秦玉杰  范蘭濤

( 河北鋼鐵集團唐鋼公司)

摘要：河鋼集團唐鋼煉鐵北區(qū)燒結(jié)系統(tǒng)為降低燒結(jié)能耗，進行了技術(shù)攻關(guān)，通過研究降低固體燃耗、煤氣消耗、電耗、蒸汽消耗、壓縮空氣消耗的新技術(shù)，實現(xiàn)了燒結(jié)生產(chǎn)節(jié)能減排，取得了良好效果。

關(guān)鍵詞：固體燃耗；煤氣消耗；電耗；蒸汽消耗；壓縮空氣消耗

0 前言

燒結(jié)工序能耗在噸鋼綜合能耗中約占10%，僅次于高爐煉鐵。2015 年，河鋼唐鋼北區(qū)燒結(jié)作業(yè)區(qū)實現(xiàn)固體燃耗降低3．38 kg /t，取得顯著成效，處于國內(nèi)同行業(yè)中上游水平。但煤氣單耗、電耗、蒸汽消耗和壓縮空氣單耗分別為33．72 m³ /t、37．85 kWh /t、19．68 kg /t 和5．2 m3 /t，在國內(nèi)同行業(yè)中屬于中下游水平。

河鋼集團唐鋼煉鐵廠分為南、北兩個生產(chǎn)區(qū)、大型設(shè)施主要集中于北區(qū)。北區(qū)有1 座2 000 m³ 和1座3 200 m³高爐，配套燒結(jié)系統(tǒng)有4 臺燒結(jié)機。目前，唐鋼煉鐵部北區(qū)燒結(jié)用含鐵料主要有: 司營精粉、研山精粉、南非粉、澳礦粉、麥克粉、PB 粉、巴西卡粉等，燒結(jié)礦堿度為1．9。

1 制約燒結(jié)能耗降低的因素分析

2015 年11 月15 日，煉鐵北區(qū)1#高爐休風(fēng)停產(chǎn)，據(jù)測算2 #、3 #高爐每天燒結(jié)礦需求大約在13 200 t /d～ 15 000 t /d，燒結(jié)四臺燒結(jié)機每天產(chǎn)能大約在23 000 t /d，燒結(jié)產(chǎn)能大于高爐需求。新平衡條件下，由于燒結(jié)礦總產(chǎn)量降低和產(chǎn)能過剩導(dǎo)致的頻繁啟停機會造成噸礦能源成本升高。目前，1#、2#、3#燒結(jié)機陸續(xù)進行的除塵加裝布袋改造勢必會造成電耗和壓縮空氣消耗的大幅升高，從而迫使成本升高。目前，國內(nèi)的對于料層蓄熱的研究絕大部分停留在料層越厚蓄熱越多，料層溫度也越高，并未將料層厚度和蓄熱溫度的關(guān)系進行摸索和量化。對于燃料在高負壓燒結(jié)情況下?lián)p失和化學(xué)能利用率的高低與燃料粒度的關(guān)系也沒有較為深刻的研究，這些都制約了固體燃耗的進一步降低。對于降低點火煤氣消耗的研究大多數(shù)停留選擇合理的空燃比，保證煤氣充分燃燒; 厚料層作業(yè)，降低機速，延長點火時間，提高點火溫度等方式方法，并未對點火爐溫度場的特性和控制方法進行過研究，同樣制約了點火煤氣消耗的進一步降低。

2 燒結(jié)生產(chǎn)節(jié)能降耗的主要技術(shù)措施

2．1 降低固體燃耗

2．1．1 通過合理放大燃料粒度，實現(xiàn)減少燃料抽風(fēng)

損失并延長料層保溫時間經(jīng)過混勻制粒后的燒結(jié)混合料，物料中的燃料( 焦粉和無煙煤粉) 主要以兩種形式存在于燒結(jié)混合料的小球中，一種是存在于小球以外的小粒級燃料( ＜1 mm 粒級) 大約占焦粉含量的12%左右，另一種是被包裹于小球以內(nèi)的燃料。燃料存在狀態(tài)如圖1 所示。

為了詳細研究在不同狀態(tài)下焦粉、無煙煤的粒度組成，技術(shù)人員對＜3 mm 粒級含量為70%，75%，80%三種破碎粒度進行了篩分。粒度組成見表1。目前，燃料的破碎粒度標準為為焦粉＜3 mm 粒級的含量為＞80%，無煙煤＜3 mm 粒級的含量為＞75%。在這種控制標準下焦粉＜1 mm 粒級的含量為37%，無煙煤＜1 mm 粒級的含量46%。

北區(qū)燒結(jié)生產(chǎn)的實踐表明: ( 1) 粘結(jié)在混合料小球表面＜ 1mm粒級的燃料，在14000Pa高負壓燒結(jié)的生產(chǎn)狀態(tài)下，被氣流抽走，一部分堵塞混合料的空隙，惡化料層透氣性，另一部分被抽風(fēng)帶走，直接進入大煙道，造成燃料浪費，能耗升高; ( 2) 高負壓為燃燒帶固體碳的燃燒提供了充足的氧量，較細的燃料粒度，會造成燃燒速度加快，燃燒帶變薄，來不及產(chǎn)生足夠的液相，導(dǎo)致燒結(jié)結(jié)礦率降低，返礦量增加，配碳量增大，能耗升高，適當(dāng)增大燃料粒度，降低燃燒速度，可以提高液相生成量改善燒結(jié)礦強度;( 3) 適當(dāng)增大燃料粒度可以提高能量利用率。燒結(jié)燃料的燃燒受擴散作用的控制( 氧分子擴散進入燃料與燃料反應(yīng)，反應(yīng)物產(chǎn)物脫附向廢氣流擴散) 粒度越大，燃燒時間越長，燃燒層越厚，燃燒越充分，燃燒過程氧化氣氛越強，化學(xué)能利用越充分。技術(shù)人員專門針對燃料粒度與廢氣( CO/CO+CO₂ ) 含量比做了實驗，具體結(jié)果如圖2 所示。由此可知，適當(dāng)增加燃料粒度可以提高化學(xué)能利用率，降低固體燃耗。

結(jié)合以上研究成果，以及的實際生產(chǎn)過程中，燃料大于5 mm 粒級的含量大于10%，會造成燒結(jié)到終點之后，燃料燒不盡的生產(chǎn)實際，技術(shù)人員將焦粉無煙煤的控制標準進行了優(yōu)化。優(yōu)化前后的粒度詳見表2。優(yōu)化后的燃料粒度破碎控制標準很好的適應(yīng)了高負壓生產(chǎn)情況下的燒結(jié)過程，起到了降低固體燃料消耗的作用。

2．1．2 通過厚料層作業(yè)，加強燒結(jié)料層蓄熱作用

以4#燒結(jié)機為例，說明科學(xué)計算厚料層生產(chǎn)燃料配比的方法。為了計算燒結(jié)料層的蓄熱作用，2016 年1 月～ 6 月，技術(shù)人員每天在燒結(jié)終點溫度正常，燒結(jié)機燃料配比4．7%～ 4．8%情況下，對4#燒結(jié)機機尾斷面以100 mm 為厚度單元進行4 次溫度實測。經(jīng)過6 個月的實測，技術(shù)人員累計獲得720組，5 040 個數(shù)據(jù)。技術(shù)人員利用這些數(shù)據(jù)做出散點圖并進行曲線擬合，( 如圖4 所示) 。R₂ = 0．993 7，說明料層厚度與機尾斷面溫度為較嚴格二元一次關(guān)系。

從圖4 可以看出，隨著料層厚度的增加蓄熱溫度是增加的趨勢，技術(shù)人員根據(jù)4#機九輥高度以及點火爐爐膛高度決定將4#機料層厚度由700 mm 提升到800 mm。根據(jù)料層厚度與蓄熱溫度關(guān)系式，計算得出800 mm 料層單元離開燒結(jié)機機尾的斷面溫度為1 565．3 ℃，為保證燒結(jié)過程中不過熔，技術(shù)人員通過熱量換算決定，將燃料配比由4．7%～ 4．8%降低為4．1%～4．2%，達到了降低固體燃耗的目的。

為了保證在臺車欄板不加高的條件下，4#機料層由700 mm 提升到800 mm 臺車兩側(cè)不流料，技術(shù)人員自主設(shè)計了燒結(jié)機臺車自適應(yīng)梯形布料裝置( 如圖5 所示) 。該實用新型投入使用后，高出臺車欄板的物料通過梯形塑形，實現(xiàn)了在布料時不流料、點火燒結(jié)時不塌料( 如圖6 所示) 。利用此種方法，其他3 臺燒結(jié)機料層也提升30 mm ～ 50 mm 不等。各燒結(jié)機在臺車欄板不加高的情況下，順利實現(xiàn)了料層厚度的提升。四臺燒結(jié)機總體測算，1#高爐停爐前后四臺燒結(jié)機固體燃耗未升高，達到了技術(shù)人員年初制定的固體燃耗目標。

2．2 降低煤氣消耗

根據(jù)點火爐內(nèi)的溫度場的特性可知，點火爐高溫區(qū)是隨相關(guān)參數(shù)變化而變化的，火焰長度控制高溫區(qū)的高低，燒嘴開啟的數(shù)量和爐膛負壓可以控制高溫區(qū)的面積。

2．2．1 合理控制點火爐燒嘴閥門，縮小高溫區(qū)面積，集中熱量

通過點火爐改造將點火爐3 排燒嘴改為兩排，并通過調(diào)整點火爐燒嘴控制閥門的開度調(diào)節(jié)點火火焰長度，第一排燒嘴閥門開度70%，第二排燒嘴閥門開度30%，實現(xiàn)點火爐高溫區(qū)的面積減小熱量集中，保證料面溫度最高，實現(xiàn)煤氣單耗下降1．19 m3 /t。

2．2．2 采用微負壓點火技術(shù)，保證點火爐高溫區(qū)在料面上下的合理分布

點火爐下部風(fēng)箱負壓，如果控制過高( 或與燒結(jié)負壓一樣高) ，抽力過大，點火熱量很快被廢氣抽走，根本達不到點火要求。因此必須控制點火負壓，通過降低點火器下風(fēng)箱的負壓來降低點火爐膛負壓，實現(xiàn)微負壓點火，既能保證點火深度，又不至于熱量被迅速抽走，即點火爐溫度場高溫區(qū)在料面上下的合理分布。以2#燒結(jié)機為例( 在煤氣流量為8 000 m³ /h空燃比為0．8 情況下) ，技術(shù)人員對各負壓狀態(tài)下點火溫度和點火深度進行了試驗。試驗結(jié)果見表3。

實驗中，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)爐膛負壓在－ 20 Pa ～0 Pa時既能保證燒結(jié)所需的點火溫度，又能保證適宜的點火深度。爐膛負壓控制在－20 Pa ～ 0 Pa，即低負壓狀態(tài)。通過控制燒結(jié)機頭部點火器1# ～ 3#風(fēng)箱閥門開度。1#風(fēng)箱開1 /3，2#風(fēng)箱開1 /2，3#風(fēng)箱開1 /3，使1 # ～ 3 #風(fēng)箱負壓控制在6 000 Pa ～8 000 Pa，爐膛負壓控制在－20 Pa ～ 0 Pa，達到微負壓狀態(tài)。微負壓點火降低煤氣消耗0．84 m³ /t。

2．3 降低電耗

2．3．1 降低燒結(jié)抽風(fēng)系統(tǒng)漏風(fēng)率

2．3．1．1 通過“定期檢查”、“標準化調(diào)整”、“逢修必堵”，有效降低燒結(jié)機系統(tǒng)有害漏風(fēng)

( 1) 在1#燒結(jié)機安裝了在線漏風(fēng)檢測系統(tǒng)，臺車底部熱電偶與風(fēng)箱支管下部熱電偶的溫度差，測算各風(fēng)箱的漏風(fēng)率，達到在線監(jiān)測的目的。

( 2) 定期檢查燒結(jié)機的大煙道、風(fēng)箱支管、膨脹節(jié)等漏風(fēng)情況并建立相關(guān)臺賬。每次計劃檢修之前由專門人員負責(zé)將各處漏風(fēng)情況報檢修單位處理，在檢修時負責(zé)檢查漏風(fēng)部位修復(fù)情況，確保檢修質(zhì)量。2016 年1 ～ 11 月，共修復(fù)燒結(jié)機風(fēng)箱和大煙道漏風(fēng)980 余處，累計290 余平方米。

( 3) 針對臺車游板漏風(fēng)情況，臺車實行包保責(zé)任制，由包保崗位工定期對臺車游板進行調(diào)整，按照游板螺絲間隙( 臺車前進方向) 前邊調(diào)游板間隙的螺絲母到臺車3 mm，后邊調(diào)游板間隙的螺絲母到臺車5 mm 的標準進行調(diào)整，并且車間每周對臺車游板處漏風(fēng)進行一次檢查，對游板不按規(guī)定標準調(diào)整造成漏風(fēng)的，每次考核臺車包保崗位工50 元，該措施的實施杜絕油板處漏風(fēng)。

2．3．1．2 設(shè)計、安裝圓輥清掃器，改善布料效果，減少臺車邊緣漏風(fēng)

燒結(jié)機泥輥兩側(cè)擋料板處存在粘料問題，影響燒結(jié)機臺車邊緣布料。為此，技術(shù)人員分別將泥輥兩側(cè)擋沿割除，用橡膠板作為檔板，并自主設(shè)計安裝了圓輥自適應(yīng)清掃裝置，解決了泥輥兩側(cè)因粘料加重?zé)Y(jié)機臺車邊緣效應(yīng)的難題，為厚料層均質(zhì)燒結(jié)進一步創(chuàng)造了條件。其投入使用后，在利用該裝置時，圓輥邊緣不再粘料，燒結(jié)機臺車兩側(cè)寬度方向布料平整，目測布料效果良好，無虧料欠料，燒結(jié)機料層的平整度得到改善，減少臺車邊緣漏風(fēng)。

技術(shù)人員在以上措施實施前后，利用O₂ 含量法對各燒結(jié)機漏風(fēng)率進行了測試，具體漏風(fēng)率的相關(guān)指標對比見表4。四個燒結(jié)機漏風(fēng)率均下降8%左右，漏風(fēng)率在全國處于先進水平，降低電耗0．37 kWh /t。

2．3．2 通過分析燒結(jié)機停機流程，制定合理的停機布料標準，減少主排風(fēng)機空轉(zhuǎn)時間

按照傳統(tǒng)的布料方法燒結(jié)機停機時，必須經(jīng)過“停抽”這個操作步驟( 一般為45 min) 才能將燒結(jié)機臺面上的燒結(jié)料燒透。技術(shù)人員通過計算燒結(jié)過程的垂直燃燒速度，采用斜面布料的操作方法，將“停抽”由原來的45 min 縮減為18 min 左右。

以1#機為例進行說明，1#機有效燒結(jié)長度為70 m，正常生產(chǎn)時臺車行走速度為1．4 m/min，1#機正常布料厚度為700 mm，則1 #機燒結(jié)時間為50 min，垂直燃燒速度為14 mm/min。

由停機為保證料面同時抽透的生產(chǎn)情況可知，可將料面布成尾部厚頭部薄的縱向斜面的形式，即可達到縮短停抽時間的目的。但是過薄的料層會導(dǎo)致燒結(jié)料面有害漏風(fēng)增加，經(jīng)過技術(shù)人員研究決定，停機時料層最薄處為250 mm。1#燒結(jié)機停機布料厚度曲線( 如圖7 所示) 。則按照14 mm/min 的垂直燃燒速度，計算停抽時間為250 mm÷14 = 17．8 min，減少停抽時間27．2 min，降低電耗0．3 kWh /t。

2．3．3 自主設(shè)計并安裝防漏料振動篩篩板減少冷返循環(huán)量

振動篩用于燒結(jié)礦篩分。振動篩的篩板，由于鑄造精度、安裝精度和篩板螺絲孔和篩梁磨損等原因出現(xiàn)篩板縫過大，就會漏料影響燒結(jié)礦的篩分效果。這就需要對篩板縫進行焊補，甚至更換篩板。

燒結(jié)技術(shù)人員自主設(shè)計了防止篩板縫漏料的新型篩板。在每塊篩板( 每排最右側(cè)篩板除外) 的右側(cè)加一個臺階。新型篩板的篩板臺階，一方面有效的封住了由于鑄造精度、安裝精度和磨損等原因造成的篩板縫，解決了漏料影響篩分效果的問題。另一方面，減少了維修工人焊補漏料篩板縫，甚至更換篩板的工作量。自主設(shè)計并安裝防漏料振動篩篩板減少冷返循環(huán)量，增加成品率1．2%，降低電耗0．13 kWh /t。

2．4 降低蒸汽消耗

2．4．1 將煤氣管道吹掃介質(zhì)由蒸汽改為氮氣，實現(xiàn)非取暖期徹底關(guān)閉燒結(jié)區(qū)蒸汽管網(wǎng)

北區(qū)四臺燒結(jié)機原來每次停機用蒸汽對煤氣管道進行吹掃，這就要求燒結(jié)區(qū)蒸汽管網(wǎng)一年四季必須常開; 在冬季由于煤氣管道溫度低蒸汽吹掃時，大量的蒸汽變成水浪費蒸汽并且吹掃時間大約需要2 h; 新平衡狀態(tài)下，燒結(jié)機停機愈加頻繁，經(jīng)常需要吹掃煤氣管道。技術(shù)人員根據(jù)氮氣比重大于高爐煤氣以及四臺燒結(jié)機附近均有氮氣管道的實際情況，進行氮氣管道改造，將煤氣管道吹掃介質(zhì)由蒸汽改為氮氣。

2．4．2 改變煤氣排水器保溫方式

煤氣排水器伴熱方式改為蒸汽管道環(huán)繞排水器桶體，降低蒸汽消耗。蒸汽插入煤氣排水器保溫的方式，排水器溫度不易控制，經(jīng)常發(fā)生排水器內(nèi)水溫過高沸騰的現(xiàn)象，既浪費蒸汽又容易發(fā)生排水器水位過低而發(fā)生擊穿的現(xiàn)象。技術(shù)人員經(jīng)過研究決定將煤氣排水器的伴熱方式改為蒸汽管道環(huán)繞式( 如圖8 所示) ，并在蒸汽管道的末端加裝疏水器。同時利用保溫材料將蒸汽管進行保溫包裹( 如圖9 所示) ，減少熱量散失。這樣保證煤氣排水器溫度長期穩(wěn)定在30 ℃ ～35 ℃。

通過非取暖期關(guān)閉燒結(jié)區(qū)蒸汽、煤氣管道改氮氣吹掃和改造煤氣排水器伴熱措施，降低蒸汽單耗10 kg/t。

2．5 降低壓縮空氣消耗

2．5．1 自主設(shè)計環(huán)冷機摩擦盤異物清掃器，實現(xiàn)徹底關(guān)閉環(huán)冷機磨擦盤吹掃風(fēng)

現(xiàn)有的清除環(huán)冷機摩擦盤上積料或異物方法是在摩擦輪前部安裝壓縮空氣管道，利用壓縮空氣進行吹掃。這會消耗大量的壓縮空氣，增加企業(yè)的生產(chǎn)成本。技術(shù)人員自主設(shè)計并安裝了環(huán)冷機摩擦盤異物清掃裝置，構(gòu)成中包括清掃刮板、刮板保護殼、配重塊、豎桿、橫桿和下壓桿( 如圖10 所示) ，利用清掃刮板清除環(huán)式冷卻機摩擦盤上的料渣、異物和灰塵，不僅可以獲得理想的清掃效果，而且清掃裝置節(jié)約了壓縮空氣，大大降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本。經(jīng)測算，環(huán)冷機摩擦盤清掃裝置的應(yīng)用降低壓縮空氣消耗2．55 m³ /t。

2．5．2 改造燒結(jié)區(qū)壓縮空氣管路，安裝總閥門，降低管路損失

根據(jù)在新平衡條件下，燒結(jié)機啟停相對頻繁的特點，技術(shù)人員決定在進入各燒結(jié)機的配料、燒結(jié)機、成品的各主管路上安裝總閥門，單獨控制這些區(qū)域壓縮空氣管網(wǎng)的開閉狀態(tài)。在燒結(jié)機停機時，由當(dāng)班人員負責(zé)關(guān)閉進入相應(yīng)區(qū)域壓縮空氣管網(wǎng)，達到徹底切斷停機檢修區(qū)域的壓縮空氣管網(wǎng)的目的。同時，設(shè)備管理人員及時更換泄漏的閥門、接口和管道，降低主閥門開啟時的管路損失。該措施降低1．3 m³ /t的壓縮空氣消耗。

2．5．3 設(shè)計新型脈沖布袋除塵器降低壓縮空氣消耗

在燒結(jié)機機尾除塵器改造中，技術(shù)人員自主設(shè)計了新型脈沖布袋除塵器，該除塵器前半流程為原來的靜電除塵器，前置灰斗能起到粗除塵作用，部分剩余電場起到除塵作用，濁氣經(jīng)除塵布袋過濾之后完全達到國家排放標準。與全除塵布袋相比，既節(jié)約了施工成本，又降低了反吹壓縮空氣消耗，但該措施仍增加壓縮空氣消耗1．77 m³ /t。

3 應(yīng)用效果

該研究成果已在煉鐵部北區(qū)1#、2#、3#、4#機上實施，實現(xiàn)煤氣單耗下降2． 03 m³ /t，電耗下降0．8 kWh /t，蒸汽消耗降低10 kg /t，壓縮空氣消耗降低2． 08 m³ /t，具體指標詳見表5。實現(xiàn)經(jīng)濟效益1 573．57萬元。

4 結(jié)論

通過降低固體燃耗、煤氣消耗、電耗、蒸汽消耗、壓縮空氣消耗的節(jié)能新技術(shù)，實現(xiàn)節(jié)能減排，不但為公司帶來了經(jīng)濟效益，而且減少了CO₂，SO₂ 和PM2．5 的危害，解決了制約企業(yè)發(fā)展的環(huán)境瓶頸問題。在項目實施過程中創(chuàng)新節(jié)能新技術(shù)，有力推動了燒結(jié)節(jié)能減排技術(shù)進步，使河鋼唐鋼北區(qū)燒結(jié)此項技術(shù)在國內(nèi)同行業(yè)中處于領(lǐng)先水平，有很好的推廣前景。

5 參考文獻

［1］ 王艷軍，秦玉杰． 非主流礦在唐鋼燒結(jié)生產(chǎn)上的應(yīng)用［J］．冶金能源，2013( 6) : 30－32．

［2］ 何金賢，龔瑞娟． 唐鋼360 m2 燒結(jié)機優(yōu)質(zhì)穩(wěn)產(chǎn)的生產(chǎn)實踐［J］．河北冶金，2011( 3) : 40－42．