降低帶式焙燒機(jī)球團(tuán)工序能耗的方案和實(shí)踐

許寶科

(福建三鋼閩光股份有限公司，福建 三明 365000)

0 引言

在雙碳背景下，優(yōu)化高爐爐料結(jié)構(gòu)，提高球團(tuán)礦入爐比例，成為鋼鐵產(chǎn)業(yè)重要的發(fā)展趨勢(shì)[1]。帶式焙燒工藝具有原料適應(yīng)性廣、單機(jī)生產(chǎn)能力大等優(yōu)點(diǎn)[2]，但是由于國(guó)內(nèi)球團(tuán)廠普遍缺乏帶式焙燒球團(tuán)的生產(chǎn)管理經(jīng)驗(yàn)，在投產(chǎn)初期均出現(xiàn)了一些能耗指標(biāo)較高、產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)大的問(wèn)題[3]。

SG帶式焙燒機(jī)球團(tuán)生產(chǎn)線于2019年12月正式投產(chǎn)運(yùn)行[4]，生產(chǎn)初期，由于經(jīng)驗(yàn)不足，設(shè)備故障較多，原料不穩(wěn)定等原因?qū)е履芎钠撸?020年球團(tuán)工序能耗高達(dá)27.54 kgce/t，在全國(guó)30家球團(tuán)企業(yè)排名第11名，距離行業(yè)先進(jìn)水平有一定差距。

2021年，生產(chǎn)線加大“對(duì)標(biāo)學(xué)習(xí)，降低能耗”技術(shù)攻關(guān)[5-6]，結(jié)合SG球團(tuán)生產(chǎn)實(shí)際系統(tǒng)性地提出了降低帶式焙燒球團(tuán)生產(chǎn)工序能耗的“SG方案”，通過(guò)一年的優(yōu)化和改進(jìn)，SG帶式焙燒球團(tuán)生產(chǎn)穩(wěn)定，降低球團(tuán)工序能耗取得了顯著的效果。截止到2021年底，該生產(chǎn)線工序能耗已降到19.88 kgce/t，2021年度平均能耗為21.80 kgce/t，在同行業(yè)27家企業(yè)中排名第2名，居于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先行列。

1 球團(tuán)工序能耗結(jié)構(gòu)分析

表1為國(guó)內(nèi)同行在2020年的工序能耗情況，表2為2020年SG球團(tuán)生產(chǎn)線具體各項(xiàng)指標(biāo)工序能耗情況。由此可知，SG球團(tuán)工序能耗較高，2020年球團(tuán)工序能耗高達(dá)27.54 kgce/t，在全國(guó)30家球團(tuán)企業(yè)排名第11名，距離行業(yè)先進(jìn)水平有一定差距。SG球團(tuán)的能耗主要由三部分構(gòu)成：耗焦?fàn)t煤氣、耗電和耗高爐煤氣，其中耗焦?fàn)t煤氣占比最高，達(dá)60.31%；耗電次之，占18.08%；耗高爐煤氣占17.86%。

表1 2020年全國(guó)球團(tuán)能耗工序能耗情況表(前15名)

表2 2020年SG球團(tuán)各項(xiàng)指標(biāo)工序能耗 kgce/t

降低工序能耗是在“能耗雙控”背景下球團(tuán)行業(yè)急需解決的關(guān)鍵問(wèn)題。降低帶式焙燒機(jī)球團(tuán)生產(chǎn)工序能耗，關(guān)鍵是提高設(shè)備的利用系數(shù)，提高設(shè)備作業(yè)率和優(yōu)化生產(chǎn)工藝，降低非必要環(huán)節(jié)能量消耗。基于這個(gè)指導(dǎo)思想，SG球團(tuán)生產(chǎn)線對(duì)帶式焙燒機(jī)球團(tuán)生產(chǎn)的全流程進(jìn)行認(rèn)真剖析，并找出了幾點(diǎn)問(wèn)題：①原料的儲(chǔ)存不科學(xué)不規(guī)范，原料的干燥與預(yù)處理環(huán)節(jié)產(chǎn)生了大量的非必要耗能；②造球穩(wěn)定性需要進(jìn)一步加強(qiáng)；③焙燒制度與高爐實(shí)際生產(chǎn)需要不匹配；④煙氣處理環(huán)節(jié)能力富余。

這些問(wèn)題也基本上都是業(yè)內(nèi)帶式焙燒機(jī)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的共性問(wèn)題，針對(duì)這些問(wèn)題，SG提出了鐵精礦原料分區(qū)儲(chǔ)存，智能造球系統(tǒng)改造，優(yōu)化焙燒制度，降低脫硫脫硝耗能等措施的設(shè)想，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)踐論證。

2 降低球團(tuán)工序能耗的主要措施

2.1 強(qiáng)化原料的儲(chǔ)存管理

SG球團(tuán)生產(chǎn)所需的鐵精礦的主要來(lái)料方式包括火車(chē)運(yùn)輸進(jìn)廠、管帶機(jī)輸送進(jìn)廠以及汽車(chē)運(yùn)輸進(jìn)廠三種方式，火車(chē)和管帶機(jī)統(tǒng)一運(yùn)輸?shù)交疖?chē)庫(kù)，汽車(chē)運(yùn)輸?shù)狡?chē)庫(kù)。為了防止粘料，滿(mǎn)足后續(xù)輥磨、混勻等工序的要求，通常采用干燥機(jī)進(jìn)行干燥，尤其是雨季時(shí)，干燥機(jī)的使用不僅保證了高壓輥磨機(jī)的輥磨效果，也對(duì)下游造球工藝的穩(wěn)定起到至關(guān)重要的作用。但是，并非所有的鐵精礦原料都需要干燥，當(dāng)鐵精礦水分小于造球水分，且能滿(mǎn)足輥磨、混勻要求時(shí)，就不需要進(jìn)行精礦干燥。

在生產(chǎn)前期，由于缺乏制度的約束和嚴(yán)格的管理，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)操作工、行車(chē)工對(duì)進(jìn)廠鐵精礦原料隨地儲(chǔ)存，導(dǎo)致混合料水分忽上忽下，極不穩(wěn)定，干燥機(jī)又長(zhǎng)期處于負(fù)荷狀態(tài)，大大消耗了高爐煤氣和干燥機(jī)電耗。

基于以上考慮，生產(chǎn)車(chē)間制定鐵精礦原料儲(chǔ)存管理辦法，且嚴(yán)格執(zhí)行，保證了操作工、行車(chē)工能按照干濕分離的原則對(duì)進(jìn)廠鐵精礦進(jìn)行分區(qū)儲(chǔ)存。同時(shí)，靈活調(diào)整火車(chē)庫(kù)、汽車(chē)庫(kù)造球精粉的混合比例，保證鐵精礦綜合水分控制在9%以?xún)?nèi)，減少干燥機(jī)使用次數(shù)。從2021年下半年開(kāi)始，生產(chǎn)線就停用了干燥機(jī)，僅在雨季短時(shí)間使用，干燥機(jī)使用時(shí)間同比下降了近25%，大幅減少了高爐煤氣和電量的消耗。

2.2 智能造球系統(tǒng)

造球穩(wěn)定性是降低工序能耗的關(guān)鍵，生球濕返率低，生球粒級(jí)均勻，帶式焙燒機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，五大風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)少，工序能耗低[7]。生產(chǎn)線現(xiàn)有4個(gè)Ф7.5 m造球盤(pán)，生產(chǎn)初期，由于進(jìn)廠鐵精礦原料不夠穩(wěn)定，造球工操作水平又參差不齊，不僅造球不夠穩(wěn)定，濕返率波動(dòng)大，同時(shí)調(diào)整速度慢，工作強(qiáng)度大。為了解決落后的人工造球方式，進(jìn)一步提高生球質(zhì)量和降低濕返率，生產(chǎn)線引進(jìn)球團(tuán)智能造球系統(tǒng)。智能造球的工作原理：根據(jù)高清攝像頭采集到的生球數(shù)據(jù)，依靠數(shù)據(jù)庫(kù)的對(duì)比和計(jì)算，快速分析，快速判斷并及時(shí)調(diào)節(jié)水分，從而提高生球粒徑均勻性和降低濕返率，見(jiàn)圖1。

圖1 智能造球系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集到的生球照片及其粒徑分析結(jié)果

智能造球系統(tǒng)運(yùn)行后，生球濕返率<20%，生球粒徑控制在8～14 mm粒級(jí)占比80%以上，10～12.5 mm粒級(jí)占比55%以上，能夠根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際需求自主調(diào)節(jié)生球的粒度，且調(diào)節(jié)時(shí)間不超過(guò)10分鐘。

2.3 優(yōu)化焙燒制度

業(yè)內(nèi)普遍現(xiàn)象是球團(tuán)生產(chǎn)與高爐生產(chǎn)是各自相互獨(dú)立的，球團(tuán)生產(chǎn)沒(méi)有考慮高爐冶煉的實(shí)際需要，一味地追求抗壓強(qiáng)度、還原度、還原粉化率等指標(biāo)，這造成成品球的性能指標(biāo)嚴(yán)重富余，球團(tuán)生產(chǎn)耗能較高。SG球團(tuán)生產(chǎn)線此前一直根據(jù)外購(gòu)球團(tuán)礦的物理特性技術(shù)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)球團(tuán)礦，其抗壓強(qiáng)度保持在≥2 500 N/個(gè)，導(dǎo)致高爐爐況嚴(yán)重不順。究其原因，主要是此前外購(gòu)球團(tuán)礦高爐入爐比相對(duì)較低(約5%)，隨著自產(chǎn)球團(tuán)礦逐步替代外購(gòu)球團(tuán)礦，且入爐比例逐漸提高(約15%～20%)，此前那種高抗壓強(qiáng)度的球團(tuán)礦已不能滿(mǎn)足SG高爐生產(chǎn)的需求。

基于此，生產(chǎn)線通過(guò)不斷調(diào)整球團(tuán)礦冶金性能，以滿(mǎn)足高爐生產(chǎn)需求為第一要?jiǎng)?wù)，最終得出：在自產(chǎn)球團(tuán)礦高爐入爐比15%～20%情況下，球團(tuán)礦抗壓強(qiáng)度維持在2 000～2 500 N/個(gè)，還原度保持在70%以上時(shí)，高爐還原性能好、運(yùn)行穩(wěn)定、順行。此時(shí)，焙燒溫度可從原先的1 270 ℃逐步降至1 200 ℃左右，大幅減少了焦?fàn)t煤氣消耗。

2.4 脫硫、脫硝系統(tǒng)降低工序能耗實(shí)踐

據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，脫硫系統(tǒng)電耗占球團(tuán)總電耗的16%，脫硝系統(tǒng)電耗占總電耗的8%(不含主抽風(fēng)機(jī))，脫硫、脫硝工序能耗占球團(tuán)生產(chǎn)總能耗的26%。因此，降低脫硫、脫硝系統(tǒng)的工序能耗對(duì)于降低帶式焙燒機(jī)球團(tuán)生產(chǎn)工序能耗具有重要意義。

1)為了有效降低脫硫系統(tǒng)耗電量，一方面，進(jìn)一步利用風(fēng)流系統(tǒng)中的熱能和風(fēng)能，在帶式焙燒機(jī)回?zé)峁艿篮椭饕L(fēng)機(jī)管道間設(shè)置旁通，不僅可調(diào)節(jié)干燥段溫度，同時(shí)能夠進(jìn)一步提高脫硫塔入口煙氣溫度，提高脫硫效率；另一方面，嘗試脫硫主機(jī)低負(fù)壓運(yùn)行模式，不斷降低脫硫煙道入口負(fù)壓，在不影響脫硫、脫硝效率的情況下，最終將脫硫煙道入口負(fù)壓由原有的1.5 kPa降至1.0 kPa，實(shí)現(xiàn)節(jié)電。

2)脫硝系統(tǒng)采用的是選擇性催化還原技術(shù)(SCR)，而影響脫硝效率的主要因素為催化劑類(lèi)型和催化溫度[8]。催化劑類(lèi)型經(jīng)選擇、安裝之后，短時(shí)間內(nèi)一般很難再做調(diào)整，因此催化劑溫度成為探索降低脫硝系統(tǒng)工序能耗的主要手段。生產(chǎn)線采用錳系催化劑，催化溫度在230～280 ℃。生產(chǎn)前期，為了保證脫硝效果，催化溫度始終保持在>258 ℃，隨著生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)不斷積累，在不影響脫硝效果的前提下，逐步降低催化溫度，由原來(lái)的258 ℃降至235 ℃，降低了高爐煤氣消耗和電耗。

3 節(jié)能效果

通過(guò)采取上述攻關(guān)措施，球團(tuán)工序能耗指標(biāo)完成情況見(jiàn)表3。由表3可見(jiàn)，攻關(guān)措施取得了明顯的效果，每月工序能耗逐步降低，并保持在較低水平。2021年球團(tuán)工序能耗控制為21.80 kgce/t，在同行業(yè)27家企業(yè)中排名第2名(見(jiàn)表4)。

表3 2020、2021年球團(tuán)工序能耗指標(biāo) kgce/t

表4 2021年全國(guó)球團(tuán)能耗工序能耗情況表(前5名)

4 結(jié)語(yǔ)

1)SG球團(tuán)生產(chǎn)線對(duì)帶式焙燒機(jī)球團(tuán)生產(chǎn)的全流程生產(chǎn)高耗能的原因進(jìn)行認(rèn)真剖析，找出了原料的儲(chǔ)存不科學(xué)不規(guī)范，原料的干燥與預(yù)處理環(huán)節(jié)產(chǎn)生了大量的非必要耗能；造球穩(wěn)定性需要進(jìn)一步加強(qiáng)；焙燒制度與高爐實(shí)際生產(chǎn)需要不匹配；煙氣處理環(huán)節(jié)能力富余等行業(yè)共性問(wèn)題。

2)針對(duì)這些問(wèn)題，SG球團(tuán)通過(guò)一系列嘗試和探索，總結(jié)出從原料到成品球團(tuán)的全流程降低帶式焙燒球團(tuán)生產(chǎn)工序能耗的方案，具體包括鐵精礦原料分區(qū)儲(chǔ)存，智能造球系統(tǒng)改造，優(yōu)化焙燒制度，降低脫硫脫硝耗能等措施。

3)經(jīng)過(guò)2021年的歷時(shí)一年的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐驗(yàn)證，SG降低帶式焙燒球團(tuán)工序能耗的方案取得了良好的節(jié)能效果，與2020年相比，球團(tuán)工序能耗降低5.74 kgce/t，達(dá)到21.80 kgce/t，能耗指標(biāo)居于國(guó)內(nèi)同行前茅。