安鋼360 m2燒結系統配加蘭炭工業試驗

劉月建 張志帥 公 毅 李勝杰

（安陽鋼鐵股份有限公司）

0 前言

燒結過程的熱源主要由固體燃料提供，而燃料的性質對燒結過程中的溫度和熱量變化、熱量分布、燒結氣氛、液相及其發展起著決定性作用，直接影響燒結礦的產質量[1～4]。蘭炭又稱“半焦”，作為一種新型固體燃料，其固定碳含量略低，且水分和揮發分含量較高，與焦粉的特性不同，對污染物排放的影響未知[5-7]。因此，摸索適宜燒結的蘭炭粒度及蘭炭替代焦粉的適宜比例，是實施燒結配加蘭炭技術的關鍵[8-10]。

1 蘭炭與焦粉理化性能比較

本次工業試驗使用的蘭炭和焦粉的成分、粒度組成及分布分別見表1、表2。

表1 試驗使用的焦粉和蘭炭的質檢成分對比 %

從表1 可以看出，蘭炭的固定碳含量和灰分要略低于焦粉，揮發分含量則遠高于焦粉。

從表2 可以看出，蘭炭粒度＜0.5 mm 部分的含量達到 21.53%，最佳粒度0.5～3 mm 的含量只有43.40%，平均粒度 2.35 mm，同時粒度＞3 mm 部分的達到35.07%，含量高于焦粉，總體分析蘭炭粒度組成兩極分化。此外，雖然蘭炭水分含量較高，但是由于蘭炭比表面積大，實物表面不顯游離水，燃破系統下料穩定性正常。

表2 試驗使用的焦粉和蘭炭的粒級組成情況及水分對比

2 工業試驗方案及條件

2.1 試驗方案

本次工業試驗計劃在360 m2燒結系統進行，主要驗證蘭炭不同配加比例下，對燒結機過程參數、燒結礦產質量指標和污染物排放指標的影響，分析配加蘭炭降本的可行性。

試驗開始前，360 m2燒結系統為全焦粉生產，根據國內其他燒結廠配加蘭炭的經驗，本次試驗方案設計蘭炭代替焦粉的比例分別為20%、25%、30%。

2.2 試驗條件

試驗期間所用含鐵原料和熔劑的化學成分見表3。為避免原料配比波動影響試驗結果，試驗期間360 m2燒結系統使用的配礦結構未做調整。試驗期間的熔劑結構為80%熟料（生石灰粉）+20%生料（石灰石粉、白云石粉）。

表3 360 ㎡燒結系統使用的含鐵原料及熔劑化學成分 %

工業試驗期間，360 m2燒結系統配礦結構、熔劑結構以及其他過程參數保持穩定，燒結礦R 穩定在1.85±0.1，布料厚度穩定在800 mm。為了防止燒結操作參數波動影響試驗結果，燒結機料批需穩定在550 t/h，避免大幅度調整，試驗期間安排人員24 小時值班，做好設備點巡檢，保持燒結機生產穩定。

3 工業試驗過程

3.1 試驗基礎條件

按照工業試驗方案，于2019 年5 月14 日至22 日在360 m2燒結系統進行了配加蘭炭的工業試驗。試驗結束后對燒結機運行參數、燒結機污染物排放以及燒結礦質量等各項數據進行了分析。

3.2 試驗步驟

3.2.1 基準期試驗階段

在 基 準 期 從5 月6 日0 點 至5 月8 日24 點，360 m2燒結系統使用的燃料結構為全焦粉，期間燒結機的主要運行參數見表4。在試驗期間，燒結機料批總體穩定在550～600 t/h，燒結機生產狀態保持穩定。

表4 基準期驗燒結機運行數據

3.2.2 第一階段試驗

5 月13 日白班，360 m2燒結系統煤倉蘭炭儲量滿足試驗條件，當天夜班開始按照試驗方案配用蘭炭，蘭炭配加比例為20%。3 月14 日0 點開始記錄燒結機運行參數和脫硫排放數據，至3 月16 日24 點結束，在試驗期間，燒結機料批總體穩定在550～600 t/h，燒結機生產狀態保持穩定，期間燒結機主要運行參數見表5。

表5 第一階段試驗燒結機運行數據

3.2.3 第二階段試驗

第二階段從5 月16 日夜班開始至5 月19 日24 點結束，蘭炭配加比例為25%，期間燒結機的主要運行參數見表6。

表6 第二階段試驗燒結機運行數據

3.2.4 第三階段試驗

第三階段從5 月20 日0 點開始至5 月22 日24 點結束。蘭炭配加比例為30%，期間燒結機主要運行參數見表7。

表7 第三階段試驗燒結機運行數據

4 試驗數據分析

4.1 燒結礦質量分析

試驗期間，對燒結礦TFe、SiO2、CaO、MgO、Al2O3成分以及強度指標進行了統計，結果見表8。

從表8 可以看出，配加蘭炭粉替代焦粉對燒結礦化學成分無明顯影響，但燒結礦轉鼓強度略有下降，篩分指數和≤10 mm 含量略有升高，但各項指標均未突破上下限，可以滿足燒結礦質量要求。

表8 試驗期間燒結礦質量指標變化趨勢 %

4.2 污染物排放數據分析

360 m2燒結系統脫硫脫硝系統入口裝備有煙氣分析儀，試驗期間記錄的360 m2燒結系統脫硫脫硝系統入口煙氣NOx排放數據見表9。為排除煙氣含氧量波動的影響，表中SO2折算值和NOx折算值兩欄的數值，為實際檢測數值按照16%的基礎含氧量折合而來。

表9 試驗階段1#脫硫脫銷系統入口排放數據 （mg·m-3）

從表9 可以看出，基準期焦粉=100%時SO2折算值的平均值為177.67 mg/m3，NOx折算值的平均值為206.73 mg/m3。從第一階段到第三階段，隨著焦粉用量的逐步減少，蘭炭用量逐步升高，脫硫入口的SO2濃度和NOx濃度均有升高趨勢。蘭炭用量占比25%時，脫硫入口的SO2濃度和NOx濃度與基準期相當；當蘭炭用量占比提高到30%時，脫硫入口的SO2濃度較基準期升高了17%，NOx濃度升高了3.3%。

因此，從入口數據看，隨著焦粉使用比例降低，蘭炭使用比例升高，脫硫脫銷系統入口SO2和NOx數值有升高趨勢。

4.3 燃料成本分析

由于蘭炭含水量較高，用其替代煤粉及焦粉時，濕基固體燃料消耗有所升高，而蘭炭自身固定碳含量較高，干基消耗升高并不明顯，試驗期間噸礦固體燃料消耗情況見表10。

表10 試驗期間噸礦固體燃料消耗變化趨勢

從表10 可以看出，使用蘭炭替代部分焦粉時，燒結固體燃料消耗（濕基）略有升高。由于蘭炭含水量大，在蘭炭配加比例逐步升高時，燒結燃料配比同步略有升高，因此燒結礦濕基燃料消耗升高。

根據表10 各階段固體燃料的消耗數據和各品種燃料價格（焦粉價格1 071 元/t，蘭炭價格772 元/t，含水量為15%），可推算不同燃料結構下燒結礦燃料成本（概算），結果見表11。

表11 不同燃料結構下燒結噸礦燃料成本概算

從表11 可以看出，與基準期相比，第一試驗階段使用20%的蘭炭替代焦粉，燒結礦燃料成本升高0.6 元/t；第二試驗階段使用25%的蘭炭替代焦粉時，與基準階段相比，燒結礦燃料成本降低2.39 元/t；第三試驗階段使用30%的蘭炭替代焦粉時，與基準階段相比，噸燒結礦燃料成本降低4.02 元/t。

5 結論

（1）隨著蘭炭配比的升高，固體燃料配比相應增加，噸礦固體燃料消耗也同步升高。其主要原因是蘭炭的熱值低于焦粉，同時蘭炭粒度偏細，燃燒速度快，燃燒利用效率低。

（2）配加蘭炭后，燒結礦的轉鼓強度略有下降，篩分指數及≤10 mm 含量略有升高，但蘭炭配比在30%以內時，燒結礦各項質量指標均未突破上下限。

（3）從脫硫脫硝系統入口的煙氣數據變化趨勢分析，使用蘭炭替代部分焦粉，隨著焦粉使用比例的減少，蘭炭使用比例升高，脫硫入口的SO2和NOx的濃度均略有升高。

（4）從脫硫脫硝系統出口的煙氣數據分析，隨著焦粉使用比例的減少，蘭炭使用比例升高，脫硫出口的SO2濃度有降低趨勢，但NOx濃度略有升高，當蘭炭使用比例超過25%時，出口氮氧化物的排放已超過超低排放限值。

（5）燃料成本分析表明，配加一定比例的蘭炭替代焦粉確有降本意義，且隨著蘭炭使用比例的增加，降本幅度增加。但蘭炭配加比例過高時，對燒結機污染物排放指標有較大影響。