青特鋼燒結(jié)過程熱平衡分析

陳國濤，鄭向國，仲常維，楊小建

（青島特殊鋼鐵有限公司，山東 青島266409）

青特鋼燒結(jié)過程熱平衡分析

陳國濤，鄭向國，仲常維，楊小建

（青島特殊鋼鐵有限公司，山東 青島266409）

從青特鋼燒結(jié)能源消耗實際出發(fā)，通過燒結(jié)過程熱量平衡分析，采取提高焦粉合格率、提高混合料低水穩(wěn)定率，降低環(huán)冷機漏風(fēng)，改善燒結(jié)料面過熔現(xiàn)象，降低焦?fàn)t煤氣單耗32%，大煙道溫度降低5～10℃，降低成本11.34元/t礦。

燒結(jié)熱量平衡；環(huán)冷機；燒結(jié)料面；煙道溫度

1 前言

青島特殊鋼鐵項目于2012年12月31日獲得國家發(fā)改委正式核準(zhǔn)。項目總投資164億元，產(chǎn)能300萬t/a。2015年11月正式投入試生產(chǎn)，配備大型機械化封閉原料場，240m2燒結(jié)機2臺。為更好掌握及降低青特鋼燒結(jié)工序能源消耗，了解目前燒結(jié)工序能源利用水平，合理評價燒結(jié)工序熱利用狀況，通過對燒結(jié)過程熱量進行定量分析，找出目前燒結(jié)工序能源使用中的不足，尋求青特鋼燒結(jié)節(jié)能降耗措施。

2 燒結(jié)過程物料平衡及熱量平衡分析

熱量平衡計算分析中，物料平衡采用月度報表中投入數(shù)據(jù)及產(chǎn)出數(shù)據(jù)，期間工藝參數(shù)采用月度平均值，部分熱量計算根據(jù)熱量定律，以混合料燒結(jié)為界面，燒結(jié)之前為熱量收入項，燒結(jié)之后為熱量支出項，根據(jù)熱量平衡原則對熱量收入與支出項進行分析比較。

2.1 燒結(jié)過程物料平衡數(shù)據(jù)及工藝參數(shù)

熱平衡當(dāng)月生產(chǎn)燒結(jié)礦204621.16 t，消耗焦?fàn)t煤氣1000 000m3，當(dāng)月燒結(jié)投入產(chǎn)出月報表如表1所示。其中當(dāng)月混勻料堆197581.54 t，干基混勻料182328.25 t，含瓦斯灰1222.67 t，瓦斯灰中含碳22%；燒結(jié)生產(chǎn)過程中點火助燃風(fēng)量、主抽風(fēng)量總量無統(tǒng)計，點火助燃風(fēng)平均流量為8000m3/min，主抽風(fēng)量平均為11600m3/min；計算得點火助燃風(fēng)噸礦消耗1745.27m3/t；主抽風(fēng)噸礦消耗2530.65m3/t。

熱平衡期間當(dāng)月工藝參數(shù)平均值，燒結(jié)機頻率15.68 Hz，混合料水分7.72%，混合料溫54.54℃，點火溫度1177.96℃，大煙道溫度157.14℃，16#風(fēng)箱溫度402.64℃。用紅外測溫測得燒結(jié)礦（環(huán)冷前）溫度為700℃。熱平衡分析過程中一些測定數(shù)值及比熱，焦?fàn)t煤氣發(fā)熱量17556 kJ/m3，固體燃料發(fā)熱量25898.8 kJ/kg，混合料比熱837.4 kJ（/t·K），燒結(jié)礦比熱840 kJ（/t·K），水比熱4200 kJ（/t·K），水蒸氣比熱2080 kJ（/t·K），空氣比熱1.3004 kJ（/m3·K），燒結(jié)機臺車質(zhì)量7740.5 kg。

表1 燒結(jié)月投入產(chǎn)出情況

2.2 熱平衡計算

根據(jù)熱量守恒定律知，燒結(jié)熱量收入量等于燒結(jié)熱量支出量。本次熱量平衡以混合料燒結(jié)為界面，燒結(jié)之前各物料熱量總和為熱量收入項，見表2。燒結(jié)之后各物料熱量總和為熱量支出項見表3。

2.3 熱平衡分析及生產(chǎn)中存在問題

表2 燒結(jié)熱量收入項

青特鋼燒結(jié)工序投產(chǎn)1 a以來，各主要工藝設(shè)備運行正常，各物料秤、運行參數(shù)等真實可靠，數(shù)據(jù)在允許誤差范圍內(nèi)。通過本次燒結(jié)熱量平衡分析計算以及現(xiàn)場觀察，發(fā)現(xiàn)燒結(jié)生產(chǎn)中存在的一些問題。

表3 燒結(jié)熱量支出項

1）從熱平衡表中可以看出，燒結(jié)熱量收入項中固體燃料消耗占比最大，比例為82.10%；其次為焦?fàn)t煤氣消耗，比例為5.60%。燒結(jié)礦、鋪底料及內(nèi)返礦合計為燒結(jié)餅，燒結(jié)熱量支出項中，燒結(jié)餅帶走熱量最大為54.29%，其次為煙道廢氣帶走熱量比例為32.09%，混合料水分帶走熱量比例為13.62%。燒結(jié)工序余熱利用時，應(yīng)充分考慮利用燒結(jié)餅中所含熱量，其次考慮煙道廢氣熱量的利用。目前青特鋼燒結(jié)在余熱利用方面，只利用了環(huán)冷機一段燒結(jié)餅熱量用于發(fā)電，環(huán)冷機二、三段燒結(jié)餅熱量及煙道廢氣熱量未開發(fā)利用。

2）焦?fàn)t煤氣單耗85848.84 kJ/t，大于燒結(jié)廠設(shè)計規(guī)范，規(guī)范中規(guī)定，采用焦?fàn)t煤氣、天燃?xì)鉃辄c火燃料時煤氣單耗應(yīng)≤0.065 GJ/t。通過現(xiàn)場觀察，燒結(jié)料面存在過熔現(xiàn)象，見圖1。了解現(xiàn)場崗位操作情況，崗位操作人員擔(dān)心點火煤氣流量降低，燒結(jié)機臺車兩側(cè)料面因為邊緣效應(yīng)，點火效果不好，從而影響燒結(jié)礦強度；現(xiàn)場焦?fàn)t煤氣電動調(diào)節(jié)閥門開度為10%左右，設(shè)備選型偏大，主控工可調(diào)范圍偏小，并且操作起來焦?fàn)t煤氣流量波動大，降低焦?fàn)t煤氣只能靠現(xiàn)場調(diào)節(jié)手動閥門，不利于自動控制和遠程控制。

圖1 燒結(jié)機表面過熔局部

3）青特鋼燒結(jié)工序環(huán)冷余熱發(fā)電情況測算。青特鋼燒結(jié)工序環(huán)冷首段余熱用于發(fā)電，在燒結(jié)工序熱平衡表中，燒結(jié)餅帶走的顯熱占熱支出的54.29%，總熱量計830261.88 kJ/t。燒結(jié)工序環(huán)冷首段熱量用于發(fā)電，假設(shè)環(huán)冷機首段位置燒結(jié)餅冷卻溫度降為300℃，則環(huán)冷機首段位置燒結(jié)餅發(fā)生的交換熱量為474435.36 kJ/t，不考慮環(huán)冷機漏風(fēng)，假設(shè)余熱發(fā)電效率為20%，則理論上環(huán)冷機首段燒結(jié)餅可發(fā)電量為26.35（kW·h）/t。參考2015年度燒結(jié)球團技術(shù)匯編可知，青特鋼燒結(jié)余熱發(fā)電離行業(yè)先進指標(biāo)相差甚遠。青特鋼燒結(jié)環(huán)冷發(fā)電量設(shè)計為16（kW·h）/t，實際發(fā)電量僅為 2（kW·h）/t，環(huán)冷余熱發(fā)電量遠遠沒有達到設(shè)計發(fā)電量、本次熱平衡測算理論發(fā)電量以及行業(yè)先進指標(biāo)水平。

4）在本次燒結(jié)工序熱平衡分析過程中，燒結(jié)生產(chǎn)過程存在部分影響熱量平衡因素。青特鋼燒結(jié)工序由于燃料破碎液壓系統(tǒng)問題，焦粉破碎粒度較差，濕基粒度檢測僅為71%，對本次熱量平衡存在一定影響。燒結(jié)工序混合料為紅外在線測水，因為現(xiàn)場粉塵、蒸汽環(huán)境因素影響及外包維護保養(yǎng)不及時，紅外在線測水效果差，混合料水分波動未能及時發(fā)現(xiàn)，對本次熱量平衡存在一定影響。

5）青特鋼燒結(jié)工序本次熱量平衡中忽略返礦中殘?zhí)苛考皻執(zhí)慨a(chǎn)生的熱量，忽略了熱平衡中各物質(zhì)在不同溫度及壓力下比熱容的變化。主抽風(fēng)量與助燃風(fēng)量為平均數(shù)，無月累計。

6）本次熱量平衡計算中收入項與支出項接近，差值中包含臺車箅條等散熱因素。通過對燒結(jié)機臺車箅條等設(shè)備散熱估算，可認(rèn)為熱量平衡中差值偏小。由此可判斷，本次熱平衡測算中，或者熱量收入項數(shù)值偏小，或者支出項數(shù)值偏高。焦?fàn)t煤氣月消耗量為集團公司平衡后數(shù)值，根據(jù)儀表顯示及現(xiàn)場情況，可能存在低估10%的誤差。

3 節(jié)能措施及建議

1）合理降低焦?fàn)t煤氣單耗，做好燒結(jié)工序焦?fàn)t煤氣點火，調(diào)整好焦?fàn)t煤氣、空氣的空燃比，保障點火溫度及點火強度。在燒結(jié)機臺車兩側(cè)加平料板、壓料輥，增強在線監(jiān)督燒結(jié)機表面點火情況，減少燒結(jié)機表面點火局部過熔現(xiàn)象；針對焦?fàn)t煤氣電動調(diào)節(jié)控制閥門偏低且不利于調(diào)整的情況，利用檢修機會更換調(diào)節(jié)閥，使焦?fàn)t煤氣量降低。對焦?fàn)t煤氣每日使用情況納入考核，通過行政手段，降低焦?fàn)t煤氣耗用。

2）余熱發(fā)電設(shè)備運行不正常，局部設(shè)計不合理，發(fā)電量僅為2（kW·h）/t，遠遠低于本次熱平衡分析理論發(fā)電數(shù)值。燒結(jié)工序余熱發(fā)電系統(tǒng)存在巨大節(jié)能空間，是下一步節(jié)能的主要方向。余熱發(fā)電送風(fēng)管道及收風(fēng)管道等存在缺陷，設(shè)備密封、保溫設(shè)施不合理。召集相關(guān)專家對其進行論證，余熱保溫設(shè)施已拆除，對重點密封設(shè)施已進行改造。余熱發(fā)電量較熱量平衡分析期間有所提高，后續(xù)余熱發(fā)電設(shè)計改造等相關(guān)事宜正逐步展開。潛在的效益計算：按設(shè)計發(fā)電量計算，噸礦在現(xiàn)有基礎(chǔ)上電費降低9.94元。

3）大煙道溫度157℃，與行業(yè)普遍控制范圍相比明顯偏高，統(tǒng)一執(zhí)行操作標(biāo)準(zhǔn)，適當(dāng)降低大煙道溫度5～10℃，有利于熱量支出項降低，進而減少燒結(jié)礦能源消耗。

4）從熱平衡分析可以看出，混合料中水分帶走大量熱量，在造球允許條件下，厚料層操作，盡量適度降低混合料水分含量，可以有效降低能源消耗（燃料消耗）。

5）焦粉破碎粒度差，燃料破碎系統(tǒng)液壓設(shè)備存在問題，通過采購液壓設(shè)備解決燃料破碎粒度問題。對紅外測水及混合料水分波動情況，通過考察學(xué)習(xí)，決定引進微波測水及智能加水控制系統(tǒng)，通過智能控制系統(tǒng)，減少實際生產(chǎn)過程水分波動。

6）通過熱量平衡計算，燒結(jié)熱效率還存在提高空間。環(huán)冷機首段余熱發(fā)電后，燒結(jié)礦還有部分熱量價值可開發(fā)利用。建議環(huán)冷二三段燒結(jié)礦余熱利用制取蒸汽/熱水或用于熱風(fēng)燒結(jié)。煙道煙氣帶走熱量占總熱量的32.09%，此部分可充分余熱利用，特別是機尾風(fēng)箱溫度的顯熱，建議制取蒸汽/熱水或用于熱風(fēng)燒結(jié)。亦可參照日照鋼鐵煙道煙氣（燒結(jié)機尾風(fēng)箱）余熱用于發(fā)電，燒結(jié)噸礦發(fā)電約2（kW·h）/t，可降低燒結(jié)礦成本1.4元/t。

4 結(jié) 語

通過對青特鋼燒結(jié)熱平衡分析，采取上述措施，對以后的燒結(jié)生產(chǎn)提供有力的理論支撐。焦?fàn)t煤氣使用單耗降低32%；焦粉合格率提高、混合料低水分穩(wěn)定率有利于固體燃耗的降低；改善余熱發(fā)電，可降低成本9.94元/t礦；大煙道溫度可降低5～10℃；燒結(jié)機煙道溫度發(fā)電，可降低成本1.4元/t礦。

[1] 武軼，金俊，李小靜，等.二鐵燒結(jié)過程熱平衡分析[J].安徽冶金，2014（.2）：31-34.

[2] 孟建忠，黨榮富.燒結(jié)熱平衡與節(jié)能降耗[J].燒結(jié)球團，1998.（1）：18-22.

學(xué)會動態(tài)

2017年燒結(jié)煙氣脫硝及綜合治理技術(shù)交流研討會在山西臨汾召開

2017年8月24、25日，2017年燒結(jié)煙氣脫硝及綜合治理技術(shù)交流討會在山西臨汾召開，來自全國冶金行業(yè)及國內(nèi)知名環(huán)保企業(yè)的229名代表參加了會議。山西省金屬學(xué)會秘書長安俊德向大會致歡迎辭，會議由河北省金屬學(xué)會張敬民副秘書長主持。

環(huán)保部2017年6月13日發(fā)布的《鋼鐵燒結(jié)、球團工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》等20項國家污染物排放標(biāo)準(zhǔn)修改單的公告（征求意見稿）中，明確氮氧化物限值調(diào)整為100mg/m3，鋼鐵行業(yè)將面臨巨大的脫硝壓力。為了鋼鐵行業(yè)積極應(yīng)對環(huán)保新政策，進一步總結(jié)我國煙氣綜合治理及脫硝技術(shù)經(jīng)驗，借鑒其他兄弟單位的成熟經(jīng)驗，推廣應(yīng)用各種新技術(shù)、新設(shè)備、新材料，促進相關(guān)行業(yè)大氣污染物治理，山西省金屬學(xué)會聯(lián)合河北、山東、河南、江蘇、安徽、天津、陜西等地方金屬學(xué)會主辦了本次會議。會議以鋼鐵行業(yè)燒結(jié)煙氣脫硝研討為主題，就當(dāng)前燒結(jié)機煙氣脫硝技術(shù)在鋼鐵業(yè)的應(yīng)用、運行情況及技術(shù)解讀等一系列熱點議題展開討論。

北京科技大學(xué)蒼大強教授參加了會議并做了《國內(nèi)外鋼鐵工業(yè)燒結(jié)煙氣脫硝新方法-新技術(shù)》專題講座。他總結(jié)了國內(nèi)外鋼鐵工業(yè)燒結(jié)煙氣脫硝新方法、新技術(shù)，提出新常態(tài)需要新思維和新方法，強化創(chuàng)新意識和方法是顛覆性思路產(chǎn)生的基礎(chǔ)，強化基礎(chǔ)研究是顛覆性技術(shù)產(chǎn)生的基礎(chǔ)；解決鋼鐵行業(yè)燒結(jié)煙氣脫硝要開發(fā)源頭，過程抑制和多種污染協(xié)同處理技術(shù)。他強調(diào)指出鋼鐵工業(yè)節(jié)能減排已經(jīng)進入了工藝裝備需要變革的時代，節(jié)能減排任務(wù)落在冶金專業(yè)人的身上。

冶金工業(yè)規(guī)劃研究院環(huán)保中心程琳教授特別針對發(fā)布的《鋼鐵燒結(jié)、球團工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》等20項國家污染物排放標(biāo)準(zhǔn)修改單的公告（征求意見稿）向鋼鐵企業(yè)提出了應(yīng)對建議，并對新排污許可制度進行了深度解讀。

安徽工業(yè)大學(xué)、太原鋼鐵（集團）公司、寶鋼（集團）公司在大會介紹了他們的燒結(jié)煙氣脫硝技術(shù)研究成果，12家環(huán)保科研和生產(chǎn)企業(yè)介紹了他們在該領(lǐng)域最新研發(fā)的技術(shù)和經(jīng)驗。

大會組織代表參觀了山西建邦鋼鐵集團有限公司和山西立恒鋼鐵股份有限公司燒結(jié)煙氣脫硝和工業(yè)污水凈化處理生產(chǎn)技術(shù)裝備。

（山東金屬學(xué)會秘書處）

Heat-balance Analysis of the Sintering Process for Qingdao Special Steel

CHEN Guotao,ZHENG Xiangguo,ZHONG Changwei,YANG Xiaojian

（Qingdao Special Iron and Steel Corporation Limited,Qingdao 266409,China）

Based on the actual use of sintering energy consumption of Qingdao Special Steel,the heat equilibrium was analyzed for sintering process.By improving the qualified rate of coke powder and themixture water stability rate low and reducing the cooler air leakage,the sintering burden overmelting phenomenon was improved.The consumption of coke oven gas 32%,the flue temperature is 5-10 degrees centigrade and the cost of 11.34 Yuan/tmine were reduced.

Heat-balance for sintering,energy saving

TF046.4

B

1004-4620（2017）04-0025-03

2017-03-24

陳國濤，男，1980年生，2003年畢業(yè)于武漢科技大學(xué)礦物加工專業(yè)。現(xiàn)為青島特殊鋼鐵有限公司工程師，主要從事燒結(jié)工藝技術(shù)工作。