張瑞年
（長(zhǎng)沙冶金設(shè)計(jì)研究總院）
摘 要：分析了我國(guó)燒結(jié)節(jié)能降耗現(xiàn)狀‚結(jié)合國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的燒結(jié)節(jié)能降耗技術(shù)‚從燒結(jié)工藝設(shè)計(jì)的角度提出了節(jié)能降耗的方向和技術(shù)措施。
關(guān)鍵詞：燒結(jié)設(shè)計(jì)；節(jié)能降耗；途徑；措施
1 前 言
節(jié)能降耗始終是冶金工作的重點(diǎn)‚尤其是在當(dāng)前市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下‚節(jié)能降耗無論是對(duì)增加企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力‚還是對(duì)企業(yè)的持續(xù)發(fā)展來說‚都具有十分重大的意義。就燒結(jié)工程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)而言‚其目標(biāo)就是獲取最大經(jīng)濟(jì)效益‚而節(jié)能降耗是實(shí)現(xiàn)成本降低的重要措施‚亦是設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的主攻方向和重要課題。
2 我國(guó)燒結(jié)節(jié)能降耗現(xiàn)狀
我國(guó)重點(diǎn)和地方骨干企業(yè)‚平均每噸燒結(jié)礦消耗的固體燃料分別比國(guó)內(nèi)、外先進(jìn)企業(yè)高10?4kg、11?9kg 標(biāo)煤和12?8kg、14?3kg 標(biāo)煤‚工序能耗分別比寶鋼高15?7kg 和17?5kg標(biāo)煤‚若按我國(guó)每年生產(chǎn)1?6億 t 燒結(jié)礦計(jì)算‚ 每年工序能耗要多消耗約265萬 t 標(biāo)煤。由此可以看出‚我國(guó)燒結(jié)節(jié)能的潛力是很大的。所以‚在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)中采取有效措施‚最大幅度地降低燒結(jié)過程中的固體燃料消耗‚對(duì)降低燒結(jié)成本具有重大意義。
3 燒結(jié)節(jié)能降耗的主要途徑和措施
3.1 向大型燒結(jié)機(jī)發(fā)展‚是節(jié)能降耗的方向
從近幾年國(guó)內(nèi)情況看‚燒結(jié)生產(chǎn)發(fā)展的特點(diǎn)就是建設(shè)大型燒結(jié)機(jī)‚繼我國(guó)寶鋼450m2 燒結(jié)機(jī)、武鋼四燒435m2 等大型燒結(jié)機(jī)投產(chǎn)后‚ 又有鞍鋼二燒360m2、東燒360m 2、武鋼四燒435m2 等大型燒結(jié)機(jī)相繼建成。這是因?yàn)?sbquo;大型燒結(jié)機(jī)與多臺(tái)小型燒結(jié)機(jī)相比‚具有投資少、質(zhì)量好、能耗低、成本低‚易于環(huán)保治理‚便于實(shí)現(xiàn)燒結(jié)過程自動(dòng)化的優(yōu)點(diǎn)。其中‚ 能耗低的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的‚如寶鋼450m2 燒結(jié)機(jī)的工序能耗在57～60kg／t‚而一般小型燒結(jié)機(jī)的工序能耗大多在80kg／t 左右。
3.2 在設(shè)計(jì)中采用新工藝、新技術(shù)‚是實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的根本途徑
3.2.1 建設(shè)原料場(chǎng)和強(qiáng)化原料混勻作業(yè)
現(xiàn)代化高爐生產(chǎn)需要精料‚這就要求燒結(jié)礦的物化性能均要滿足大型高爐冶煉的需要。對(duì)于燒結(jié)而言‚也必須實(shí)行精料‚即原料必須進(jìn)行混勻。燒結(jié)原料混勻有兩個(gè)方面的意義‚一是使其礦種結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分、粒度等長(zhǎng)期穩(wěn)定‚從而使生產(chǎn)出來的燒結(jié)礦質(zhì)量穩(wěn)定均一‚能滿足高爐的要求；二是能使燒結(jié)過程本身穩(wěn)定進(jìn)行‚從而減少波動(dòng)‚有利于燒結(jié)能耗的降低。這就需要新建原料場(chǎng)‚對(duì)各種物料進(jìn)行混勻。對(duì)于一些原料品種多‚粒度、化學(xué)成分波 動(dòng)大的鋼鐵企業(yè)‚更需要有完善的、先進(jìn)的混勻工藝及設(shè)施‚包括混勻、取制樣、控制中心在內(nèi)的完整的工藝生產(chǎn)系統(tǒng)‚通過自動(dòng)制樣系統(tǒng)‚對(duì)所有進(jìn)場(chǎng)原料進(jìn)行自動(dòng)取料‚集中化驗(yàn)‚并按品種、成分、定量堆貯‚以實(shí)現(xiàn)原料的批別管理。
3.2.2 在設(shè)計(jì)中采用小球和小球團(tuán)燒結(jié)
在設(shè)計(jì)中采用小球和小球團(tuán)燒結(jié)工藝 小球燒結(jié)可改善燃料的賦存狀態(tài)‚大量燃料粘附于小球表面‚使燃料與氧氣接觸更充分‚有利于燃燒反應(yīng)的充分進(jìn)行。小球團(tuán)燒結(jié)工藝減少了殘?zhí)?sbquo;并且有利于厚料層燒結(jié)‚從而能提高燒結(jié)過程的熱利用率和燒結(jié)礦的產(chǎn)質(zhì)量‚大幅度降低固體燃料消耗‚一般可節(jié)約能耗20％。
3.2.3 控制混合料成分‚采用生石灰強(qiáng)化劑‚ 實(shí)行厚料層燒結(jié)
在燒結(jié)設(shè)計(jì)過程中配加部分添加劑‚改變混合料的化學(xué)成分‚可以使固體燃耗降低‚達(dá)到節(jié)能降耗的目的。研究表明‚混合料中脈石成分 （如 Al2O3）、結(jié)晶水、碳酸鹽、FeO 等的含量都會(huì)影響燒結(jié)過程固體燃料的消耗。原料中每增加1％Al2O3‚則每噸燒結(jié)礦需多耗7～23kg 標(biāo)準(zhǔn)煤；結(jié)晶水每上升1％‚需多耗標(biāo)準(zhǔn)煤2～5kg。配加生石灰‚強(qiáng)化制粒‚可改善料層透氣性。研究表明‚生石灰具有強(qiáng)化制粒‚改善料層透氣性的作用‚是厚料層燒結(jié)的有效強(qiáng)化劑。實(shí)踐表明：生石灰配加量為2％ ～3％時(shí)‚混合料溫度提高4℃以上‚燃耗可降低2～3kg／t。厚料層燒結(jié)工藝在國(guó)內(nèi)外燒結(jié)廠設(shè)計(jì)中已被普遍采用‚厚料層生產(chǎn)可以取得高質(zhì)量、低固體燃耗的效果‚日本研究認(rèn)為‚料層每增加10mm‚燃耗可降1～3kg／t。
3.2.4 采用先進(jìn)的點(diǎn)火保溫爐‚提高點(diǎn)火強(qiáng)度并降低煤氣消耗
燒結(jié)點(diǎn)火應(yīng)滿足如下要求：有足夠高的點(diǎn)火溫度‚有一定的點(diǎn)火時(shí)間‚適宜的點(diǎn)火負(fù)壓‚點(diǎn)火煙氣中氧含量充足‚沿臺(tái)車寬度方向點(diǎn)火要均勻等。因此‚研制和改進(jìn)燒結(jié)點(diǎn)火器‚一直是燒結(jié)設(shè)計(jì)人員不斷努力的課題。目前的雙斜帶式燒結(jié)點(diǎn)火保溫爐采用了雙斜交燒嘴直接點(diǎn)火的先進(jìn)技術(shù)‚高溫火焰帶寬度適宜‚溫度均勻‚燃燒完全。因此‚它的點(diǎn)火效率高‚料面點(diǎn)火質(zhì)量好‚能耗低。
3.3 采用新型燒結(jié)設(shè)備‚減少燒結(jié)系統(tǒng)的漏風(fēng)‚從而降低電耗
燒結(jié)節(jié)電的關(guān)鍵措施是減少漏風(fēng)和實(shí)現(xiàn)低風(fēng)量操作。為此‚我們?cè)谠O(shè)計(jì)中必須選擇高效節(jié)能的燒結(jié)和除塵設(shè)備 并加強(qiáng)燒結(jié)機(jī)頭 尾及兩側(cè)的密封。燒結(jié)抽風(fēng)機(jī)系統(tǒng)管道連接要盡量不使用法蘭而采用焊接‚燒結(jié)臺(tái)車應(yīng)采用絕熱件等措施‚減少燒結(jié)系統(tǒng)的漏風(fēng)‚從而獲得節(jié)電之效果。
3.4 在設(shè)計(jì)中提高自動(dòng)化控制裝備水平‚是節(jié)能降耗的保證
自動(dòng)化控制系統(tǒng)的功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)燒結(jié)生產(chǎn)設(shè)備的聯(lián)鎖控制、過程控制、過程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)視、過程與設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)視與報(bào)警、過程趨勢(shì)數(shù)據(jù)的采集與處理、報(bào)表打印、分析處理等。因此‚在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中必須采用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和硬件設(shè)備‚并應(yīng)用國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的燒結(jié)工藝優(yōu)化控制軟件技術(shù)‚實(shí)現(xiàn)燒結(jié)生產(chǎn)過程自動(dòng)控制、監(jiān)視及管理‚以達(dá)到提高燒結(jié)礦質(zhì)量、降低能耗之目的。
3.5 進(jìn)一步研究開發(fā)余熱利用技術(shù)
把冷卻機(jī)廢氣和燒結(jié)煙氣的余熱加以利用‚無疑是燒結(jié)節(jié)能的重要途徑和發(fā)展趨勢(shì)。目前國(guó)內(nèi)燒結(jié)廠的余熱回收裝置‚有用于點(diǎn)火保溫爐作助燃空氣和精礦解凍的‚有用于熱風(fēng)燒結(jié)和小球團(tuán)燒結(jié)干燥的‚也有用于生產(chǎn)熱水供浴室、采暖、生石灰消化和加入混合機(jī)的‚但更多的是生產(chǎn)蒸汽‚以獲取更大的經(jīng)濟(jì)效益。目前國(guó)內(nèi)某燒結(jié)廠為回收冷卻機(jī)廢氣余熱‚設(shè)計(jì)了一種翅片管式蒸汽發(fā)生系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由蒸發(fā)器 （包括換熱管束、集汽管、箱體）、水預(yù)熱器、過熱器 （根據(jù)用戶要求）、汽包及連接管路組成‚其中蒸發(fā)器受熱面均采用高頻焊接翅片管‚達(dá)到強(qiáng)化傳熱的目的‚因而整套裝置傳熱效率高‚工作安全穩(wěn)定‚壽命長(zhǎng)‚設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊。全套設(shè)備運(yùn)行可靠‚操作簡(jiǎn)單‚維修方便。利用余熱所產(chǎn)生蒸汽可作生活用汽‚也可以加熱混合料。
3.5.1 工作原理
蒸發(fā)器的工作原理為：由冷卻燒結(jié)礦的熱廢氣使管內(nèi)的軟水加熱‚產(chǎn)生的汽水混合物沿上升管到達(dá)汽包‚集中分離后的飽和蒸汽再進(jìn)入過熱器‚過熱后產(chǎn)生的過熱蒸汽送至用戶。汽包由補(bǔ)水泵補(bǔ)水‚蒸發(fā)器由下降管從汽包內(nèi)補(bǔ)水 蒸發(fā)器與汽包之間可形成水汽的自然循環(huán)。
3.5.2 設(shè)計(jì)方案及工藝特點(diǎn)
根據(jù)整體工藝需要‚將余熱回收裝置直接安裝在環(huán)冷機(jī)高溫段的上方。在Ⅰ號(hào)風(fēng)箱內(nèi)由下向上依次布置過熱器及Ⅰ號(hào)蒸發(fā)器‚Ⅱ號(hào)風(fēng)箱內(nèi)布置Ⅱ號(hào)蒸發(fā)器‚在Ⅲ號(hào)風(fēng)箱內(nèi)由下向上依次布置Ⅲ號(hào)蒸發(fā)器及水預(yù)熱器‚汽包布置在環(huán)冷機(jī)上方或環(huán)冷機(jī)內(nèi)側(cè)上方。廢氣經(jīng)余熱回收裝置后通過自然排煙排放掉。為了不影響環(huán)冷機(jī)的正常生產(chǎn)‚在設(shè)計(jì)中考慮了增加廢氣的旁通煙道。此設(shè)計(jì)方案一次性投資少‚運(yùn)行費(fèi)用少。
3.5.3 技術(shù)特點(diǎn)
1） 水動(dòng)力循環(huán)穩(wěn)定
翅片管式蒸發(fā)器是由若干個(gè)聯(lián)箱組構(gòu)成‚每個(gè)聯(lián)箱組單獨(dú)進(jìn)出汽包‚形成若干個(gè)簡(jiǎn)單自然循環(huán)回路‚水循環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠‚熱偏差小‚安全性好。
2） 綜合傳熱系數(shù)大
翅片管式蒸發(fā)器的傳熱是空氣通過管壁傳導(dǎo)‚將熱量直接傳遞給飽和水‚進(jìn)行相態(tài)換熱‚屬一次性換熱。同時(shí)‚由于管內(nèi)是水汽混合物而管外是空氣‚管內(nèi)的換熱系數(shù)較管外大得多‚因此總的傳熱系數(shù)主要決定于管外的換熱系數(shù)‚通過在光管外表面焊接翅片來增大管子外表面積‚強(qiáng)化管外的換熱條件‚便可達(dá)到強(qiáng)化傳熱的目的。
3） 受熱面耐磨性好
由于熱廢氣中攜帶著大量燒結(jié)礦灰粒‚因此磨損問題不能忽略。在設(shè)計(jì)余熱回收裝置時(shí)‚為了強(qiáng)化傳熱‚蒸發(fā)器管束采用了螺旋焊接翅片管‚翅片的重要輔助功能是在耐磨性方面的良好作用。一方面廢氣中所含灰粒首先與肋片相撞擊‚失去了一部分動(dòng)能；另一方面廢氣呈斜向沖刷‚經(jīng)過翅片后‚在管子的縱向和橫向做繞流運(yùn)動(dòng)‚灰塵顆粒速度發(fā)生分解‚又損失了一部分動(dòng)能‚從而減弱了磨損能力‚保護(hù)了換熱管。
上述說明‚燒結(jié)廠的熱廢氣余熱利用用途廣泛‚大有作為。但必須指出‚燒結(jié)廢氣的余熱利用技術(shù)需進(jìn)一步研究和開發(fā)‚以便找到投資少且利用效果好、經(jīng)濟(jì)效益更佳的廢氣余熱利用技術(shù)。
4 結(jié) 論
燒結(jié)節(jié)能潛力巨大‚作為燒結(jié)設(shè)計(jì)工作者‚需要不懈地努力探索‚在設(shè)計(jì)中采用節(jié)能降耗技術(shù)‚以求有效而合理地利用能源。