燒結(jié)工序降低固體燃耗節(jié)能減碳的措施

顧玲　宋贊

摘要：本文對(duì)燒結(jié)工序提出了優(yōu)化燒結(jié)配料結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定混勻料配比，控制適宜的燃料粒度和熔劑粒度，提高混合料溫度，熱風(fēng)燒結(jié)，噴吹富氫氣體燃料技術(shù)等降低固體燃料消耗的措施，實(shí)現(xiàn)燒結(jié)工序的節(jié)能減碳，企業(yè)降本增效。

關(guān)鍵詞：固體燃料消耗；強(qiáng)力混合；厚料層；熱風(fēng)燒結(jié)；富氫

0 引言

燒結(jié)工序是鋼鐵長(zhǎng)流程生產(chǎn)過程中的能耗大戶，能源消耗量甚至能占總消耗量的10%，二氧化碳排放約占總碳排放量的15%。對(duì)以碳為主要燃料的燒結(jié)工序而言，減碳的挑戰(zhàn)無疑是巨大的。整個(gè)燒結(jié)工序能耗包括固體燃料消耗、電力消耗、點(diǎn)火煤氣消耗等，而固體燃料消耗占整個(gè)工序能耗的75～80%。因此降低固體燃料消耗是燒結(jié)工序節(jié)能減碳的關(guān)鍵。通過調(diào)研部分燒結(jié)廠實(shí)際運(yùn)行情況，以及近幾年國內(nèi)外采用的燒結(jié)節(jié)能降耗技術(shù)及實(shí)際運(yùn)行效果，提出了降低固體燃料消耗的主要措施。

1 優(yōu)化燒結(jié)配料結(jié)構(gòu)，充分利用各種循環(huán)廢料

嚴(yán)格控制外購生石灰采購標(biāo)準(zhǔn)，提高生石灰質(zhì)量，降低CaO含量和活性度波動(dòng)率，穩(wěn)定燒結(jié)生產(chǎn)。對(duì)于原料品種進(jìn)行梳理，原料合理搭配，降低赤鐵礦和褐鐵礦配比，提高磁鐵礦配比。充分合理的利用鋼鐵流程中產(chǎn)生的各種循環(huán)廢料，既可以充分利用資源，減少浪費(fèi)，也可以起到降低固體燃料消耗的作用。比如焦化灰、煉鐵瓦斯灰等含有30%左右的碳，配加到燒結(jié)中可替代部分焦粉。煉鋼產(chǎn)生的廢渣在一定程度上也可以代替生石灰，因?yàn)檫@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(diǎn)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(huì)被氧化釋放大量熱量，從而不僅可以進(jìn)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 穩(wěn)定混勻料配比，提高原料透氣性和制粒效果

穩(wěn)定混勻料配比，最大限度地滿足混勻料成分、粒度的穩(wěn)定，減少因變料等導(dǎo)致的生產(chǎn)波動(dòng)，保證燒結(jié)生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性、連續(xù)性，降低返礦循環(huán)負(fù)荷，對(duì)于降低燒結(jié)礦固體燃料單耗也可以起到較好的效果。

如燒結(jié)沒有混勻料場(chǎng)的，建議增設(shè)強(qiáng)力混合系統(tǒng)。強(qiáng)力混合系統(tǒng)能增強(qiáng)燒結(jié)混合料的混勻度，使得混合料中超細(xì)粉、燃料、熔劑等能充分混勻，使燒結(jié)原料透氣性增加，制粒效果增強(qiáng)。日本住友、新日鐵等公司最早開始采用立式強(qiáng)力混合機(jī)用于燒結(jié)料混合。通過研究和在住友和歌山第三燒結(jié)廠的實(shí)踐，由于增加了強(qiáng)力混合機(jī)替代滾筒混合機(jī)，使燒結(jié)原料透氣性增加，制粒效果增強(qiáng)并且燒結(jié)速度提高了10%～12%。由此，生產(chǎn)能力也提高了8%～10%，同時(shí)降低焦粉的添加比例0.5%。

寶鋼和本鋼在原有的二段混合制粒的基礎(chǔ)上引入了強(qiáng)力混合機(jī)，改造為強(qiáng)力混合—圓筒制?！獔A筒制粒流程的三段式混合制粒。強(qiáng)化混合，使燒結(jié)料層透氣性得到明顯改善，燒結(jié)礦成品率由76.63%提高至77.92%，轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度也從75.98%提升到78.36%。本鋼采用一段立式強(qiáng)力混合潤濕混合物料，二三段圓筒混合強(qiáng)化制粒，投入生產(chǎn)后大于3 mm粒級(jí)占比提高了20%，主抽風(fēng)壓降低1000 Pa，混合料的粒度組成和透氣性得到改善，降低了固體燃料消耗。

3 控制適宜的燃料粒度和熔劑粒度

燒結(jié)過程中，燃燒是由固體燃料的本身特性、粒度范圍和實(shí)際燃燒條件決定，所以為了使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(duì)固體燃料進(jìn)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(shí)踐證明，焦粉燃料最為合適的粒度范圍在0.5 mm～3 mm之間。對(duì)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(fèi)，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；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(gè)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(yáng)起，從而發(fā)生反應(yīng)生成有毒氣體CO。

在已有的燒結(jié)廠中，可以通過對(duì)燃料破碎系統(tǒng)單輥破碎機(jī)、四輥破碎機(jī)實(shí)施機(jī)輥輥間距液壓伺服自動(dòng)調(diào)整改造，實(shí)現(xiàn)燃料加工系統(tǒng)破碎機(jī)自動(dòng)控制，提高加工粒度合格率至85%以上，改善燃料加工粒度，降低固體燃耗1～1.5 kg/t。

根據(jù)同類燒結(jié)廠的燒結(jié)試驗(yàn)及生產(chǎn)實(shí)踐，石灰石、白云石0～3mm粒級(jí)在90%以上效果最好。為了控制好石灰石、白云石的粒度，日常生產(chǎn)中要做好可逆錘式破碎機(jī)和熔劑振動(dòng)篩的巡檢維護(hù)，錘頭磨損后及時(shí)補(bǔ)焊或更換，篩板破損后及時(shí)組織更換，保障合格的熔劑粒度。

4 實(shí)行低水、低碳、厚料層操作

混合料里的水分具有制粒、潤滑、導(dǎo)熱和助燃等作用，適當(dāng)控制混合料的水分，可以減少多余水分蒸發(fā)造成的不必要的燃料消耗，降低固體燃料的消耗，水分在6.8%為宜。

生產(chǎn)中，在燒好、燒透的前提下，應(yīng)盡量采用厚料層操作，這是因?yàn)闊Y(jié)礦層有自動(dòng)蓄熱作用，提高料層厚度能降低燃料消耗。而低碳厚料層操作一方面既有利于提高燒結(jié)礦強(qiáng)度，改善燒結(jié)礦的粒度組成，使燒結(jié)礦大塊降低，粉末減少，粒度趨于均勻，成品率提高；另一方面又有利于降低燒結(jié)礦氧化亞鐵含量，改善燒結(jié)礦的還原性。所以適當(dāng)提高臺(tái)車上混合料層厚度，不僅可以使熱利用率提高，燃料消耗相應(yīng)降低，而且能減少燒結(jié)過程不均勻帶來的影響，使燒結(jié)礦的結(jié)構(gòu)均勻，質(zhì)量提高。

寶鋼本部600 m2燒結(jié)機(jī)料層厚度達(dá)到900 mm，寶鋼的生產(chǎn)實(shí)踐表明，燒結(jié)料層每提高l0 mm，料層助力升高163 Pa，風(fēng)量下降1.28 m3/t，固體燃耗可降低0.104 kg/t，煤氣消耗量下降0.06 m3/t等等，成品率明顯提高，返礦量下降。

5 提高混合料溫度

預(yù)熱混合料是降低固體燃料消耗的有效方法。生產(chǎn)實(shí)踐表明，提高燒結(jié)混勻料的料溫，使其達(dá)到合理的混合料溫度露點(diǎn)以上時(shí)，可以顯著減少料層中水汽冷凝而形成的過濕現(xiàn)象，從而降低過濕層對(duì)氣流的阻力，改善料層透氣性，使抽過料層的空氣量增加，為料層內(nèi)的熱交換創(chuàng)造了良好條件。

制粒機(jī)內(nèi)通入蒸汽的預(yù)熱方式由于受制粒機(jī)填充率的限制，熱利用率非常低，預(yù)熱效果差，目前可作為一種預(yù)熱混合料的輔助措施。而混合料經(jīng)過礦槽、圓輥、九輥立即布到臺(tái)車上，在這一部位預(yù)熱，距離燒結(jié)機(jī)臺(tái)車最近，熱損失最小，因此燒結(jié)機(jī)礦槽蒸汽預(yù)熱效果顯著?；旌狭蠝囟纫?5℃為基礎(chǔ)溫度，混合料的溫度每提高了10℃，固體燃耗降低了約0.6 kg/t。

6 熱風(fēng)燒結(jié)

熱風(fēng)燒結(jié)技術(shù)是利用高溫空氣替代常溫空氣，對(duì)燒結(jié)料表層進(jìn)行加熱燒結(jié)。以熱風(fēng)的物理熱代替部分固體燃料的燃燒熱，可節(jié)省固體燃料，使燒結(jié)料層上、下部熱量和溫度的分布趨向均勻，克服了表層熱量不足的缺點(diǎn)，同時(shí)提高了燒結(jié)礦的強(qiáng)度，改善了燒結(jié)礦的還原性。

安鋼煉鐵廠在1號(hào)燒結(jié)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行熱風(fēng)燒結(jié)與煙氣內(nèi)循環(huán)技術(shù)的研制與應(yīng)用 。通過高溫循環(huán)風(fēng)機(jī)將燒結(jié)機(jī)尾部溫度較高、氧氣含量較高、二氧化硫含量較低的6個(gè)風(fēng)箱的煙氣配合中部溫度較低、氧氣含量較低、二氧化硫含量較高的4個(gè)風(fēng)箱的煙氣通過一定比例抽入新增的煙道，在多管除塵前的煙箱混合器中混勻，調(diào)節(jié)煙氣含氧量、溫度、壓力，使之滿足燒結(jié)條件后，返回?zé)Y(jié)臺(tái)車上的煙氣罩內(nèi)，通過料層參與燒結(jié)過程。工藝主要參數(shù)為：煙氣循環(huán)比約19%，循環(huán)風(fēng)溫275℃±25℃，含氧量≥18.5%，負(fù)壓17000 Pa，煙氣罩約50 m。通過采用煙氣內(nèi)循環(huán)實(shí)現(xiàn)熱風(fēng)燒結(jié)工藝，實(shí)現(xiàn)了高溫?zé)Y(jié)煙氣顯熱的回收，每噸燒結(jié)礦可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約0.557 kg；同時(shí)，還減少了排入大氣的煙氣總量，降低主抽風(fēng)機(jī)、主電除塵器和脫硫裝置負(fù)荷，為治理燒結(jié)煙氣污染創(chuàng)造了有利條件。

7 FeO控制

FeO高低主要取決于配碳量的多少，當(dāng)燃燒過程溫度較高，則FeO隨之升高，燃料消耗也必然升高。在不影響燒結(jié)礦質(zhì)量的前提下，加強(qiáng)對(duì)FeO的控制，要求看火、配料崗位嚴(yán)格掌控燃料配加量，將燒結(jié)礦FeO含量控制在9.0%±1%范圍內(nèi)，盡可能的采取低FeO控制，降低固體燃料消耗。

8 噴吹富氫氣體燃料技術(shù)

用氫系燃料替代部分焦粉，從燒結(jié)料床上面吹向料層。由于氫系燃料和焦粉的燃點(diǎn)不同，因此可以在不提高燃燒最高溫度的情況下，長(zhǎng)時(shí)間保持最佳反應(yīng)溫度，從而大幅提高燒結(jié)工序能源效率?減少焦粉配入量，同時(shí)還提高燒結(jié)礦強(qiáng)度與還原性。

日本JFE公司2009年開發(fā)出了向燒結(jié)機(jī)料面噴加氫系氣體燃料LNG的Super—Sinter技術(shù)，研究表明燒結(jié)機(jī)利用LNG噴吹技術(shù)后，每噸燒結(jié)礦的固體燃料消耗量降低3 kg，年減少CO2的排放近6萬t。

2016年韶鋼5號(hào)機(jī)（400 m2燒結(jié)機(jī)）采用焦?fàn)t煤氣料面頂吹加強(qiáng)化燒結(jié)技術(shù)，其節(jié)能效果分析數(shù)據(jù)表明：平均每噴入1 m3焦?fàn)t煤氣，可減少焦粉用量1.4～1.7 kg，提高成品率0.2～0.3%；同時(shí)可實(shí)現(xiàn)每立方米燒結(jié)煙氣SO2生產(chǎn)量減少145 mg，NOX生成量減少35 kg，煙氣中CO2的含量降低0.29%。

2020年，中天鋼鐵550 m2燒結(jié)機(jī)930 mm厚料層料面天然氣噴吹流量300 m3/h下，固體燃料消耗可減少2.52 kg/t，減少煙氣CO2排放量為5.93 kg/t，燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度提升0.14%，燒結(jié)內(nèi)返礦率降低0.18%等，實(shí)現(xiàn)了噸礦工序能耗降低2.63 kg標(biāo)煤。當(dāng)天然氣噴吹流量為500 m3/h時(shí)，固體燃料消耗降低3.77 kg/t，煙氣CO2排放量減少9.19 kg/t。

除了上述降低固體燃料消耗的主要措施以外，還要加強(qiáng)設(shè)備管理，提高設(shè)備作業(yè)率，以設(shè)備為基礎(chǔ)，穩(wěn)定生產(chǎn)創(chuàng)造條件，減少開停機(jī)對(duì)生產(chǎn)干擾，以此提高燒結(jié)礦物理強(qiáng)度，降低返礦率，提高產(chǎn)量，降低消耗。對(duì)新建的燒結(jié)機(jī)應(yīng)配套專家控制系統(tǒng)采用皮帶檢測(cè)、自動(dòng)加水、機(jī)尾成像等自動(dòng)化技術(shù)，研究燒結(jié)配料、配碳、配水、點(diǎn)火、風(fēng)量控制等參數(shù)對(duì)燒結(jié)礦質(zhì)量的影響機(jī)理，提高燒結(jié)過程智能化控制水平，降低工序能耗和生產(chǎn)成本。

總之，降低固體燃耗是燒結(jié)工序節(jié)能減碳的重要路徑，也是企業(yè)降本增效生存發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。