青特鋼降低燒結工序能耗的生產(chǎn)實踐

楊小建，鄭向國，仲常維

（青島特殊鋼鐵有限公司，山東 青島266700）

1　前言

青島特殊鋼鐵有限公司燒結工序于2015年11月投入運行，配有2臺240 m2燒結機和2臺300 m2環(huán)冷機，設計能力為年產(chǎn)優(yōu)質(zhì)燒結礦460萬t。投產(chǎn)之初，燒結工序能耗月平均為53 kgce/t，其中固體燃料消耗48.85 kg/t，電耗44.32 kW·h/t，點火煤氣消耗6.13 m3/t，燒結環(huán)冷余熱發(fā)電不穩(wěn)定，噸礦發(fā)電量僅為4 kW·h，與國內(nèi)同類型對標比較，處于較高水平。為了降低燒結工序能耗，青特鋼從降低燒結固體燃耗、燒結系統(tǒng)電耗、燒結點火熱耗以及充分利用燒結環(huán)冷余熱發(fā)電4方面改進，實施后燒結工序能耗大幅度降低，燒結噸礦成本也相應下降。

2　降低燒結工序能耗的措施

2.1　降低燒結固體燃料消耗

固體燃料消耗占燒結工序能耗的70%～80%，因此降低固體燃料消耗作為主攻方向。

2.1.1優(yōu)化燒結配礦結構

青特鋼燒結生產(chǎn)所用的礦粉全部為進口礦粉，以巴西粉、澳粉為主，另外還有印度粉、智利和塞拉利昂粉等。各種礦粉的成礦條件不同，燒結性能也相差較大，為發(fā)揮各種礦粉的最佳燒結功效，需進行優(yōu)化配礦。對青特鋼使用的全部礦粉的同化性能、液相生產(chǎn)特性、升溫過程燒損和結晶水分解特性、微觀結構進行實驗研究，以此為基礎探討各鐵礦粉的使用原則，找出成礦性能良好、固體燃料消耗較低的幾種配礦方案，借助燒結杯實驗室對不同配礦方案進行實驗，根據(jù)實際實驗結果，選取最合適的配礦結構。

2.1.2厚料層技術改造

燒結料層的自動蓄熱作用隨著料層厚度的增加而加強，當料層厚度為180～220 mm時，蓄熱量只占燃燒帶熱量總收入的35%～45%，當料層高度為400 mm時，蓄熱量達55%～60%［1］。因此，提高料層厚度，采用厚料層燒結，充分利用燒結過程的自動蓄熱，可以降低燒結料中的燃料用量，根據(jù)實際生產(chǎn)情況，料層每增加10 mm，燃料消耗可降低1.5 kg/t左右。

青特鋼240 m2燒結機設計料層厚度750 mm，為了提高燒結礦強度和降低固體燃料消耗，將料層提高到850 mm。參照同行業(yè)已改造成功經(jīng)驗，通過抬高燒結機布料裝置，結合側面加檔板防漏料，同時在刮料板處梯形成型、刮料板后加側輥壓料的方式，最終厚料層燒結技術獲得成功，固體燃料消耗降低2.79 kg/t。

2.1.3提高混合料溫度

燒結混合料溫度是制約燒結生產(chǎn)的一個重要因素，混合料料溫達到露點以上，可以顯著減少料層中水蒸汽冷凝形成的過濕現(xiàn)象，有效降低過濕層厚度和過濕層對氣流的阻力，改善料層透氣性，明顯提高燒結生產(chǎn)率和降低燃料用量。根據(jù)同行業(yè)生產(chǎn)實踐，混合料料溫每提高10℃，可降低燃料用量2%～3%。青特鋼高爐沖渣水水溫在65℃以上，在滿足全廠冬季供暖的前提下，通過管網(wǎng)改造將剩余沖渣水用于燒結混料加水。一方面降低高爐沖渣水水溫，減少泡沫渣的產(chǎn)生；另一方面，可提高燒結混勻料的料溫，降低過濕帶厚度，提高燒結透氣性，提高燒結礦產(chǎn)質(zhì)量和降低固體燃料消耗。

同時，為保證生產(chǎn)供水的穩(wěn)定，減少由于管網(wǎng)水壓波動對混勻料水分產(chǎn)生的影響，采用開路的方式，將換熱后的熱水先集中存放在密閉保溫的水池中，然后再由水泵加壓打到一、二混進行加水，減少外因?qū)λ挚刂频挠绊憽楸M量提高混勻料料溫，在水池上方安裝蒸汽噴頭，進一步提高水溫到90℃以上。采用水位自動控制系統(tǒng)，減小水位差變化對水溫的影響。

生產(chǎn)實踐證明，采用高爐沖渣水換熱后，混勻料較料溫提高約8℃，料層透氣性明顯改善，降低固體燃料消耗約1.2 kg/t。

2.1.4控制燃料粒度

燒結燃燒的燃燒速度及燃燒層的厚度與燃料粒度密切相關。經(jīng)燒結杯實驗證明：燃料粒度＜3 mm粒級由72%增加到90%，利用系數(shù)先增加后降低的趨勢，在84.2%時取得最大值，即得出＜3 mm燃料粒度在84.2%時最有利于燒結過程進行，燃料能夠充分燃燒，燃料的燃燒速度與傳熱速度基本同步，固體燃料消耗最低。

青特鋼燒結使用的燃料品種較多，有焦化廠干熄焦、焦化廠水熄焦、高爐返焦、外購焦粉和部分煤粉。焦化廠水熄焦水分高，易粘輥皮，難破碎；高爐返焦中大塊較多，也給燃料的破碎帶來一定的困難。針對燃料粒度較差問題，從兩方面進行處理。

1）原料方面：要求收料崗位對來料質(zhì)量進行把關，雜物較多的拒收；對于夾雜焦塊較多的高爐返焦，嚴禁直接進入大燃料倉，到料場單獨存放，集中處理；根據(jù)燃料的破碎難易程度，對燃料進行分倉存放，混合破碎。難破碎的水熄焦和高爐返焦共用一倉，水熄焦和外購焦粉共用另一倉，煤粉單獨進倉。混合比例為難破碎的水熄焦和高爐返焦為混合總量的1/5，易破碎的干熄焦和外購焦為混合總量的4/5，煤粉單獨破碎。

2）設備方面：改變四輥的裝配方式，積極與廠家聯(lián)系，由輥皮加熱后裝配改為廠家萬噸壓力機冷態(tài)壓入裝配。裝配方式的改變，避免了輥皮因加熱造成的退火、硬度下降的問題，不僅提高了輥皮的使用壽命，而且減輕了輥皮因擠入異物造成凹坑的現(xiàn)象。輥皮硬度的提高，顯著提高了破碎質(zhì)量，同時也加大了對于四輥的輥皮磨損程度測量頻次，發(fā)現(xiàn)輥皮磨損嚴重時及時更換。

經(jīng)過對燃料破碎系統(tǒng)設備和操作的改進，2017年8—12月燃料粒度＞3 mm的占總數(shù)84.5%，達到工藝要求，固體燃耗降幅也較大，由48.85 kg/t降低到44.75 kg/t左右，取得了較好的效果。

2.2　降低燒結系統(tǒng)電耗

2.2.1采取主抽煙道減震措施

青特鋼燒結機主抽設計采用雙煙道，每個煙道分別配置1臺5 000 kW的變頻風機，風箱入煙道采用交叉排布。投產(chǎn)初期，風機與脫硫之前的煙道共振嚴重，主抽風門開度和風機頻率相互制衡，導致主抽風門開度長時間維持在60%左右，風機頻率為42 Hz左右，燒結電耗高達45 kW·h/t。為實現(xiàn)風門全開，對震動煙道進行了減震措施：1）對主抽煙道內(nèi)外加固。煙道內(nèi)用圓鋼替代之前橫向支撐的角鋼，圓鋼表面光滑，可以減少氣流的阻力；同時縱向方面按0.5 m間距增加圓鋼數(shù)量，與之前的橫向圓鋼形成網(wǎng)格狀；煙道外部用角鋼進行加固，加固后煙道通過角鋼與下部土建支撐焊接在一起，可吸收煙道部分振動。2）對煙道振動數(shù)據(jù)采用專業(yè)采集器檢測，避免與主抽頻率形成共振。3）避免在風機共振區(qū)（42～45 Hz）進行生產(chǎn)操作。4）脫硫增壓風機嚴格保持負壓條件，避免正壓造成煙道震動。5）檢修時對煙囪加隔斷，主抽出口煙道增加15 mm厚度的導流板，使氣流流動方向與煙道方向一致，無流動死區(qū)，無渦流，煙道內(nèi)煙氣流動分布均勻，利于消除煙道振動。

以上措施實施后，燒結風門開度逐漸開到了90%，并保持煙道長期不振動。同時，主抽頻率降低到40 Hz以下，燒結噸礦電耗量降低到2.1 kW·h左右。

2.2.2減少燒結系統(tǒng)漏風率

減少抽風系統(tǒng)漏風率，增加通過料層的有效風量對節(jié)約電耗意義重大，資料顯示燒結機漏風減少10%，可節(jié)電2 kW·h/t。

燒結機系統(tǒng)漏風主要集中在臺車與滑道之間的漏風、頭尾密封裝置與臺車車體之間的漏風、臺車邊緣效應引起的漏風和部分風箱破損漏風。

臺車滑道密封裝置采用新型柔性滑道密封裝置，該裝置針對滑道密封裝置失效的原因，做了針對性的改進。采用耐高溫橡膠作為密封體可以緊密貼合側壁，且在臺車卸料時起到防止礦粉進入密封盒體的作用，而卸料時進灰則是常規(guī)密封裝置失效卡死的主要原因。此裝置投入使用后，密封效果顯著，且使用壽命明顯高于雙板簧密封裝置。

頭尾密封裝置采用多自由度的柔性浮板密封裝置，可以靈活地適應臺車底部在縱向和橫向的不平衡程度，對臺車底部有良好的包絡性，從而具備良好的密封效果。

防止邊緣效應。邊緣效應造成的漏風在燒結機漏風量中占30%以上，為此采取了一系列避免邊緣效應的措施：1）對布料系統(tǒng)進行改造，加厚邊緣布料，配以邊緣壓料促使邊緣料柱密實，增大邊緣氣流阻力，從而抑制邊緣效應。2）改進臺車欄板結構，將臺車欄板內(nèi)壁做成波浪形狀，防止由于物料燒結收縮后與欄板壁形成邊縫而造成漏風。3）適當加寬靠欄板處的篦條寬度。4）增加點火器兩側的燒嘴數(shù)量，提高邊緣點火溫度，以減少邊緣效應的發(fā)生。

通過以上技術措施，燒結機的系統(tǒng)漏風率控制在20%以內(nèi)。

2.2.3解決燒結糊篦條現(xiàn)象

燒結機正式投產(chǎn)3個月后，燒結工序頻繁出現(xiàn)糊篦條現(xiàn)象。由于篦條大面積被堵塞，主抽負壓大幅提高，負壓從10 kPa提高到15 kPa，電耗升高，產(chǎn)量降低10%，嚴重影響了燒結的正常生產(chǎn)。

經(jīng)過對燒結篦條粘附物取樣化驗，發(fā)現(xiàn)其中所含氯離子和鉀離子均很高，化學成分如表1所示。

表1　篦條粘附物化學成分 %

燒結機頭電除塵采用密封式環(huán)保設計，采用高壓氣體管道直接將除塵灰輸送到配料室參與配料。燒結原料中氯離子和鉀離子再次經(jīng)過燒結生產(chǎn)在燒結內(nèi)部循環(huán)富集,而氯化鉀屬低熔點化合物，且容易結晶，是造成糊篦條的主要原因。對燒結使用的礦粉、熔劑、燃料和二混的混合料中的氯離子進行測定，結果如表2所示。

表2　燒結使用的物料氯離子測定 %

由表2得知：篦條粘附物中氯含量主要來自電除塵灰、熔劑中生石灰及輕燒白云石粉。電除塵為循環(huán)富集，是篦條粘附物中氯的主要來源。

分析出原因后，青特鋼對燒結機頭電除塵灰和煉鋼灰實行外賣，不再直接參與燒結配料。措施實施后，燒結機篦條再無出現(xiàn)糊堵現(xiàn)象，燒結生產(chǎn)恢復正常水平，燒結電耗大幅度下降，由45 kW·h/t降低到40 kW·h/t左右。

2.3　降低點火熱耗

點火熱耗占燒結工序能耗的5%～10%，青特鋼燒結點火用的氣體燃料為焦爐煤氣，由總廠煤氣管網(wǎng)供給，焦爐煤氣熱值為17.563 MJ/m3，發(fā)熱值較高，燒結表面點火溫度經(jīng)常超過1 200℃，燒結料面出現(xiàn)過熔現(xiàn)象，形成硬殼，不但提高了焦爐煤氣的耗用量，料層的透氣性也變差。通過降低點火溫度、合理控制空燃比和實行微負壓點火使燒結點火熱耗由6.13 m3/t降到5.85 m3/t。

2.4　充分利用燒結環(huán)冷余熱發(fā)電

燒結環(huán)冷余熱發(fā)電是利用環(huán)冷機高溫段250～450℃的廢氣顯熱，通過余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽用于汽輪發(fā)電，既可以凈化環(huán)境節(jié)能環(huán)保，又可以降低燒結工序能耗，促進資源節(jié)約，增加企業(yè)效益。

燒結環(huán)冷發(fā)電投入初期由于燒結系統(tǒng)熱力系統(tǒng)不穩(wěn)定，廢氣溫度波動范圍較大，造成主汽溫度的波動超標，嚴重影響技術經(jīng)濟指標，導致余熱發(fā)電設備一直運行不順暢，設備無法達產(chǎn)。

針對以上現(xiàn)象，采取以下措施加以改造。

1）優(yōu)化環(huán)冷機密封方式，減少漏風率，提高煙氣溫度和鼓風煙氣量。環(huán)冷機風箱體外側密封為風箱上部的靜止密封和臺車下部的活動密封相結合的雙重密封；風箱體內(nèi)側僅有靜密封，由于長期受高溫的烘烤，根本起不到相應的密封效果，風箱內(nèi)側漏風較嚴重。利用檢修機會，把風箱體內(nèi)側的原靜密封拆除進行徹底改造，增加1個安裝于回轉體上的橡膠密封板和固定安裝在機架上的多個垂直密封板，箱體內(nèi)側達到了可靠地密封效果。

2）增加余熱回收受熱面積。余熱回收系統(tǒng)原設計收集環(huán)冷機1#～4#風箱上方鼓風高溫煙氣，但此段鼓風煙氣平均溫度320℃，不符合發(fā)電鍋爐對廢氣溫度的要求（平均為350℃）。利用檢修機會把二冷段的5#風箱改造接入預熱回收系統(tǒng)，使余熱發(fā)電的受風面積增加，廢氣溫度平均在385℃左右，達到了余熱發(fā)電的溫度要求。

3）穩(wěn)定燒結生產(chǎn)，控制燒結終點溫度。由于燒結設備和混勻料水分的影響等原因，燒結機停機較頻繁，造成煙氣大幅度降溫，導致余熱發(fā)電時常停機。燒結生產(chǎn)為保證質(zhì)量，通常將終點溫度稍前控制，略帶過燒，但這樣會導致環(huán)冷機廢氣溫度較低，大量熱量沒有進入余熱發(fā)電系統(tǒng)，降低了發(fā)電量。經(jīng)研究，改變先前的操作控制，燒結終點位置由倒數(shù)第2個風箱位置移到倒數(shù)第1個風箱的位置，從而使熱量后移，使環(huán)冷煙罩獲得較高的溫度。經(jīng)過多項技術改進，確保了余熱發(fā)電的正常運轉，保證了余熱發(fā)電的穩(wěn)產(chǎn)，燒結余熱發(fā)電量提高至平均9 kW·h/t，降低燒結工序能耗的同時，減少了有害氣體粉塵的排放。

3　結語

經(jīng)過一系列的技術改造，煉鐵作業(yè)部的燒結工序能耗大幅度降低，改造前后的燒結工序能耗參數(shù)情況如下：固體燃料消耗由48.85 kg/t降低到44.75 kg/t；燒結電耗由44.32 kW·h/t降低到40.21 kW·h/t；點火熱耗由6.13 m3/t降低到5.85 m3/t；余熱發(fā)電由4 kW·h/t提高到9 kW·h/t；工序能耗由53.13 kgce/t降低到48.63 kgce/t。按照年產(chǎn)燒結礦460萬t計算，年降燒結礦成本約5 560萬元，同時還高效回收了環(huán)冷余熱和高爐沖渣換熱水。