柴 強(qiáng)， 付俊生， 李志偉， 司力功， 付林林
（安鋼集團(tuán)永通球墨鑄鐵管有限責(zé)任公司， 河南 安陽(yáng) 455133）
摘 要：利用燒結(jié)礦低溫余熱，降低并穩(wěn)定焦炭水分，減少高爐爐況波動(dòng)；降低煤氣系統(tǒng)水分，減緩了水汽對(duì)煤氣系統(tǒng)設(shè)備的影響，提高煙氣余熱、煤氣熱值及高爐余壓等二次能源的利用率和綜合節(jié)能效果。利用熱風(fēng)爐煙氣余熱烘干焦炭與燒結(jié)礦余熱烘干焦炭的方式對(duì)比。
關(guān)鍵詞：燒結(jié)礦余熱；焦炭烘干；煤氣水分
永通球墨鑄鐵管有限責(zé)任公司（以下簡(jiǎn)稱永通公司）開(kāi)展節(jié)能降耗工作，相繼采取各種措施。率先應(yīng)用先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)裝備，即 BPRT 裝置（高爐鼓風(fēng)機(jī)和高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置同軸系的高爐能量回收裝置）將高爐鼓風(fēng)機(jī)和高爐煤氣余壓回收透平串聯(lián)在同一根軸系上，避免能量轉(zhuǎn)換的損失環(huán)節(jié)，最大限度地回收高爐煤氣能量。安裝空氣煤氣雙預(yù)熱器，使用熱風(fēng)爐燒爐的煙氣余熱，提高熱風(fēng)溫度，同時(shí)供噴煤煙氣爐干燥煤粉，還將 100～150 ℃燒結(jié)礦和球團(tuán)礦入爐，深入挖掘節(jié)能途徑，提高綜合節(jié)能效果。
1 概況
回收利用燒結(jié)礦余熱，也是一項(xiàng)節(jié)能降耗途徑。燒結(jié)礦從機(jī)尾卸下時(shí)，平均溫度達(dá) 750～800 ℃，經(jīng)風(fēng)機(jī)冷卻和除塵器除塵后，排放煙氣溫度有 160 ℃左右。大多數(shù)企業(yè)沒(méi)有燒結(jié)余熱回收裝置，主要是因?yàn)闊Y(jié)工序提供的廢氣溫度波動(dòng)大，汽輪機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定，目前沒(méi)有得到推廣和普及。
永通公司高爐用的焦炭主要是外購(gòu)水熄焦，由于市場(chǎng)供應(yīng)、焦炭存儲(chǔ)和生產(chǎn)工藝等多方面的限制，入爐焦炭焦丁含水量高，粉末較多，水分波動(dòng)大。進(jìn)入高爐后，使高爐料柱透氣性變差，惡化料柱的透氣性，不利于爐況穩(wěn)定順行。冬季焦丁倉(cāng)凍結(jié)，導(dǎo)致無(wú)法配加，影響入爐焦比。為進(jìn)一步降低能耗，合理利用燒結(jié)礦余熱，對(duì)入爐焦炭進(jìn)行烘干，有效降低焦炭含水量，強(qiáng)化冶煉措施，奠定精料基礎(chǔ)，使煉鐵生產(chǎn)穩(wěn)定。
2 燒結(jié)礦余熱烘干焦炭
永通公司根據(jù)現(xiàn)有條件，在燒結(jié)機(jī)除塵器鋼結(jié)構(gòu)煙囪上部加電動(dòng)蝶閥，下部開(kāi)口接旁通管道到高爐料倉(cāng)。在管線中加裝引風(fēng)機(jī)，將燒結(jié)機(jī)尾的熱煙氣引至高爐的料倉(cāng)，達(dá)到料倉(cāng)物料烘干的目的（見(jiàn)下頁(yè)圖 1）。對(duì)各料倉(cāng)錐體中下部，破除料倉(cāng)開(kāi)孔處混凝土，保留原鋼筋分布，做防腐蝕處理，內(nèi)倉(cāng)壁用不銹鋼網(wǎng)及護(hù)板，防止焦炭直接磨損料倉(cāng)鋼筋。為平衡每個(gè)料倉(cāng)的進(jìn)風(fēng)量和焦炭烘干均勻程度，各進(jìn)風(fēng)支管加裝簡(jiǎn)易風(fēng)量調(diào)節(jié)閥來(lái)調(diào)節(jié)。
采用料倉(cāng)三面開(kāi)孔做通風(fēng)口，利用倉(cāng)壁的斜面布置通風(fēng)方向，有效擴(kuò)大熱風(fēng)在料倉(cāng)錐體內(nèi)分布。料倉(cāng)錐面較緩處，焦炭下行速度慢，停留時(shí)間較長(zhǎng)，烘干效果好，益于水分的蒸發(fā)；料倉(cāng)錐面較陡處，焦炭下行速度較其他三面快，烘干效果較差，其外部結(jié)構(gòu)也不利于直徑較大的管道布置；在保證料倉(cāng)本身強(qiáng)度的前提下，將熱風(fēng)進(jìn)風(fēng)口下移，使進(jìn)風(fēng)最大程度的覆蓋水平截面，集中熱源烘干此處焦炭，保證下行焦炭水分有效蒸發(fā)和焦粉的篩分。
3 烘干焦炭降入爐水分
降低排煙熱損失和回收煙氣余熱的技術(shù)進(jìn)展不快，而熱燒結(jié)礦余熱回收發(fā)電，要求高爐和燒結(jié)生產(chǎn)要穩(wěn)定，供應(yīng)的余熱、余能要連續(xù)并高品質(zhì)，但投入成本高，見(jiàn)效小，經(jīng)濟(jì)價(jià)值不高。立足永通公司實(shí)際，直接利用燒結(jié)礦的低溫余熱，烘干入爐焦炭，降低并穩(wěn)定焦炭水分，以便配料準(zhǔn)確，減少高爐爐況波動(dòng)，又使系統(tǒng)煤氣熱值效率提高。
3.1 穩(wěn)定焦炭含水量，減少焦炭焦粉
焦炭水分高，且波動(dòng)較大，特別是雨季，焦炭含水量甚至達(dá)到飽和狀態(tài)。由于焦炭的多孔結(jié)構(gòu)，易吸附潮濕空氣中的水分，受當(dāng)?shù)刈匀惶鞖夂蜌夂钭兓绊?，而且化?yàn)室取樣分析的作法周期長(zhǎng)，代表性差，使得焦炭含水量很難準(zhǔn)確。高爐計(jì)算用量以干焦為準(zhǔn)，水分波動(dòng)大，入爐量不準(zhǔn)，焦炭水分波動(dòng)給高爐爐溫帶來(lái)波動(dòng)，從而引起爐況波動(dòng)，而焦炭含水量每提高 1%，煉鐵焦比上升 1.0%～1.3%，造成焦炭的浪費(fèi)。
焦炭由焦?fàn)t到高爐，經(jīng)過(guò)運(yùn)輸、裝卸、倒運(yùn)等過(guò)程，必然增加小塊焦和焦粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。加之焦炭和焦丁含水量過(guò)高，使大量的焦粉黏附在焦塊上，導(dǎo)致焦粉很難篩分出來(lái)，使大量焦粉進(jìn)入高爐惡化料柱的透氣性，導(dǎo)致風(fēng)量萎縮，影響煤氣流分布，使高爐難以穩(wěn)定順行。
3.2 提高煤氣發(fā)熱值，減少能源消耗
焦炭含水量高，進(jìn)入高爐直接蒸發(fā)，以氣態(tài)存在于煤氣系統(tǒng)。高爐煤氣除用來(lái)燒熱風(fēng)爐以外，還供加熱爐退火、燒鍋爐發(fā)電和其他工藝生產(chǎn)需要。煤氣含水燃燒時(shí)消耗熱量，使煤氣的發(fā)熱值降低。機(jī)械水分每上升 1 %，理論燃燒溫度下降 13 ℃，飽和水分每降低 1 %（約 8 g/m3 ），理論燃燒溫度升高約 8.5 ℃［1］。
制約燒熱風(fēng)爐的理論燃燒溫度的升高，影響高爐風(fēng)溫水平的進(jìn)一步提高，使煤氣用戶的煤氣發(fā)熱值降低，造成能源的浪費(fèi)，也使煤氣系統(tǒng)管網(wǎng)不平衡，增加了空燃煤氣的浪費(fèi)。
3.3 減緩對(duì)煤氣系統(tǒng)設(shè)備的不利影響
通過(guò)焦炭烘干，減少入爐水分，提高煤氣余壓利用率，同時(shí)延長(zhǎng)設(shè)備檢修周期，提高節(jié)電功率。
1）對(duì)高爐均壓的影響。高爐爐頂溫度一般在200 ℃左右，爐料進(jìn)入高爐之后，由于上升煤氣流的加熱作用，游離水首先開(kāi)始蒸發(fā)。高爐爐頂上的水分都會(huì)以蒸汽的形式存在于煤氣中，只要溫度高于100 ℃，煤氣中的水分都是以飽和狀態(tài)存在。爐頂溫度降低使煤氣體積縮小，降低煤氣流速。均壓管道位于高爐頂端外部，沿高爐下降管過(guò)重力除塵器至荒煤氣管道布置，當(dāng)高溫含塵煤氣經(jīng)管道均壓，壓差減小，煤氣爐塵速度降低；溫差較大時(shí)，高爐煤氣中的飽和水就會(huì)析出變?yōu)闄C(jī)械水，加之高爐原料成分變化而產(chǎn)生的酸性氣體相互作用，在均壓管道壁發(fā)生粘結(jié)，塵垢逐步累積，使水平均壓管道內(nèi)徑變小，造成均壓不暢現(xiàn)象，直接影響高爐正常生產(chǎn)，冬季會(huì)更明顯。
2）對(duì)透平膨脹機(jī)的影響。高爐煤氣經(jīng)重力除塵和干除塵后，大部分灰塵得以去除，含塵量有效控制在 5 mg/m3 以內(nèi)。凈煤氣還含有一定量的飄塵、水汽、油霧、酸性氣體，進(jìn) BPRT 機(jī)組的透平膨脹機(jī)做功，煤氣溫度、流速、壓力等下降，酸性氣體溶解在凝結(jié)水中，在葉片表面形成一層酸性水膜，對(duì)葉片表面腐蝕，光滑度急劇降低，油污物、粉塵等附著在葉片上；煤氣中的一些微量成分以結(jié)晶態(tài)析出，形成各種無(wú)機(jī)鹽類(lèi)，附著在金屬表面形成積鹽層；煤氣中小顆粒飄塵、鹽晶體等自身會(huì)帶有電荷，相互作用形成較大的帶電顆粒，最終能附著在裝置的動(dòng)靜葉片上，形成堅(jiān)固的塵垢，影響裝置穩(wěn)定運(yùn)行。由于積垢不均勻或運(yùn)行中部分脫離，裝置動(dòng)態(tài)平衡被破壞，主軸振動(dòng)值不斷增大，自動(dòng)保護(hù)停機(jī)，導(dǎo)致節(jié)電功率降低。
4 焦炭烘干分析對(duì)比
4.1 烘干前后對(duì)比
焦炭烘干前，一般焦炭的含水量達(dá)到 8%～10%，焦丁的含水量在 15%～20%以上。通常高爐工長(zhǎng)為了生產(chǎn)順行，往往多補(bǔ)焦炭，造成爐溫劇烈波動(dòng)。部分高爐應(yīng)用中子測(cè)水裝置，連續(xù)測(cè)定焦炭水分，通過(guò)微機(jī)自動(dòng)計(jì)算干焦重量，稱量裝置依此結(jié)果計(jì)量焦炭入爐，自動(dòng)補(bǔ)償盈虧，消除水分波動(dòng)造成的爐況不穩(wěn)。這是一種應(yīng)用精度高，穩(wěn)定性好的連續(xù)測(cè)量方法，雖然可保持準(zhǔn)確無(wú)誤，但水分進(jìn)入煤氣系統(tǒng)內(nèi)。濕法熄焦，因噴水、灑水條件和焦炭粒度不同，焦炭水分高且不穩(wěn)定，焦炭的塊狀多孔結(jié)構(gòu)增加了水分連續(xù)測(cè)量的難度，有必要定期進(jìn)行取樣化驗(yàn)校對(duì)。
對(duì)使用干熄焦，未應(yīng)用中子測(cè)水裝置的高爐，由于運(yùn)輸和貯存過(guò)程中焦炭吸收大氣中的水分，一般露天存放焦炭，水分不可避免升高和波動(dòng)，尤其是在南方更明顯。
焦炭烘干后，入爐焦炭水分從 8.5%降低到5.0%以下，尤其是在雨季和冬季更明顯；同時(shí)，直接降低了煤氣系統(tǒng)水分。
4.2 烘干方式比較（見(jiàn)表 1）
游離水存在于焦炭的表面和空隙里，蒸發(fā)的理論溫度是 100 ℃，要使?fàn)t料中料塊內(nèi)部也達(dá)到 100℃，一般表面溫度需要到 120 ℃；對(duì)大塊來(lái)說(shuō)，需要更高的溫度，甚至要達(dá)到 200 ℃，游離水才能全部蒸發(fā)掉［2］。
熱風(fēng)爐廢煙氣對(duì)焦炭進(jìn)行烘干，煙氣溫度一般為 300 ℃左右，屬中溫較易回收利用余熱。若熱風(fēng)爐燒爐操作不正常，一氧化碳不充分燃燒，易發(fā)生泄漏，造成煤氣中毒事故。長(zhǎng)時(shí)間通入廢氣預(yù)熱烘干焦倉(cāng)內(nèi)焦炭或粒煤，使焦倉(cāng)內(nèi)部溫度較高，在自然通風(fēng)狀態(tài)下會(huì)發(fā)生自燃。焦炭水分較低時(shí)，不需使用煙道廢氣預(yù)熱烘干時(shí)，煙道閘板必須在停風(fēng)機(jī)前打開(kāi)，以免引風(fēng)機(jī)停后閘板未開(kāi)，影響熱風(fēng)爐燒爐［3］。
燒結(jié)機(jī)尾除塵煙氣對(duì)焦炭進(jìn)行烘干，煙氣溫度一般為 160 ℃左右，屬低溫不易回收余熱，做為干燥氣對(duì)焦炭烘干已足夠。通過(guò)安裝引風(fēng)機(jī)，保證進(jìn)入料倉(cāng)流量穩(wěn)定；經(jīng)運(yùn)行監(jiān)控測(cè)量，各料倉(cāng)入口風(fēng)溫保持在 120 ℃左右，烘干篩分效果明顯。由于保證了各料倉(cāng)的通風(fēng)面積和流量，焦炭又是間歇下料，燒結(jié)機(jī)異常情況下波動(dòng)時(shí)，也可保證烘干和篩分效果，不影響其它工序運(yùn)行，安全易操作。
5 結(jié)語(yǔ)
利用燒結(jié)帶冷機(jī)機(jī)尾余熱進(jìn)行焦炭烘干，減少系統(tǒng)水分，降低燃料消耗。既利用了鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中很少回收的低溫余熱，提高煤氣的熱效率，又滿足了生產(chǎn)工藝要求，獲得顯著的綜合節(jié)能效果，具有良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。
參考文獻(xiàn)
［1］ 王保國(guó)，曹軍奎，高永中，等.煉鐵過(guò)程中水分的測(cè)量與控制［J］.煉鐵，2007（3）:23- 25.
［2］ 王筱留.高爐生產(chǎn)知識(shí)問(wèn)答［M］.北京:冶金工業(yè)出版社， 2001.
［3］ 金秀璋，劉暢，劉振宇，等.焦炭烘干與熱風(fēng)爐廢煙氣余熱利用［J］.煉鐵，2004（3）:52.