轉底爐直接還原生產金屬化球團的富氧燃燒技術研究

高古忠，楊春善

（山東日照鋼鐵，山東 日照 276800）

本研究課題利用轉爐煤氣富氧助燃技術取得了低價能源替代高價能源的突破，獲得豐厚的經濟效益與減排效果。

1 研究背景

國內轉底爐生產線一般使用焦爐煤氣、發生爐煤氣或摻混天然氣的方式生產，能源成本居高不下。

采用富氧燃燒后，助燃風總量及產生煙氣量均會減少，混風塔兌摻的冷風量相應減少，為還原風機留出調整空間，進一步優化轉底爐煙氣流程，可提高轉底爐的投料量，進一步釋放產能，提高固體廢棄物的處理量，改善金屬化球團的質量指標。

2 轉底爐生產工藝流程

轉底爐生產系統由下列生產單元組成：原料車間（原料場及原料棚）、烘干車間、配料車間（配料室）、混合及壓球車間、轉底爐車間、冷卻車間（成品倉）、煤氣發生站等。

由于轉爐煤氣熱值偏低，大多數時間段轉爐煤氣熱值為1250～1300Kcal/Nm3，轉底爐爐膛溫度低于1280℃，因此，含鐵塵（泥）處理能力不足，金屬化球團質量指標偏低。

經研究，理論分析在轉底爐還原區采用熱風富氧燃燒（加熱區不富氧），提高爐膛溫度至1300℃。采用富氧燃燒后，助燃風總量及煙氣量均略有減少，但仍在余熱發電系統設計工況范圍之內，且清灰更容易，傳熱效率更高。

3 基于富氧燃燒技術的項目改造措施

（1）進行富氧燃燒改造后，煤氣燃燒溫度提高，可以省去煤氣預熱系統及空氣預熱系統，仍然保證爐溫達到生產要求，簡化了工藝，節約了能源。

（2）采取富氧燃燒技術在轉底爐直接還原金屬化球團工藝中的應用，不會造成金屬化球團質量的降低，反而促進一次燃燒率，提高金屬化球團質量的提升。

（3）氧氣外部主管

①轉底爐還原區富氧率按8%計。在轉底爐工場入口處設氧氣切斷閥（DN150）及流量、壓力檢測裝置，檢測信號送主控樓現有PLC系統。

切斷閥前后設吹掃放散管，切斷閥及檢測裝置設操作檢修平臺。

氧氣外部主管采用無縫鋼管（GB/T8163-2008），材質：20，安裝前必須進行脫脂鈍化處理。

②場區氧氣主管及還原區富氧支管。場區氧氣主管管徑：φ159×6，沿轉爐煤氣主管（DN1300）上方敷設。№1和№2轉底爐富氧支管流量：1500Nm3/h，支管管徑：φ108×5，均沿熱風主管上方敷設至爐前富氧調節閥組。氧氣主管及富氧支管均采用無縫鋼管（GB/T8163-2008），材質：20，安裝前必須進行脫脂鈍化處理。

③富氧調節閥組及富氧環管。富氧調節閥組均設在現有桁架上方，富氧環管采用八卦型。

富氧調節閥組及富氧環管均采用不銹鋼無縫鋼管（GB/T14976-2012），材質：06Cr18Ni10；檢測及控制信號送主控樓現有PLC系統。

④轉底爐加熱區助燃風及補燃風主管改造。將現有分配器上的加熱區助燃風及補燃風支管切斷封堵，轉移至新建分配器上。新建加熱區助燃風及補燃風主管管徑：φ630×5，設調節閥組控制流量分配，調節閥組處設操作平臺及雨棚。

新建DN600的熱風管道均沿現有DN1000的熱風管道敷設，在現有管架上設牛腿支撐，主要采用聚四氟乙烯滑動管托。

新建熱風管道外保溫材料為巖棉氈，保溫厚度為100mm，外包鍍鋅鐵皮（δ≥0.5mm）。

（4）自動化儀控改造

①氧氣場區主管（φ159×5）流量、壓力檢測，各 1點；

②轉底爐還原區富氧管（φ108×5）流量檢測調節、調節閥前后壓力檢測、低壓快速切斷，各2點；

③轉底爐加熱區助燃風及補燃風主管流量檢測調節，各2點。

④根據要求在氧氣主管上設計量裝置，測量信號進就近控制室PLC系統顯示。

⑤現場設1臺儀表箱，氧氣流量、壓力檢測信號分別進儀表箱后再將信號送主控樓控制室PLC柜；

⑥2套富氧調節閥組信號分別進各自儀表箱后再將信號送主控樓控制室PLC柜；

⑦轉底爐加熱區助燃風及補燃風主管新增電動蝶閥2臺（口徑：DN600，帶閥位反饋），電壓為AC380V，功率為0.55kW；

⑧電動蝶閥電控箱由閥門廠家配套提供，電源引自原有低壓配電室，電源接點由用戶指定；

⑨電動閥控制方式，要求機旁及PLC集中操作控制；

⑩電氣線路沿管道支架穿鋼管敷設；

所有氧氣管道在首尾端及固定點均設防靜電接地，接地電阻≯10Ω；固定式法蘭盤設跨接導線（不少于2處），跨接電阻≯0.03Ω。

4 改造成效

表1 改造成效

5 結語

通過轉底爐直接還原生產金屬化球團富氧燃燒技術，可實現以下效益點：①脫鋅率提升2%，富鋅精粉產量提升30t/月，品位提升至50%。②隨著富氧燃燒技術的應用，轉底爐煙氣量降低，主工藝風機頻率降低，噸產品電耗下降約10kW·h。③隨著轉底爐的含鋅粉塵處理量提升至980t/天，產能提升8%。整體使噸產品成本下降約45元。

本項目除有形效益外，減排效果顯著，轉底爐直接還原生產金屬化球團的富氧燃燒技術研究，不僅提升固體廢棄物的綜合利用水平，響應國家綠色制造號召，為同行業鋼鐵除塵灰綜合處理應用起到了示范作用，為環保事業做出一定貢獻。