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)燒結系統(tǒng)為降低燒結能耗，進行了技術攻關，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，實現(xiàn)了燒結生產節(jié)能減排，取得了良好效果。

關鍵詞：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、北兩個生產區(qū)、大型設施主要集中于北區(qū)。北區(qū)有1 座2 000 m³ 和1座3 200 m³高爐，配套燒結系統(tǒng)有4 臺燒結機。目前，唐鋼煉鐵部北區(qū)燒結用含鐵料主要有: 司營精粉、研山精粉、南非粉、澳礦粉、麥克粉、PB 粉、巴西卡粉等，燒結礦堿度為1．9。

1 制約燒結能耗降低的因素分析

2015 年11 月15 日，煉鐵北區(qū)1#高爐休風停產，據(jù)測算2 #、3 #高爐每天燒結礦需求大約在13 200 t /d～ 15 000 t /d，燒結四臺燒結機每天產能大約在23 000 t /d，燒結產能大于高爐需求。新平衡條件下，由于燒結礦總產量降低和產能過剩導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系進行摸索和量化。對于燃料在高負壓燒結情況下?lián)p失和化學能利用率的高低與燃料粒度的關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 燒結生產節(jié)能降耗的主要技術措施

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

損失并延長料層保溫時間經過混勻制粒后的燒結混合料，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)燒結生產的實踐表明: ( 1) 粘結在混合料小球表面＜ 1mm粒級的燃料，在14000Pa高負壓燒結的生產狀態(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，來不及產生足夠的液相，導致燒結結礦率降低，返礦量增加，配碳量增大，能耗升高，適當增大燃料粒度，降低燃燒速度，可以提高液相生成量改善燒結礦強度;( 3) 適當增大燃料粒度可以提高能量利用率。燒結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，反應物產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，化學能利用越充分。技術人員專門針對燃料粒度與廢氣( CO/CO+CO₂ ) 含量比做了實驗，具體結果如圖2 所示。由此可知，適當增加燃料粒度可以提高化學能利用率，降低固體燃耗。

結合以上研究成果，以及的實際生產過程中，燃料大于5 mm 粒級的含量大于10%，會造成燒結到終點之后，燃料燒不盡的生產實際，技術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了高負壓生產情況下的燒結過程，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)，加強燒結料層蓄熱作用

以4#燒結機為例，說明科學計算厚料層生產燃料配比的方法。為了計算燒結料層的蓄熱作用，2016 年1 月～ 6 月，技術人員每天在燒結終點溫度正常，燒結機燃料配比4．7%～ 4．8%情況下，對4#燒結機機尾斷面以100 mm 為厚度單元進行4 次溫度實測。經過6 個月的實測，技術人員累計獲得720組，5 040 個數(shù)據(jù)。技術人員利用這些數(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系式，計算得出800 mm 料層單元離開燒結機機尾的斷面溫度為1 565．3 ℃，為保證燒結過程中不過熔，技術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 臺車兩側不流料，技術人員自主設計了燒結機臺車自適應梯形布料裝置( 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、點火燒結時不塌料( 如圖6 所示) 。利用此種方法，其他3 臺燒結機料層也提升30 mm ～ 50 mm 不等。各燒結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。四臺燒結機總體測算，1#高爐停爐前后四臺燒結機固體燃耗未升高，達到了技術人員年初制定的固體燃耗目標。

2．2 降低煤氣消耗

根據(jù)點火爐內的溫度場的特性可知，點火爐高溫區(qū)是隨相關參數(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，并通過調整點火爐燒嘴控制閥門的開度調節(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，保證點火爐高溫區(qū)在料面上下的合理分布

點火爐下部風箱負壓，如果控制過高( 或與燒結負壓一樣高) ，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#燒結機為例( 在煤氣流量為8 000 m³ /h空燃比為0．8 情況下) ，技術人員對各負壓狀態(tài)下點火溫度和點火深度進行了試驗。試驗結果見表3。

實驗中，技術人員發(fā)現(xiàn)爐膛負壓在－ 20 Pa ～0 Pa時既能保證燒結所需的點火溫度，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)。通過控制燒結機頭部點火器1# ～ 3#風箱閥門開度。1#風箱開1 /3，2#風箱開1 /2，3#風箱開1 /3，使1 # ～ 3 #風箱負壓控制在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 降低燒結抽風系統(tǒng)漏風率

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

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

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

( 3) 針對臺車游板漏風情況，臺車實行包保責任制，由包保崗位工定期對臺車游板進行調整，按照游板螺絲間隙( 臺車前進方向) 前邊調游板間隙的螺絲母到臺車3 mm，后邊調游板間隙的螺絲母到臺車5 mm 的標準進行調整，并且車間每周對臺車游板處漏風進行一次檢查，對游板不按規(guī)定標準調整造成漏風的，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。

2．3．1．2 設計、安裝圓輥清掃器，改善布料效果，減少臺車邊緣漏風

燒結機泥輥兩側擋料板處存在粘料問題，影響燒結機臺車邊緣布料。為此，技術人員分別將泥輥兩側擋沿割除，用橡膠板作為檔板，并自主設計安裝了圓輥自適應清掃裝置，解決了泥輥兩側因粘料加重燒結機臺車邊緣效應的難題，為厚料層均質燒結進一步創(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，燒結機臺車兩側寬度方向布料平整，目測布料效果良好，無虧料欠料，燒結機料層的平整度得到改善，減少臺車邊緣漏風。

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

2．3．2 通過分析燒結機停機流程，制定合理的停機布料標準，減少主排風機空轉時間

按照傳統(tǒng)的布料方法燒結機停機時，必須經過“停抽”這個操作步驟( 一般為45 min) 才能將燒結機臺面上的燒結料燒透。技術人員通過計算燒結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#機有效燒結長度為70 m，正常生產時臺車行走速度為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致燒結料面有害漏風增加，經過技術人員研究決定，停機時料層最薄處為250 mm。1#燒結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。

燒結技術人員自主設計了防止篩板縫漏料的新型篩板。在每塊篩板( 每排最右側篩板除外) 的右側加一個臺階。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由蒸汽改為氮氣，實現(xiàn)非取暖期徹底關閉燒結區(qū)蒸汽管網

北區(qū)四臺燒結機原來每次停機用蒸汽對煤氣管道進行吹掃，這就要求燒結區(qū)蒸汽管網一年四季必須常開; 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，燒結機停機愈加頻繁，經常需要吹掃煤氣管道。技術人員根據(jù)氮氣比重大于高爐煤氣以及四臺燒結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，經常發(fā)生排水器內水溫過高沸騰的現(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。技術人員經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 ℃。

通過非取暖期關閉燒結區(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 自主設計環(huán)冷機摩擦盤異物清掃器，實現(xiàn)徹底關閉環(huán)冷機磨擦盤吹掃風

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)的生產成本。技術人員自主設計并安裝了環(huán)冷機摩擦盤異物清掃裝置，構成中包括清掃刮板、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)的生產成本。經測算，環(huán)冷機摩擦盤清掃裝置的應用降低壓縮空氣消耗2．55 m³ /t。

2．5．2 改造燒結區(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，燒結機啟停相對頻繁的特點，技術人員決定在進入各燒結機的配料、燒結機、成品的各主管路上安裝總閥門，單獨控制這些區(qū)域壓縮空氣管網的開閉狀態(tài)。在燒結機停機時，由當班人員負責關閉進入相應區(qū)域壓縮空氣管網，達到徹底切斷停機檢修區(qū)域的壓縮空氣管網的目的。同時，設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 設計新型脈沖布袋除塵器降低壓縮空氣消耗

在燒結機機尾除塵器改造中，技術人員自主設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)經濟效益1 573．57萬元。

4 結論

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，實現(xiàn)節(jié)能減排，不但為公司帶來了經濟效益，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，有力推動了燒結節(jié)能減排技術進步，使河鋼唐鋼北區(qū)燒結此項技術在國內同行業(yè)中處于領先水平，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生產上的應用［J］．冶金能源，2013( 6) : 30－32．

［2］ 何金賢，龔瑞娟． 唐鋼360 m2 燒結機優(yōu)質穩(wěn)產的生產實踐［J］．河北冶金，2011( 3) : 40－42．