸汽回收。隨著火炬的推移，工作人員可以回收剩余熱量產(chǎn)生的蒸汽，同時實現(xiàn)真正的能源效率。

2.6 充分利用燒結(jié)環(huán)冷余熱發(fā)電

余熱回收并不是一定用于二次加熱，還可以用來發(fā)電，燒結(jié)環(huán)冷余熱發(fā)電技術(shù)就是如此。它是通過回收環(huán)冷機的廢氣散失的熱量，將蒸汽直接供應(yīng)于汽輪發(fā)電機，從而實現(xiàn)發(fā)電。這種方法不僅可以減少廢氣排放，還充分利用資源降低利燒結(jié)工序中的電耗與熱量散失，提供鋼鐵企業(yè)利潤率。

但是這種技術(shù)仍處于起步階段，發(fā)電過程會因為回收余熱溫度不固定、系統(tǒng)設(shè)計不完善等問題，導(dǎo)致結(jié)果達(dá)不到預(yù)期，甚至是無法投入實際運用。針對這些問題，可以通過以下幾個步驟來改善：

（1）加強環(huán)冷機密封效果，降低漏風(fēng)率，從而提高排出廢氣溫度和氣體量。一般環(huán)冷機都是采用外層對上層靜止密封、下層活動密封相結(jié)合的密封方法，密封效果較為良好；但是其內(nèi)層就只是采用靜止密封的方法，而內(nèi)層又需要頻繁經(jīng)受高溫，所以密封形式容易受損，內(nèi)層漏風(fēng)情況明顯。針對這個問題就可以重新改造風(fēng)箱內(nèi)層的密封形式，將原來的靜密封改為橡膠密封板與固定密封板相結(jié)合的形式，提高密封可靠性，降低漏風(fēng)率。

（2）增加余熱回收受熱面積。汽輪發(fā)電對蒸汽溫度有著較高的要求，并不是所有風(fēng)箱排出的廢氣都可以滿足此要求。針對這個問題，可以通過排查各個風(fēng)箱所排出廢氣的溫度，來判斷其是否達(dá)到發(fā)電要求（平均溫度在350℃左右），將滿足要求的所有風(fēng)向全部接入廢氣余熱回收裝置，增大發(fā)電機的蒸汽接收面積，使蒸汽溫度始終維持在發(fā)電要求以上。

（3）穩(wěn)定燒結(jié)生產(chǎn)，控制燒結(jié)終點溫度。因為當(dāng)前科技水平的限制，大多數(shù)鋼鐵企業(yè)的燒結(jié)設(shè)備并不夠先進，再加上制粉工藝與水分控制的不夠完善，導(dǎo)致鋼鐵企業(yè)燒結(jié)工序終端的現(xiàn)象頻發(fā)，從而引起煙氣溫度迅速下降，廢氣余熱發(fā)電無法持續(xù)進行。一般而言，鋼鐵企業(yè)為了保證燒結(jié)質(zhì)量，都會控制燒結(jié)終點溫度稍低，但這也會造成排除廢氣溫度不足，達(dá)不到發(fā)電要求的廢氣只能是白白散失，引起熱量消耗。針對這個問題，就可以通過后移燒結(jié)終點的方法，減少熱量散失。比如可以將以往燒結(jié)終點的風(fēng)箱位置后移一個，使得熱量再次積聚，排出的煙氣溫度也會再次上升，最終達(dá)到發(fā)電要求。

2.7 建設(shè)鋼鐵燒結(jié)能源管理體系

為了控制煉鋼過程中的能源消耗，有必要建立一個適合這一過程的能源消耗管理系統(tǒng)。首先，制定了規(guī)則，以減少燃燒時的能源消耗。在制定規(guī)則的基礎(chǔ)上，將為實施能源效率提供有效的指導(dǎo)。制定業(yè)務(wù)規(guī)則要求嚴(yán)格遵守國家政策和相關(guān)法律，這可能導(dǎo)致一個定期評估制度，并制定應(yīng)急計劃。第二，正在嚴(yán)格按照關(guān)于燃料能效和生產(chǎn)設(shè)備應(yīng)用的國家標(biāo)準(zhǔn)更換現(xiàn)有機械設(shè)備。積極改進設(shè)備使用并確定改進方向。然后制定原材料、焚化、剩余熱循環(huán)和廢氣處理等評估標(biāo)準(zhǔn)，從而改進能源方案。

與此同時，需要對目前用于鋼鐵著色作業(yè)的主要消耗能源設(shè)備進行全面研究，并應(yīng)及時更換消耗能源設(shè)備。為了減少鋼鐵著色過程中的能源消耗，改進生產(chǎn)設(shè)備在控制能源消耗方面發(fā)揮著重要作用。健全的能源管理系統(tǒng)在有效控制鋼鐵生產(chǎn)中的能源消耗方面發(fā)揮著重要作用。

3 結(jié)語

綜上所述,鋼鐵企業(yè)燒結(jié)工序的降低能耗任務(wù)對于企業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，獲得更高的企業(yè)效益有著極其重要的作用，但是真正完成難度不低，對制粉工藝、生產(chǎn)技術(shù)、燒結(jié)設(shè)備等都提出了不低的要求。在燒結(jié)工藝的實施過程中，要注重固體燃料的粒度均勻，改進燒結(jié)過程的各種設(shè)備，降低漏風(fēng)率，回收余熱等措施，循序漸進地完成節(jié)能降耗的目標(biāo)。