燒結(jié)節(jié)能技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)綜述
王姜維1，黃建偉2
(1．冶金工業(yè)信息標(biāo)準(zhǔn)研究院 北京 100730；2．西安建筑科技大學(xué)土木工程學(xué)院 西安 710311)
摘 要：分析了國(guó)內(nèi)燒結(jié)工序的能耗現(xiàn)狀、能耗結(jié)構(gòu)，重點(diǎn)分析了余熱回收利用等節(jié)能技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀，提出了下一步標(biāo)準(zhǔn)化工作重點(diǎn)。
關(guān) 鍵 詞：燒結(jié)；節(jié)能；標(biāo)準(zhǔn)
0 前言
從國(guó)內(nèi)的爐料結(jié)構(gòu)情況來(lái)看，主要以高堿度燒結(jié)礦、酸性球團(tuán)礦和塊礦組合的爐料結(jié)構(gòu)為主，而其中燒結(jié)礦的配比高達(dá)70％~90％，在噸鋼綜合能耗中，燒結(jié)工序能耗約占10％，主要包括生產(chǎn)系統(tǒng)(從熔劑、燃料破碎開(kāi)始，經(jīng)配料、原料運(yùn)輸、工藝過(guò)程混料、燒結(jié)機(jī)、燒結(jié)礦破碎、篩分等到成品燒結(jié)礦皮帶機(jī)進(jìn)入煉鐵廠為止的各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié))、輔助生產(chǎn)系統(tǒng)(機(jī)修、化驗(yàn)、計(jì)量、環(huán)保等)和生產(chǎn)管理及調(diào)度指揮系統(tǒng)等消耗的能源量，扣除工序回收的能源量，不包括直接為生產(chǎn)服務(wù)的附屬生產(chǎn)系統(tǒng)(如食堂、保健站、休息室等)消耗的能源量[1]。
2012年全國(guó)重點(diǎn)鋼鐵企業(yè)燒結(jié)工序能耗為50．60kgce／t，與2011年相比下降了1．43kgce／t，其中，太鋼的燒結(jié)工序能耗值是37．51kgce／t，在重點(diǎn)鋼鐵企業(yè)中最低，而最高能耗值是68．41kgce／t；2013年上半年全國(guó)重點(diǎn)鋼鐵企業(yè)燒結(jié)工序能耗為49．77kgce／t，比2012年下降1．17kgce／t，其中，東北特鋼的燒結(jié)工序能耗值是32．83kgce／t，在重點(diǎn)鋼鐵企業(yè)中最低，最高能耗值是68．32kgce／t；可見(jiàn)企業(yè)之間各工序能耗最高值與最低值相差較大，重點(diǎn)鋼鐵企業(yè)的技術(shù)發(fā)展不平衡[2]。
1 燒結(jié)節(jié)能技術(shù)
在燒結(jié)工序能耗中，固體燃耗約占80％，因此，降低固體燃耗是燒結(jié)節(jié)能工作的重點(diǎn)；此外，電力消耗約占13％，主抽風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)消耗了絕大部分電能，而影響抽風(fēng)機(jī)電耗的重要因素是燒結(jié)機(jī)及環(huán)冷機(jī)漏風(fēng)率，燒結(jié)機(jī)的漏風(fēng)率過(guò)大，因此，降低電耗的關(guān)鍵是降低燒結(jié)漏風(fēng)率；除固體燃耗、電力消耗外，點(diǎn)火煤氣燃耗約占6．5％，如圖1所示，采用節(jié)能型點(diǎn)火爐、預(yù)熱助燃空氣等措施可以有效降低點(diǎn)火煤氣的消耗；據(jù)統(tǒng)計(jì)，燒結(jié)工序中約有50％左右的熱能被燒結(jié)煙氣和冷卻機(jī)廢氣帶走，因此，燒結(jié)煙氣余熱利用技術(shù)也是降低燒結(jié)工序能耗的重要技術(shù)之一?？傊?，按照燒結(jié)工序能耗結(jié)構(gòu)，燒結(jié)節(jié)能技術(shù)分為降低固體燃耗節(jié)能技術(shù)、降低電耗節(jié)能技術(shù)、降低點(diǎn)火煤氣消耗節(jié)能技術(shù)和余熱回收利用技術(shù)。
1．1 降低固體燃耗節(jié)能技術(shù)
1．1．1 厚料層燒結(jié)技術(shù)
厚料層燒結(jié)技術(shù)是降低固體燃耗的重要措施，該技術(shù)是通過(guò)加高燒結(jié)機(jī)臺(tái)車(chē)欄板，增加料層厚度，從而利用料層的自動(dòng)蓄熱，減少混合料中的配碳量。此外，該技術(shù)的應(yīng)用還能提高燒結(jié)礦質(zhì)量，另由于返礦量減少，燒結(jié)礦產(chǎn)量也得到提高。
燒結(jié)料層的自動(dòng)蓄熱作用隨著料層高度的增加而加強(qiáng)，當(dāng)料層高度為180~220mm時(shí)，蓄熱量只占燃燒帶熱量總收入的35％~45％，當(dāng)料層高度為400mm時(shí)，蓄熱量達(dá)55％~60％。因此，提高料層厚度，采用厚料層燒結(jié)，充分利用燒結(jié)過(guò)程的自動(dòng)蓄熱，可以降低燒結(jié)料中的固體燃料用量。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐，料層每增加10mm，燃料消耗可降低1～3kgce／t左右。綜合考慮燒結(jié)礦各項(xiàng)指標(biāo)，目前國(guó)內(nèi)燒結(jié)料層厚度維持在600~800mm之間。
1．1．2 小球燒結(jié)技術(shù)
小球燒結(jié)技術(shù)是將鐵精礦、富鐵礦、熔劑(石灰石或白云石)、返礦、生石灰和少部分固體燃料加水混合制成小球團(tuán)，然后將小球團(tuán)和固體燃料混合，混合后用偏析布料法將小球料布在燒結(jié)機(jī)上，然后點(diǎn)火燒結(jié)，制造出小球燒結(jié)礦，可改善燒結(jié)混合料的透氣性，進(jìn)而提高燒結(jié)礦的產(chǎn)量和質(zhì)量。
該技術(shù)主要適用于采用細(xì)精礦或以部分細(xì)精礦作為燒結(jié)原料的燒結(jié)廠。國(guó)內(nèi)某廠燒結(jié)機(jī)采用小球燒結(jié)工藝后，料層厚度增加了100mm，在單位風(fēng)量只增加2．85％的情況下，因料層提高而產(chǎn)生的自動(dòng)蓄熱作用使熱量使用率進(jìn)一步提高，燃料配比因此而降低，燒結(jié)固體燃耗由51kgce／t下降到46kgce／t。
1．1．3 燃料分加技術(shù)
燃料分加技術(shù)是小球燒結(jié)技術(shù)的完善，在加強(qiáng)原料的混合制粒后，傳統(tǒng)的燃料添加方式會(huì)造成礦粉深層包裹燃料，從而妨礙燃料顆粒的燃燒。該技術(shù)通過(guò)把燃料在一混、二混分別添加，以燃料為核心外裹礦粉的顆粒數(shù)量及深層嵌埋于礦粉粘附層里的燃料數(shù)量會(huì)受到限制，從而使大多數(shù)燃料附著在球粒表層，有利于燃料的充分燃燒，能改善燃燒效果，降低固體燃耗。日本新日鐵某煉鐵廠170m2燒結(jié)機(jī)采用焦粉分加技術(shù)后，焦粉消耗由原來(lái)的60．0kgce／t降至56．3kgce／t。
1．2 降低電力消耗節(jié)能技術(shù)
目前，降低燒結(jié)電耗的節(jié)能技術(shù)主要是降低漏風(fēng)率技術(shù)。降低漏風(fēng)率技術(shù)是降低電耗的關(guān)鍵措施，該技術(shù)是加強(qiáng)對(duì)機(jī)頭機(jī)尾兩端的密封和滑道的密封，采用密封性好、使用壽命長(zhǎng)的密封裝置。對(duì)于邊緣漏風(fēng)，則可采取適當(dāng)增加邊緣料水分，同時(shí)使用壓輥壓實(shí)邊緣的做法來(lái)減少漏風(fēng)。臺(tái)車(chē)與風(fēng)箱滑道之間的漏風(fēng)、燒結(jié)臺(tái)車(chē)本體漏風(fēng)可采用全屏蔽多級(jí)磁力密封方式。頭尾密封裝置與臺(tái)車(chē)底面之間的漏風(fēng)可采用全金屬柔磁性密封裝置。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，如漏風(fēng)率減少10％，可增產(chǎn)5％～6％，每噸燒結(jié)礦可減少電耗2kWh，成品率提高1．5％～2．0％，同時(shí)可減少噪聲，改善環(huán)境。日本新日鐵某燒結(jié)機(jī)采用降低漏風(fēng)率措施后，漏風(fēng)率降低了12．5％，電耗降低了1．96kWh／t，相當(dāng)于每降低10％的漏風(fēng)率，電耗降低1．56kWM；國(guó)內(nèi)某鋼廠將燒結(jié)機(jī)漏風(fēng)率從71．4％降到42．99％后，電耗降低了4．33kWh／t降至20．21kWh／t，即每降低10％的漏風(fēng)率，電耗降低1．54kWh／t左右。
1．3 余熱回收利用技術(shù)
1．3．1 燒結(jié)余熱回收發(fā)電技術(shù)
燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)是將環(huán)冷機(jī)一段及二段高溫廢氣回收，經(jīng)余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽進(jìn)行發(fā)電的技術(shù)。該技術(shù)不產(chǎn)生額外的廢氣、廢渣、粉塵和其它有害氣體，能夠有效提高燒結(jié)工序的能源利用效率，平均每噸燒結(jié)礦產(chǎn)生的煙氣余熱回收可發(fā)電20kWh，折合噸鋼綜合能耗可降低約8kgce／t。目前國(guó)內(nèi)燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)發(fā)展較為廣泛，但余熱廢氣受生產(chǎn)穩(wěn)定性的影響較大，進(jìn)而造成發(fā)電量不穩(wěn)，國(guó)內(nèi)各鋼鐵企業(yè)的應(yīng)用效果不一。
1．3．2 熱風(fēng)燒結(jié)技術(shù)
熱風(fēng)燒結(jié)以熱風(fēng)的物理熱代替部分固體燃料的燃燒熱，使燒結(jié)料層上、下部熱量和溫度的分布趨向均勻，同時(shí)，由于上層燒結(jié)礦處于高溫作用時(shí)間較長(zhǎng)，大大減輕了因急冷造成的表層強(qiáng)度降低，因此，熱風(fēng)燒結(jié)具有改善表層強(qiáng)度的重要作用。熱風(fēng)燒結(jié)的熱風(fēng)來(lái)源有燒結(jié)機(jī)尾部廢氣、冷卻機(jī)廢氣和點(diǎn)火器廢氣。由于配料中固體燃料減少，固定碳分布趨于均勻，減少了形成脆性、薄壁、大孔結(jié)構(gòu)的可能性，有利于燒結(jié)礦強(qiáng)度的提高。
熱風(fēng)燒結(jié)的主要特點(diǎn)有：降低固體燃耗(可節(jié)省固體燃耗約0．5～1．5kgce／t)、改善表層燒結(jié)礦強(qiáng)度；降低燒結(jié)礦中FeO含量；改善燒結(jié)礦還原性；降低燒結(jié)礦的硫含量；優(yōu)化成品礦粒度組成、降低返礦量；提高燒結(jié)礦鐵品位。熱風(fēng)燒結(jié)的主要工藝流程如圖2所示。
1．3．3 熱風(fēng)點(diǎn)火技術(shù)
熱風(fēng)點(diǎn)火技術(shù)是利用環(huán)冷機(jī)低溫廢氣進(jìn)行熱風(fēng)助燃的技術(shù)，該技術(shù)近年被國(guó)內(nèi)鋼廠逐步采用，還處于發(fā)展階段，該技術(shù)可節(jié)省約25％～30％高爐煤氣。
2 燒結(jié)節(jié)能技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化工作
2．1 節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)工作現(xiàn)狀
冶金行業(yè)節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)化起步較晚，在制定過(guò)程中充分考慮了標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)家政策、自主研發(fā)成果、行業(yè)需求相結(jié)合，標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)內(nèi)容和水平力求符合當(dāng)前節(jié)能技術(shù)發(fā)展要求，促進(jìn)行業(yè)的節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用和推廣，如蓄熱式燃燒技術(shù)、干熄焦技術(shù)、燒結(jié)余熱利用技術(shù)、礦熱爐節(jié)能技術(shù)等。包括《鋼鐵企業(yè)能效指標(biāo)計(jì)算導(dǎo)則》等基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)在內(nèi)，冶金節(jié)能領(lǐng)域現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)有20多項(xiàng)，標(biāo)準(zhǔn)體系框架的構(gòu)建已基本完成，標(biāo)準(zhǔn)體系也在不斷完善。
具體到燒結(jié)工序的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)化，除通用的基礎(chǔ)、方法標(biāo)準(zhǔn)外，現(xiàn)行的節(jié)能技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有1項(xiàng)：YB／T4254—2012《燒結(jié)冷卻系統(tǒng)余熱回收利用技術(shù)規(guī)范》，燒結(jié)廢氣余熱利用是鋼鐵工業(yè)“十二五”期間重點(diǎn)推廣的節(jié)能技術(shù)，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范了燒結(jié)冷卻系統(tǒng)余熱資源的回收利用，標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施為燒結(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和施工運(yùn)行提供指導(dǎo)，鋼鐵企業(yè)通過(guò)燒結(jié)余熱回收系統(tǒng)達(dá)到節(jié)約資源、改善生產(chǎn)條件、保護(hù)環(huán)境的作用，同時(shí)可降低燒結(jié)生產(chǎn)成本，給企業(yè)帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)效益。
2．2 下一步工作
為盡快完善燒結(jié)節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)化工作，滿足推廣先進(jìn)節(jié)能技術(shù)的需求，下一步工作重點(diǎn)應(yīng)從以下幾方面展開(kāi)：
1)加快制定節(jié)能技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。
厚料層燒結(jié)技術(shù)、小球燒結(jié)技術(shù)、降低漏風(fēng)率技術(shù)、余熱回收利用技術(shù)等都是國(guó)家重點(diǎn)推廣的先進(jìn)技術(shù)，這些技術(shù)的節(jié)能效果好，應(yīng)盡快對(duì)其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的可行性分析，如果適于轉(zhuǎn)化標(biāo)準(zhǔn)，盡快組織鋼鐵企業(yè)、設(shè)計(jì)單位、研究院所等制定標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范其設(shè)計(jì)和施工運(yùn)行。
2)逐步完善配套方法標(biāo)準(zhǔn)。
目前，尚無(wú)燒結(jié)專(zhuān)用節(jié)能方法標(biāo)準(zhǔn)，如燒結(jié)熱平衡計(jì)算方法、評(píng)價(jià)節(jié)能技術(shù)節(jié)能效果的節(jié)能量的計(jì)算方法、點(diǎn)火爐燃燒計(jì)算方法等配套的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)逐步完善。
3)初步建立節(jié)能監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。
節(jié)能監(jiān)測(cè)是促進(jìn)企業(yè)節(jié)能降耗、合理用能、提高經(jīng)濟(jì)效益的重要手段。對(duì)耗能設(shè)備進(jìn)行用能監(jiān)測(cè)，掌握耗能狀況，挖掘節(jié)能潛力，能夠?yàn)楣?jié)能技改提供科學(xué)依據(jù)。目前，節(jié)能監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)尚為空白，應(yīng)針對(duì)燒結(jié)機(jī)、主抽風(fēng)機(jī)、點(diǎn)火爐等耗能設(shè)備建立監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，包括監(jiān)測(cè)項(xiàng)目、監(jiān)測(cè)方法及評(píng)價(jià)指標(biāo)等。
3 結(jié)語(yǔ)
厚料層燒結(jié)、小球燒結(jié)、降低漏風(fēng)率、余熱回收利用等技術(shù)是近年來(lái)國(guó)家重點(diǎn)推廣的先進(jìn)節(jié)能技術(shù)。其中，燒結(jié)冷卻系統(tǒng)余熱回收利用技術(shù)已經(jīng)成功轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)是國(guó)家有關(guān)規(guī)程和技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策在鋼鐵工業(yè)燒結(jié)廠的的具體體現(xiàn)。在今后工作中，將重點(diǎn)落實(shí)上述重點(diǎn)節(jié)能技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定工作，加強(qiáng)節(jié)能技術(shù)示范推廣，同時(shí)，逐步完善配套的方法標(biāo)準(zhǔn)、節(jié)能監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，為節(jié)能技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)提供支撐，促進(jìn)節(jié)能降耗。
參 考 文 獻(xiàn)：
[1] 周繼程，酈秀萍，上官方欽，等．我國(guó)燒結(jié)工序能耗現(xiàn)狀及節(jié)能技術(shù)和措施[J]．冶金能源，2010，(29)2：23—26．
[2] 王維興．2013年上半年重點(diǎn)鋼鐵企業(yè)能源能源利用狀況評(píng)述[C]．中國(guó)金屬學(xué)會(huì)．第九屆中國(guó)鋼鐵年會(huì)論文集．北京：冶金工業(yè)出版社，2013．