余城德  晁團(tuán)效  陳振勇

（江蘇省鑌鑫鋼鐵集團(tuán)有限公司  江蘇 連云港 222113）

摘要：近年來，鑌鋼煉鐵廠高爐工序引進(jìn)、吸收先進(jìn)的技術(shù)、設(shè)備，實(shí)行精細(xì)管理，高爐工序能源介質(zhì)消耗持續(xù)優(yōu)化，能源消耗穩(wěn)步下降，在高冶煉強(qiáng)度生產(chǎn)模式，高爐工序極致能效達(dá)到365kgce/t左右水平。

近年來，隨著國家產(chǎn)業(yè)政策調(diào)整，鋼鐵原燃料市場(chǎng)價(jià)格波動(dòng)，鋼鐵價(jià)格下降，國家環(huán)保政策和建設(shè)節(jié)能低碳、綠色循環(huán)企業(yè)發(fā)展需求，鋼鐵行業(yè)推行低庫存生產(chǎn)模式，原燃料質(zhì)量波動(dòng)增大，入爐原燃料質(zhì)量很難保持長期優(yōu)質(zhì)、穩(wěn)定，高爐生產(chǎn)長期穩(wěn)定順行面臨巨大壓力。鋼鐵行業(yè)是碳排放的重點(diǎn)領(lǐng)域，約占全球碳排放總量的7%-9%。為實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)，鋼鐵行業(yè)需采取以下措施：1 碳達(dá)峰目標(biāo)：力爭(zhēng)在2025年前實(shí)現(xiàn)碳排放達(dá)峰。2  碳中和目標(biāo)：到2050年實(shí)現(xiàn)碳中和，到2060年實(shí)現(xiàn)全行業(yè)凈零排放。鋼鐵行業(yè)按照國家產(chǎn)業(yè)政策，先后推出：工序能耗、極致能效等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范能源使用，提升企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

煉鐵工序作為鋼鐵生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié),其工序能耗占據(jù)鋼鐵全流程總能耗的70%左右；因此,在“雙碳目標(biāo)”背景下,煉鐵工序的節(jié)能減排是我國鋼鐵行業(yè)綠色低碳發(fā)展的主要切入點(diǎn)。根據(jù)國家部委印發(fā)的《關(guān)于促進(jìn)鋼鐵工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的指導(dǎo)意見》中提出的要求,力爭(zhēng)到2025年80%以上的鋼鐵產(chǎn)能完成超低排放改造,噸鋼綜合能耗降低2%以上,水資源消耗強(qiáng)度降低10%以上,確保2030年前碳達(dá)峰。為了滿足新的環(huán)保指標(biāo)和節(jié)能減排要求，鑌鑫鋼鐵利用產(chǎn)能置換和設(shè)備升級(jí)改造，采用了一系列的低碳節(jié)能減排及智能化技術(shù),取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

1  鑌鋼高爐能耗現(xiàn)狀

高爐煉鐵是鋼鐵生產(chǎn)的核心環(huán)節(jié)，同時(shí)也是能源消耗的主要部分，約占鋼鐵生產(chǎn)總能耗的60%-70%。目前，高爐能耗主要集中在以下幾個(gè)方面：①焦炭消耗：焦炭是高爐煉鐵的主要燃料和還原劑，其消耗量直接影響能耗水平。②熱風(fēng)爐能耗：熱風(fēng)爐為高爐提供高溫?zé)犸L(fēng)，其能耗占高爐總能耗的20%-30%。③電力消耗：高爐鼓風(fēng)機(jī)、除塵設(shè)備等輔助設(shè)備的電力消耗也是能耗的重要組成部分。④煤氣利用：高爐煤氣作為副產(chǎn)品，其回收利用效率直接影響整體能耗水平。目前，國內(nèi)外先進(jìn)高爐的噸鐵能耗已降至500kg標(biāo)準(zhǔn)煤以下，但仍有進(jìn)一步提升空間。

鑌鋼現(xiàn)有2*1250m³高爐，配套500萬噸智能料場(chǎng)，2*800t雙膛石灰窯，3*265m²燒結(jié)機(jī)，150萬噸鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯，原料處理能力，質(zhì)量有保證；高爐生產(chǎn)以來，多次引進(jìn)、吸收新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備對(duì)高爐配套設(shè)備進(jìn)行技改，中鋼協(xié)推進(jìn)T80項(xiàng)目幾乎完全使用。焦炭、噴吹煤粉全部外購，供應(yīng)廠家多，每天供應(yīng)量少，燃料質(zhì)量波動(dòng)大，對(duì)高爐爐況一定影響。煉鐵廠按照公司生產(chǎn)經(jīng)營計(jì)劃，結(jié)合原燃料條件，勇于探索，近幾年來高爐燃料消耗持續(xù)下降，取得高爐煤比提高，燃料比下降優(yōu)異成績。

表1    1高爐生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)

注明：①5月開始，高爐生產(chǎn)進(jìn)行低庫存生產(chǎn)模式。②8月高爐計(jì)劃檢修1195min，11月6日休風(fēng)1高爐計(jì)劃檢修795min。③10月開始，高爐鐵水減扣5‰渣量；高爐—煉鋼鐵水運(yùn)輸采取一罐到底生產(chǎn)模式，外界對(duì)高爐生產(chǎn)影響加大。④高爐焦炭消耗量以進(jìn)廠焦炭量及時(shí)，與高爐槽下電子秤計(jì)量差距，影響燃料比3-5kg/t。

2  中鋼協(xié)T80項(xiàng)目在鑌鋼高爐應(yīng)用

鑌鋼2座高爐分別于2021年12月、2022年3月建成投產(chǎn)，采用當(dāng)時(shí)最先進(jìn)工藝、設(shè)備。生產(chǎn)幾年以來，煉鐵廠跟蹤當(dāng)時(shí)先進(jìn)技術(shù)、設(shè)備對(duì)高爐進(jìn)行技改，高爐先后使用中鋼協(xié)T80推薦項(xiàng)目：高效長壽高風(fēng)溫?zé)犸L(fēng)爐（豫興頂燃式旋切熱風(fēng)爐），熱風(fēng)爐采用煤氣、助燃空氣雙預(yù)熱、智能燃燒和無擾動(dòng)換爐技術(shù)，確保熱風(fēng)爐燃燒高爐煤氣工況下，送風(fēng)溫度穩(wěn)定1220℃；高爐爐頂料罐均壓煤氣全回收技術(shù)，高爐煤氣達(dá)到零排放目標(biāo)。高爐風(fēng)機(jī)采用BTRT技術(shù)，風(fēng)機(jī)節(jié)電達(dá)到35%左右。高爐煤氣除塵采用重力除塵與布袋除塵相結(jié)合處理方式，確保進(jìn)入BTRT煤氣溫度，提高電機(jī)發(fā)電率；高爐煤氣分散塔使用新型點(diǎn)火伴燒技術(shù)，確保分散煤氣完全燃燒，降低對(duì)空氣污染。高爐沖渣水采用高效換熱器，回收余熱供生產(chǎn)崗位和生活區(qū)使用。高爐爐前除塵系統(tǒng)采用昆侖節(jié)能公司技術(shù)，煉鐵廠除塵系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造：對(duì)除塵管道閥門開度，除塵含灰量，爐前工況，使用風(fēng)量等建立智能模塊，應(yīng)用先進(jìn)算法，自動(dòng)控制除塵系統(tǒng)風(fēng)量，除塵點(diǎn)位閥門開度，達(dá)到節(jié)電降耗的目標(biāo)。

3  鑌鋼高爐熱風(fēng)爐提升能效系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)

熱風(fēng)爐是高爐煉鐵的重要設(shè)備，其能耗占高爐總能耗的20%-30%。目前，鑌鋼熱風(fēng)爐的主要新技術(shù)、新工藝如下：熱風(fēng)爐系統(tǒng)設(shè)計(jì)配置4座高效頂燃式熱風(fēng)爐，設(shè)置煙氣余熱回收裝置。多爐并聯(lián)運(yùn)行，確保高爐連續(xù)穩(wěn)定供風(fēng)，減少能量損失。全燒高爐煤氣，設(shè)計(jì)風(fēng)溫1200～1250℃。助燃空氣采取集中供風(fēng)方式，設(shè)置2臺(tái)助燃風(fēng)機(jī)，一用一備。

3.1  熱風(fēng)爐技術(shù)性能  熱風(fēng)爐技術(shù)性能見表2。

表2   熱風(fēng)爐技術(shù)性能

3.2   空氣、煤氣預(yù)熱系統(tǒng)

設(shè)有空氣、煤氣換熱器，選用高效板式換熱器，利用煙氣余熱預(yù)熱助燃空氣和高爐煤氣，預(yù)熱后空氣溫度≥170℃，高爐煤氣溫度≥180℃。

3.3 高溫?zé)犸L(fēng)技術(shù)

改進(jìn)燃燒器：采用豫興熱風(fēng)爐最新技術(shù)，高效頂燃燃燒器，提高燃燒效率，確保熱風(fēng)溫度穩(wěn)定在1200℃以上。優(yōu)化蓄熱體：熱風(fēng)爐蓄熱室上部及燃燒室高溫區(qū)采用高溫蠕變性能好的硅磚，中、下部根據(jù)熱風(fēng)爐的溫度分布情況分別采用高鋁磚、粘土磚。考慮到燃燒器和喉口部位在熱風(fēng)爐工作過程中溫度變化劇烈的特點(diǎn)，燃燒器、預(yù)燃室采用抗熱震良好的紅柱石磚。隔熱材料為各種輕質(zhì)磚、耐火纖維氈，爐殼噴涂耐火噴涂料。提高蓄熱和放熱效率。確保足夠蓄熱能力。

3.4  智能控制系統(tǒng)

自動(dòng)燃燒控制：通過賽迪智能控制系統(tǒng)，將燒爐過程殘O₂、CO、空氣過剩系數(shù)、燒爐、送風(fēng)時(shí)間等數(shù)據(jù)導(dǎo)入智能控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)調(diào)整煤氣和空氣比例，優(yōu)化燃燒過程，降低能耗。智能熱風(fēng)爐效率測(cè)算實(shí)時(shí)在線計(jì)算熱風(fēng)爐效率，與智能燃燒控制系統(tǒng)耦合，隨時(shí)調(diào)整、優(yōu)化爐燒參數(shù)，降低燒爐消耗。

熱風(fēng)溫度閉環(huán)控制：采用閉環(huán)控制系統(tǒng)，確保熱風(fēng)溫度穩(wěn)定，減少波動(dòng)。

3.5  煤氣凈化技術(shù)

煤氣干法除塵：采用干法除塵技術(shù)，提高煤氣熱值，減少熱風(fēng)爐能耗，提高BTRT發(fā)電量。

煤氣精脫硫：通過脫硫技術(shù)降低煤氣中硫含量，減少對(duì)熱風(fēng)爐、后續(xù)工序設(shè)備的腐蝕。

4  高爐能效提升技術(shù)

鑌鋼高爐建設(shè)同期進(jìn)行數(shù)字化、智能化建設(shè)，先后大家科研單位合作，將當(dāng)時(shí)先進(jìn)技術(shù)、設(shè)備引進(jìn)鑌鋼生產(chǎn)建設(shè)中，確保設(shè)備、技術(shù)保持最適合鑌鋼生產(chǎn)實(shí)際情況。特別是與北科大、賽迪信息、金恒科技等單位長期合作共同發(fā)展，對(duì)鑌鋼進(jìn)行全流程智能工廠改造，1#高爐23年8月被江蘇省工信廳授予“數(shù)字化高爐車間”。鑌鋼高爐集：智能設(shè)備，生產(chǎn)日常數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、自動(dòng)上次生成報(bào)表，生成過程實(shí)時(shí)監(jiān)控：生成過程物料跟蹤、產(chǎn)品質(zhì)量追溯、高爐生成過程控制智能模塊，生產(chǎn)過程能源介質(zhì)消耗、節(jié)能減排管控等智能控制技術(shù)應(yīng)用，對(duì)高爐生產(chǎn)進(jìn)行全過程管控，發(fā)現(xiàn)問題通過掌上工廠智能應(yīng)用推送各級(jí)管理人員，確保生產(chǎn)過程參數(shù)受控，給高爐生產(chǎn)穩(wěn)定順行打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。通過以上各種智能管理系統(tǒng)逐步進(jìn)廠，在高爐日常生產(chǎn)形成：管控一張圖，監(jiān)控視頻一張圖和操作一張圖。實(shí)現(xiàn)對(duì)高爐車間生產(chǎn)區(qū)域連續(xù)監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)報(bào)警和方便人員處理，減少和降低操作人員隨意進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域，杜絕事故隱患發(fā)生。高爐生產(chǎn)一張圖。

4.1 高爐操作優(yōu)化

智能控制系統(tǒng)：通過大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)，高爐生產(chǎn)監(jiān)控采用：物料合理配料、料面預(yù)測(cè)、爐身鏡像、布料尋優(yōu)、配煤計(jì)算、鐵元素平衡、操作爐型動(dòng)態(tài)識(shí)別、爐墻安全性診斷、爐缸侵蝕等模塊，實(shí)時(shí)優(yōu)化高爐操作參數(shù)（如風(fēng)溫、風(fēng)量、噴煤量、高爐爐墻溫度變化等），高爐生產(chǎn)保持長期穩(wěn)定順行，鐵水產(chǎn)量保持5500t/d左右，降低燃料比。

4.1.1  高爐日常操作技術(shù)

高爐日常生產(chǎn)中，加強(qiáng)原燃料管理，控制入爐物料振動(dòng)篩給料量，確保礦批50±2t/批，大風(fēng)量、高頂壓、高風(fēng)溫、重負(fù)荷，適當(dāng)爐溫[Si]=0.20-0.50%，保持高富氧率和噴煤量，減少焦炭消耗，降低能耗。

4.1.2  高爐煤氣高效利用

根據(jù)高爐生產(chǎn)情況：高爐風(fēng)量、富氧量及時(shí)調(diào)整礦批和布料角度，確保料速7-8批/h，在高冶煉強(qiáng)度下，高爐煤氣利用率保持45-47%。高爐煤氣采用余壓發(fā)電（BTRT）：利用高爐煤氣余壓發(fā)電，提高能源回收效率。高爐煤氣凈化采用干法除塵：利用干法除塵技術(shù)，提高煤氣熱值，減少能量損失。

4.1.3  新型爐料技術(shù)  

高爐使用原燃料全部外購，焦炭全部使用搗鼓焦、配加部分高揮發(fā)分煙煤，滿足降低燃料比需求。1）高爐焦炭采用部分高反應(yīng)性焦炭：使用高反應(yīng)性焦炭，充當(dāng)發(fā)熱劑和還原劑作用，提高還原效率，降低焦比。2）球團(tuán)礦替代燒結(jié)礦：合理利用燒結(jié)礦生產(chǎn)能力大的優(yōu)勢(shì)，生產(chǎn)高堿度燒結(jié)礦，增加球團(tuán)礦使用比例，減少燒結(jié)礦能耗，達(dá)到節(jié)能節(jié)碳的目標(biāo)。

5  效果

通過上述技術(shù)采用和高爐操作參數(shù)細(xì)化，高爐生產(chǎn)穩(wěn)定性逐步提高，生產(chǎn)指標(biāo)持續(xù)優(yōu)化，達(dá)到節(jié)能降碳目標(biāo)。25年1-3月高爐生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)。

表3   煉鐵廠高爐1-3月能源介質(zhì)消耗指標(biāo)

高爐能耗的降低和能效提升是鋼鐵行業(yè)實(shí)現(xiàn)綠色低碳發(fā)展的關(guān)鍵。通過優(yōu)化高爐操作、提升熱風(fēng)爐能效、推廣新型爐料技術(shù)以及探索低碳冶煉技術(shù)，可以顯著降低高爐能耗和碳排放。未來，隨著智能化、數(shù)字化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，高爐煉鐵將朝著更高效、更環(huán)保的方向發(fā)展。