梅鋼燒結(jié)豎冷爐運行實踐

仲園

（梅山鋼鐵能源環(huán)保部，江蘇南京 210039）

引言

燒結(jié)工序能耗占鋼鐵生產(chǎn)總能耗12%，僅次于煉鐵工序。燒結(jié)生產(chǎn)一方面有大量中、低品位余熱被排放，另一方面又消耗大量電能。將中品位余熱轉(zhuǎn)換成電能回收對降低燒結(jié)生產(chǎn)能耗是十分必要的［1-5］。目前，國內(nèi)鋼廠采用環(huán)冷、帶冷或機上冷卻工藝對燒結(jié)礦進行冷卻，上述冷卻工藝廢熱氣的溫度不高，回收難度大、利用率低，大部分企業(yè)對這部分余熱回收利用重視不夠，造成大量余熱資源浪費。

梅山鋼鐵公司近年來不斷加大節(jié)能減排工作力度，挖掘企業(yè)節(jié)能減排潛力，提高企業(yè)節(jié)能技術(shù)水平。2016年初梅鋼對燒結(jié)工序進行節(jié)能減排升級改造，3號燒結(jié)機選擇新型燒結(jié)礦豎冷爐工藝進行減排和節(jié)能升級改造，實現(xiàn)粉塵總量減排和燒結(jié)礦顯熱高效回收利用的目標，不僅大大改善工序生產(chǎn)環(huán)境，還充分回收燒結(jié)礦顯熱發(fā)電，為生產(chǎn)提供廉價的電能，進一步降低燒結(jié)礦產(chǎn)品的工序成本，增強了市場的競爭能力。

1 燒結(jié)豎冷工藝

1.1 豎冷工藝流程

突破環(huán)冷機局限，采用燒結(jié)礦豎式冷卻的方式對燒結(jié)礦進行冷卻，同時配套余熱鍋爐和發(fā)電機，對燒結(jié)礦顯熱充分回收。工藝流程：熱燒結(jié)礦從燒結(jié)機尾翻料卸下經(jīng)單輥破碎機熱破碎后，燒結(jié)礦碎塊通過卸料管導入料車內(nèi)，料車由卷揚系統(tǒng)沿斜橋提升至豎冷爐頂部傾翻并卸料至爐頂料倉，通過料倉底部的喉管流入豎冷爐；燒結(jié)礦充滿爐膛，并在爐膛內(nèi)自上而下緩慢流動，與自下而上流動的冷卻風進行充分的熱交換實現(xiàn)燒結(jié)礦的冷卻。冷卻后的低溫燒結(jié)礦到達豎冷爐膛底部的卸料口，在豎冷爐出料口下部設(shè)有出料機，冷卻后燒結(jié)礦礦溫150 ℃，經(jīng)出料機排至新增皮帶輸送機，輸送至原有皮帶機上。

1.2 循環(huán)煙氣流程

高壓離心循環(huán)風機將冷卻風從豎冷爐下部以一定壓力通過送風配風裝置鼓入爐體內(nèi)，自下而上流動穿過燒結(jié)礦料層，換熱后的熱風到達爐膛上部風腔匯集后，經(jīng)主煙道流出，依次通過一次除塵器（粗降塵）、余熱鍋爐（熱交換生產(chǎn)蒸汽）、熱水換熱（余熱充分利用生產(chǎn)浴室熱水）、二次除塵器（多管除塵）后，氣體溫度降到80 ℃左右，最后由循環(huán)風機送回豎冷爐進風通道。

完全密閉的循環(huán)方式對煙氣的含塵量要求較低，只要滿足風機的要求即可，而且循環(huán)氣體帶入的熱量能夠提高煙氣的溫度，進而提高蒸汽產(chǎn)量和發(fā)電量，提高燒結(jié)礦的熱回收效率。

2 燒結(jié)機豎冷爐設(shè)計

2.1 改造前3號燒結(jié)冷卻方式

梅鋼3號燒結(jié)198 m2帶式燒結(jié)機配套Φ30m環(huán)冷機，采用環(huán)冷機冷卻熱燒結(jié)礦。表1為3號燒結(jié)機參數(shù)及產(chǎn)品參數(shù)。

表1 3號燒結(jié)機參數(shù)及產(chǎn)品參數(shù)

2.2 傳統(tǒng)環(huán)形冷卻存在的問題

3號燒結(jié)礦環(huán)形冷卻運行過程主要存在以下4點問題：

（1）噸礦鼓風2 200 m3/t量大，燒結(jié)礦冷卻電耗高；

（2）無組織及有組織粉塵排放、污染嚴重；

（3）密封差，漏風率達20%～30%；

（4）錯流換熱，換熱不充分，風量浪費，導致余熱品質(zhì)低，余熱利用30%左右，效率低。

2.3 燒結(jié)機豎冷工藝改造

突破傳統(tǒng)環(huán)冷機局限，開發(fā)零排放燒結(jié)礦豎式冷卻關(guān)鍵工藝技術(shù)和裝備成為燒結(jié)區(qū)域節(jié)能減排和環(huán)境綜合治理的必由之路。3號燒結(jié)機產(chǎn)量維持不變，進行冷卻系統(tǒng)改造，采用燒結(jié)豎冷爐冷卻工藝及余熱回收技術(shù)，在燒結(jié)機熱破碎機后配置1套豎冷爐系統(tǒng)和1套余熱鍋爐系統(tǒng)，在熱燒結(jié)礦冷卻的同時，實現(xiàn)燒結(jié)礦顯熱的高效回收。新建余熱鍋爐產(chǎn)生中壓、低壓蒸汽，送往電廠汽輪發(fā)電機組發(fā)電，同時配套減溫減壓裝置，以備發(fā)電機組故障或蒸汽品質(zhì)低時將中壓蒸汽減溫減壓后送到低壓蒸汽管網(wǎng)。

2.3.1 風量選擇

豎冷爐循環(huán)風量是重要參數(shù)。按目前198 m2燒結(jié)機年產(chǎn)量200萬t，日產(chǎn)燒結(jié)礦6 000 t，燒結(jié)礦平均小時產(chǎn)量252.5 t，考慮到槽下返礦、燒結(jié)自返礦，燒結(jié)機的毛礦產(chǎn)量約為350 t/h。燒結(jié)礦入爐溫度520 ℃，出爐溫度150 ℃，爐頂廢氣溫度450～480 ℃，氣體入口溫度80～90 ℃。空氣的比熱在相關(guān)工具書中可以查到，只要測定好燒結(jié)礦的比熱就可以推算出風量。采用DSC熱分析方法，通過對已知比熱的標準樣品與未知比熱的待測樣品的測量結(jié)果作比較，測定梅鋼燒結(jié)礦比熱值，在前面數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，利用熱量平衡估算出本豎冷爐系統(tǒng)需要燒結(jié)礦冷卻鼓風量為30萬～35萬m3/h［7］。

2.3.2 配套鍋爐設(shè)計

豎冷爐配套余熱鍋爐產(chǎn)生中壓、低壓蒸汽，送往電廠汽輪發(fā)電機組發(fā)電。配套鍋爐設(shè)計參數(shù)如表2。

2.4 豎冷爐與環(huán)冷機組技術(shù)優(yōu)勢比較

從燒結(jié)礦冷卻方式、外排廢氣溫度、噸礦冷卻風量、余熱利用效率等角度對豎冷爐與環(huán)冷機組技術(shù)優(yōu)劣進行對比見表3。

表2 3號燒結(jié)豎冷爐配套鍋爐設(shè)計參數(shù)

表3 豎冷爐與環(huán)冷機組技術(shù)優(yōu)劣對比

3 燒結(jié)豎冷爐運行實績

2018年3月梅鋼3號燒結(jié)機豎冷爐系統(tǒng)建成，熱試和生產(chǎn)運行以來，工藝流程順暢，豎冷爐系統(tǒng)設(shè)備運行穩(wěn)定、可靠，粉塵排放總量減排效果顯著，環(huán)保效果十分理想。符合國家的節(jié)約能源、提倡綠色循環(huán)經(jīng)濟的政策導向，其社會效益和經(jīng)濟效益顯著。

3.1 環(huán)保效果

采用豎冷爐密閉冷卻工藝實際運行三方面環(huán)保優(yōu)勢凸顯：（1）豎冷爐工序用風量32萬m3/h，僅為環(huán)冷機用風量4 600×60×4=110萬m3/h的30%以下，實現(xiàn)總量減排。大大降低燒結(jié)礦冷卻工序的冷卻風用量。（2）采用介質(zhì)循環(huán)冷卻工藝，介質(zhì)循環(huán)率75%，工況排放總體積量10萬m3/h，進一步實現(xiàn)總量減排。（3）與傳統(tǒng)環(huán)冷機系統(tǒng)相比，豎冷爐密閉冷卻介質(zhì)循環(huán)工藝的粉塵排放總量減少90.9%（10/110=9.1%）。運行效果與環(huán)冷對比見表4。

表4 豎冷爐與環(huán)冷運行效果對比

3.2 噸礦蒸汽回收及發(fā)電情況

（1）噸礦蒸汽回收

統(tǒng)計調(diào)試運行以來豎冷爐噸礦蒸汽回收水平如圖1。

圖1 豎冷爐噸礦蒸汽回收

從月噸礦蒸汽回收水平看目前噸礦蒸汽回收穩(wěn)定在92 kg/t以上，豎冷爐回收燒結(jié)礦余熱工藝總體運行是成功的，調(diào)試階段其在環(huán)保節(jié)能方面均已超越了環(huán)冷工藝。但是豎爐回收蒸汽和發(fā)電水平與設(shè)計比較仍有較大差距。表5是豎冷爐目前運行實績和設(shè)計參數(shù)比較。

表5 豎冷爐實績和設(shè)計參數(shù)比較

（2）發(fā)電負荷

余熱鍋爐產(chǎn)生中壓和低壓蒸汽經(jīng)管道送入汽輪機發(fā)電機組發(fā)電，經(jīng)循環(huán)水冷卻后的凝結(jié)水經(jīng)凝泵加壓后，送至余熱鍋爐凝結(jié)水加熱器，再到除氧器，除氧后由中壓鍋爐給水泵送至余熱鍋爐蒸發(fā)器-過熱器-出口蒸汽，實現(xiàn)一個完整的熱力循環(huán)。發(fā)電機額定功率10 MW，采用空冷方式。設(shè)計噸礦蒸汽回收31.25 kWh/t。

自2019年11月16日開始，豎爐配套發(fā)電機組并網(wǎng)發(fā)電。壓力1.3～1.6 MPa、300 ℃的中壓蒸汽產(chǎn)量18～20 t/h，壓力0.3 MPa、160 ℃低壓蒸汽產(chǎn)量6 t/h，機組發(fā)電功率正常約3 800 kW，最大瞬時4 644 kW，噸礦發(fā)電量約16.8 kWh/t。可見噸礦發(fā)電和設(shè)計水平相比仍偏低。

3.3 不足之處

燒結(jié)豎冷爐工藝屬于行業(yè)內(nèi)前瞻性、突破性工藝，目前沒有成熟、完善的技術(shù)和實踐可供借鑒，但由于其在環(huán)保和節(jié)能方面的優(yōu)勢，一直被行業(yè)高度關(guān)注。結(jié)合3號燒結(jié)豎冷爐生產(chǎn)運行實際目前存在以下3方面不足：

（1）豎冷爐冷卻燒結(jié)礦的礦料布料顆粒偏析嚴重，引起循環(huán)煙氣氣流偏析嚴重；

（2）燒結(jié)礦冷礦溫度偏高、余熱回收不充分。一是廢氣溫度低于設(shè)計值，差約100 ℃；二是排礦溫度高于設(shè)計值約30 ℃。

（3）燒結(jié)機卸料溜管局部磨損較快，壽命較短，檢修和維護工作量較大。

3.4 后續(xù)改善措施

基于前期豎爐在環(huán)保和節(jié)能兩方面的優(yōu)勢，豎爐調(diào)試與整改的重點聚焦降低排礦溫度至150 ℃以下，降低生產(chǎn)風險，滿足長期連續(xù)的生產(chǎn)要求。

（1）優(yōu)化排料時序控制、進一步降低D、E排料口礦溫，使幾個排料口排礦溫度均勻，總體降低排料溫度水平，避免物料燒毀運輸皮帶；

（2）開展爐內(nèi)料流、氣流以及氣固換熱的優(yōu)化工作，不斷提高廢氣溫度，降低燒結(jié)礦排料溫度；

（3）高爐倉滿停機、物料因素（四、五號機檢修，向大高爐供料）、閘門故障、漏料整改4個因素是造成豎爐停機故障的關(guān)鍵因素。以此為重點研究的方向，解決豎冷爐停機的故障時間。

4 總結(jié)

從環(huán)保和節(jié)能兩方面考慮， 梅鋼引進燒結(jié)礦豎式冷卻工藝。豎冷爐工藝取代原先的環(huán)冷工藝，采用豎式爐體，氣固兩相在相向運動過程完成熱交換，高溫廢氣進入余熱鍋爐，鍋爐配套發(fā)電機組，運行結(jié)果顯示，豎冷爐回收燒結(jié)礦余熱工藝取得初步成功，盡管還存在不少問題，但其在環(huán)保和節(jié)能方面均已超過之前的環(huán)冷工藝。