鋼鐵企業降低燒結工序能耗的分析

虞勇波

鋼鐵企業對資源、能源需求量巨大，為控制生產成本，并響應當前保護環境的號召，降低能耗已經成為鋼鐵企業迫在眉睫的的問題。而燒結工序作為鋼鐵工藝中耗能巨大的一個環節，能源消耗量甚至能占到整個鋼鐵企業總消耗量的10%，所以對燒結工序進行改進是降低鋼鐵企業能耗的關鍵步驟，對鋼鐵企業的可持續發展起到了重要作用，所以針對當前燒結工序中存在的問題進行分析，找出切實可行的改進措施，對整個鋼鐵產業都具有十分重要的積極意義。

1 燒結工序概況

燒結工序中的節能降耗措施是困擾各大鋼鐵企業的一個問題，要想真正實現這個目的，就必須從源頭出發，首先熟悉燒結工序的工作原理及其流程，這樣才能制造出耗能的源頭并有針對性地提出解決措施。

1.1 燒結工序的介紹

鋼鐵企業中的燒結工序就是將鋼鐵混合料加熱，但溫度始終保持在混合料任意成分熔點以下，再將其通過特定方法冷卻到常溫，在這個過程中混合料之間粘度提高，互相會粘連形成燒結體，從而使得整體強度提高，得到預期的擁有良好物理、化學性能的鋼鐵材料。整個燒結一般包含三個階段：低溫預燒階段、中溫升溫燒結階段、高溫保溫完成燒結階段。

1.2 燒結生產的工藝流程

目前我國主流燒結工藝為抽風燒結工藝，其大致流程如下：

（1）燒結原料的準備：①混合原料的準備，其中主要成分為鐵礦粉，粒度在5mm 以內，②熔劑的準備：熔劑的主要成分CaO，基本粒度要求為3mm 以內，③燃料的準備，當前我國鋼鐵使用的燃料大多為固體燃料，主要成分為焦粉和無煙煤，基本粒度要求為3mm 以內。

（2）配料與混合：①配料是為了找到滿足材料需求的原材料及其適合燒結的比例，從而使得燒結礦擁有穩定的物理、化學性，②混合是為了將配比合理的原材料充分混合，使之成分均勻、粒度范圍合適、濕度適中并滿足后續形成球團的要求。

（3）燒結生產：燒結步驟是整個燒結工序中最重要的一環，它其中又包含了布料、點火、燒結等具體步驟：①布料，即將混合完成的原材料均勻地鋪在臺車上，要保證不僅是混合料均勻分布，粒度分布也要如此，②點火，即將點火爐內的固體燃料點燃，點火溫度要根據混合料而決定，③燒結：點火完成后對混合料的加熱燒結過程，整個過程要時刻注意風量、真空度、料層厚度、機速和燒結終點等影響因素。

2 降低工序能耗的技術措施

2.1 降低固體燃料

燒結工序中的能源消耗大部分都是固體燃料引起的，據相關調查顯示，在各個鋼鐵企業中固體燃料在燒結工序中的總能耗占比都是最大的，其中寶鋼企業占比85% ，鞍鋼企業占比78%，首鋼企業占比71.51%。這些數據充分說明了固體燃料才是影響燒結工序中能源消耗量的最大因素，所以控制固體燃料的使用消耗是實現燒結工序節能降耗的關鍵點。而據研究發現決定固體燃料消耗量的因素有很多，其中最主要的為固體原材料的本身特性、混合物料的含水量、溫度、粒度范圍、燒結過程中物料的厚度、溶劑的本身特性等。所以，要想有效控制固體燃料的消耗量就必須從本質出發，以上述決定因素為途徑找到具體措施。

2.1.1 對原料進行合理搭配

在燃燒過程中，生石灰不僅用作溶劑，而且燃燒催化燃料，提高混合物的溫度，促進混合物的形成，增加物質的強度，增加物質層的滲透性，形成厚料層，促進燃燒碳顆粒，并減少固體燃料的消耗。然而，在添加生石灰的過程中，應該充分結合物料的特性適量添加，添加過多的話會導致混合物料疏松度過高，則整體密度就會降低，形成的料球的輕度就會不足，從而導致對燒結不利。此外，煉鋼產生的廢渣在一定程度上也可以代替生石灰，因為這些鋼渣中堿性氧化物占比不低，而且主要還是硅酸三鈣、硅酸二鈣、鐵酸鈣以及游離的CaO，MgO 等低熔點礦物。并且鋼渣中還存在較活潑金屬單質，其在燃燒過程中會被氧化釋放大量熱量，從而不僅可以進一步減少固體燃料的消耗量，還可以改善燒結過程的整體質量，根據調查，適宜的鋼渣在固體燃料中的占比為4%～6%。

2.1.2 控制燃料粒度改善燃料分布

燒結工序中的燒結溫度是一定的，要想在節能降耗的目的下達到所需溫度，就必須使燒結工序中的傳熱盡可能跟得上燃燒，減少熱量散失。傳熱一般由設備決定，而燃燒則是由固體燃料的本身特性、粒度范圍和實際燃燒條件決定，所以為了是固體燃料的燃燒放出的熱量被充分利用，降低固體燃料的消耗量，就必須對固體燃料進行細致篩選，選擇合適的粒度。固體燃料分為多種，每種的粒度要求都各不相同，通過研究及實踐證明，焦粉燃料最為合適的粒度范圍在0.5mm ～3mm 之間；目前常用的無煙煤等燃燒劇烈的燃料，其粒度范圍要求更為寬泛。對于固體燃料而言，整體的粒度不宜過大，否則無法完全燃燒，從而造成燃料浪費，而且燃燒產生的熱量也無法完全利用，有可能導致無法達到燒結所需溫度；但是固體燃料的粒度也不能過小，否則燃料比表面積過大，且單個燃料重量太輕，在燒結過程中，容易被燃燒產生的含氧煙氣揚起，從而發生反應生成有毒氣體CO。當燒結造成，爐內溫度下降，小部分的CO 和生成的Fe20 反應消耗掉，到大部分的還是會被排入煙道，整個過程不僅增加了安全風險，而且CO 也是由于不完全燃燒產生，也會導致燃料利用率不足，并且粒度過小的燃料燃燒速度過快，無法保證持續的燒結所需溫度，對于鋼鐵質量不利。所以一般而言，最佳的粒度范圍就是在0.5mm ～3mm 之間，過大或過小都會增大固體燃料的消耗量，且對鋼鐵質量造成不良影響

2.1.3 提高混合料溫度

隨著混合物溫度升高，混合物會達到露點。這將大大減少或消除地層水蒸氣的凝結，減少高熱層氣流的障礙，改善材料層中剩余氣體的性質，增加室外風力，創造有利于轉換溫度的條件，迅速燃燒，增加生產，并使固體燃料燃燒完全。此外，隨著混合物溫度上升，部分熱可以取代固體燃料燃燒的熱量，從而減少固體燃料的消耗。提高混合物溫度的措施除其他外，包括對活體冶煉廠進行預熱加熱，對熱礦石進行初步儲存，通過氣瓶使用熱蒸汽，混合混合燃料燒化等?；旌先紵椒?，即將燃燒器擴大到火器燃燒室，并在多余空氣中燃燒其他燃料，以產生熱煙氣。在燃燒反應開始之前，煙道氣通過物質的層注入，從而提高混合物的溫度。這種燃燒方法不僅可節省固體物質的燃燒，而且還可節省能源消耗總量，因為它減少了一氧化碳形式的熱量損失。此外，使用熱礦預熱混合物也是一種有效的節約能源消耗方法，經過實際生產驗證，采用熱返礦預熱方法時，固體燃料混合物能明顯提升溫度，且相比于常規的蒸汽預熱方法，這種方法還可以節約大量蒸汽，降低生產成本。

2.1.4 強化制粒工藝提高成品率

實際生產過程中，可以通過改進制粒工藝來改善固體燃料的粒度分布，比如可以采取將混合料的制粒時間延長，添加生石灰、小球團等粘結劑等方法。這樣可以有效改善混合料中粒度分布問題，減少燃料凝結不足導致粒度過小的現象產生，使混合料整體的粒度分布更均勻，從而減少燃燒過程中有毒氣體CO 的排放，提高燒結工序的水平，達到節能降耗的目的。

2.1.5 采用厚料層燒結

通過將燒結料層加厚再進行燒結的技術，達到料層間自動蓄熱的目的。這樣可以有效減少熱量的散失，降低燃料的消耗量，而且對燒結過程中發生的氧化反應并沒有影響。經過實際生產證明，采取改進制粉工藝，使混合料粒度均勻，再輔以先進的點火設備，就可以制成厚料層，這種方法不僅可以降低能耗，還能減少燒結料單單表層燒結的概率，提高燒結料質量。

2.2 降低電耗

燒結工序中的能源消耗不僅僅是熱能的消耗，其中電能也占據了不小作用，而電能的消耗主要是由抽風機的使用所引起的，抽風機使用過程中消耗的電能大小受燒結機漏風情況的影響。衡量燒結機水平的一個重要參數就是燒結機的漏風率，它指的是除燃料燃燒以外產生的進入煙道中煙風在總煙量中的占比。所需的泄漏率越低，越好。如果漏泄率過高，總排氣量就會增加，加載爐灶，增加電力消耗，降低生產力，工作環境惡化。而如果可以降低漏風率，不僅可以節約電能，而且對燃料的消耗量也會大幅降低，與此同時，燒結過程中噪音減少，環境得到改善，通過材料層增加空氣，并提高燃燒強度和質量。

就具體部位而言，燒結機中臺車與其他部位之間連接處漏風情況最為嚴重，尤其是與滑道、首尾風箱之間。所以，要想改善燒結機的漏風情況就必須加強這些部位之間的密封情況，比如可以采取橡膠密封并輔以耐磨材料等方法來降低漏風現象的產生。這樣就可以使抽風機產生風力盡量通過混合料，從而提升燒結料的質量并減少電能的消耗。此外，對于燒結機的質量要重點關注，要能及時發現并維修燒結機出現的問題，避免因燒結機臺車損壞而導致的漏風情況。鋼鐵企業燒結工序中，主抽風系統在設備中占據了較大比重，其耗電量也是在整個燒結工序中比重較大。而這些電耗可以通過降低混合料間對風力的阻力，風箱、煙道間的阻力等來實現，總之就是盡可能減少燒結機工作過程中的漏風情況，減少主抽風系統的載荷，達到減少電力消耗的目的。

2.3 降低水資源耗費

燒結工序中的排風、除塵等過程都需要消耗大量水資源，需要有循環水系統，但某些鋼鐵企業對此重視程度不足，導致循環水系統供應的水質與水溫都不達標，造成供水管道出現極為嚴重的腐蝕現象。這樣不僅會導致供水過程中大量水資源的浪費，還會因為水溫不達標造成燒結設備的降溫、燒結料的冷卻等需要得不到滿足，進而影響燒結料的質量。要解決這個問題首先就要從思想上重視水資源浪費的問題，加強管理，此外就是利用當前先進的節水設備替換老舊循環水系統，比如可以采用軟水循環系統，它可以時刻檢測供水的水質與水溫，提高供水系統的換熱水平，確保水溫滿足燒結需要。而且燒結工序對水質的要求不盡相同，要根據具體步驟的需求提供合理的水質水源，而不是一味使用高品質水源。

2.4 降低點火熱耗

除了固體燃料、電能的消耗，燒結工序的點火過程中也會消耗一部分能源，它主要受點火所需時長、點火強度和混合料厚度等多種因素影響。而點火強度又受到煤氣等燃料用量的影響，燃料供給越多，點火強度越高。但是煤氣用量也并不是隨意增加，而是根據熱工制度，燃料的供熱效率、煤氣的燃燒狀態等決定的。所以要想減少燒結工序點火過程中的能源消耗，就必須改進當下的熱工制度，從點火器本身而言也要盡量改進以提升供熱效率，對于煤氣而言，要增強其利用率，改善燃燒狀態，具體措施如下。

2.4.1 嚴格控制點火溫度和點火時間

根據前文提到的點火能耗的影響因素，首先需要改進控制的就是點火所需時長的因素，其本質是控制點火過程中的溫度。因為當點火過程中提供溫度不足，就會造成燒結料所需熱量供應不足，未燒結的生料就會增多，從而造成返礦量大大增多。而點火提供溫度超出時，燒結料表層溫度超過熔點，產生過熔現象，使得燒結料的透氣性大大下降，今而增加點火能耗。經過實踐探究發現，最為合適的點火溫度在1050℃～1150℃之間，而點火所需時間就是由點火溫度所決定，點火溫度不足就要延長，溫度超出就要縮短。

2.4.2 采用節能點火爐

在鋼鐵工藝中，設備對能耗的影響尤為重要，在點火過程中，點火器、點火爐都會影響點火能耗。比如對點火器而言，根據實際點火需要，設計不同種類的點火器，以滿足不同類型燒結料的點火段都能直接點火，從而促進燃料盡可能完全燃燒，降低能耗；對于點火爐而言，其不僅影響點火能耗，還會影響點火質量進而影響燒結料的質量，所以極可能得采用節能點火爐，并保證燒結過程中火焰溫度合適，高溫持續時間充足，這樣才能在降低能耗的基礎上提高燒結質量。

2.5 燒結余熱的回收利用

其實不管是什么原因導致能耗過大，其無用耗能形式基本主要都是熱量無法完全利用，導致余熱散失。但這些散失掉的熱量并非不可利用，據研究表明，鋼鐵燒結工序中散失的預熱有30%。燒結余熱回收具體操作如下:

首先，回收鐵礦中的高溫。該技術的主要目的是在鋼周期結束時達到800 攝氏度時回收高溫。通過一些實際比較，實際回收的能源消耗量減少了10%。在回收剩余熱量后，在高壓鍋爐中形成高壓蒸汽，在高壓蒸汽下產生能量。此外，炎熱的空氣也會產生一股熱力。通過回收剩余的熱量，有效有效地控制了有效的能源消耗。

其次，回收燃燒氣體的剩余熱量。固體的進料必須產生大量的廢氣，廢氣中產生一定數量的熱量。低溫可控制在約400℃。作為改進過程的一部分，可將這部分回收應用的能耗減少20%。特別是在回收后，可在廢氣溫度較高時選擇燃燒。目前，這項技術在我國國家機構廣泛用于鋼鐵生產，從而有助于工業生產。這是改善?！按送?，這部分廢氣中二氧化硫在實際應用中的含量較低，也就是說，在再循環應用中，工業生產單位可以直接使用，無需進行具體的脫硫操作。脫硫生產的消費和投入在一定程度上可以有效控制。

然而，就大量生產和使用而言，回收單元的應用目前不科學，目前是用于廢氣回收循環，這是研究的關鍵階段。在這一階段，由于燃燒產生的廢氣溫度不穩定，實際設備很難改進，因此無法獲得最穩定的數據。

最后，鍋爐的剩余熱量可以回收利用。這一技術的應用主要基于蒸汽回收。隨著火炬的推移，工作人員可以回收剩余熱量產生的蒸汽，同時實現真正的能源效率。

2.6 充分利用燒結環冷余熱發電

余熱回收并不是一定用于二次加熱，還可以用來發電，燒結環冷余熱發電技術就是如此。它是通過回收環冷機的廢氣散失的熱量，將蒸汽直接供應于汽輪發電機，從而實現發電。這種方法不僅可以減少廢氣排放，還充分利用資源降低利燒結工序中的電耗與熱量散失，提供鋼鐵企業利潤率。

但是這種技術仍處于起步階段，發電過程會因為回收余熱溫度不固定、系統設計不完善等問題，導致結果達不到預期，甚至是無法投入實際運用。針對這些問題，可以通過以下幾個步驟來改善：

（1）加強環冷機密封效果，降低漏風率，從而提高排出廢氣溫度和氣體量。一般環冷機都是采用外層對上層靜止密封、下層活動密封相結合的密封方法，密封效果較為良好；但是其內層就只是采用靜止密封的方法，而內層又需要頻繁經受高溫，所以密封形式容易受損，內層漏風情況明顯。針對這個問題就可以重新改造風箱內層的密封形式，將原來的靜密封改為橡膠密封板與固定密封板相結合的形式，提高密封可靠性，降低漏風率。

（2）增加余熱回收受熱面積。汽輪發電對蒸汽溫度有著較高的要求，并不是所有風箱排出的廢氣都可以滿足此要求。針對這個問題，可以通過排查各個風箱所排出廢氣的溫度，來判斷其是否達到發電要求（平均溫度在350℃左右），將滿足要求的所有風向全部接入廢氣余熱回收裝置，增大發電機的蒸汽接收面積，使蒸汽溫度始終維持在發電要求以上。

（3）穩定燒結生產，控制燒結終點溫度。因為當前科技水平的限制，大多數鋼鐵企業的燒結設備并不夠先進，再加上制粉工藝與水分控制的不夠完善，導致鋼鐵企業燒結工序終端的現象頻發，從而引起煙氣溫度迅速下降，廢氣余熱發電無法持續進行。一般而言，鋼鐵企業為了保證燒結質量，都會控制燒結終點溫度稍低，但這也會造成排除廢氣溫度不足，達不到發電要求的廢氣只能是白白散失，引起熱量消耗。針對這個問題，就可以通過后移燒結終點的方法，減少熱量散失。比如可以將以往燒結終點的風箱位置后移一個，使得熱量再次積聚，排出的煙氣溫度也會再次上升，最終達到發電要求。

2.7 建設鋼鐵燒結能源管理體系

為了控制煉鋼過程中的能源消耗，有必要建立一個適合這一過程的能源消耗管理系統。首先，制定了規則，以減少燃燒時的能源消耗。在制定規則的基礎上，將為實施能源效率提供有效的指導。制定業務規則要求嚴格遵守國家政策和相關法律，這可能導致一個定期評估制度，并制定應急計劃。第二，正在嚴格按照關于燃料能效和生產設備應用的國家標準更換現有機械設備。積極改進設備使用并確定改進方向。然后制定原材料、焚化、剩余熱循環和廢氣處理等評估標準，從而改進能源方案。

與此同時，需要對目前用于鋼鐵著色作業的主要消耗能源設備進行全面研究，并應及時更換消耗能源設備。為了減少鋼鐵著色過程中的能源消耗，改進生產設備在控制能源消耗方面發揮著重要作用。健全的能源管理系統在有效控制鋼鐵生產中的能源消耗方面發揮著重要作用。

3 結語

綜上所述,鋼鐵企業燒結工序的降低能耗任務對于企業實現可持續發展，獲得更高的企業效益有著極其重要的作用，但是真正完成難度不低，對制粉工藝、生產技術、燒結設備等都提出了不低的要求。在燒結工藝的實施過程中，要注重固體燃料的粒度均勻，改進燒結過程的各種設備，降低漏風率，回收余熱等措施，循序漸進地完成節能降耗的目標。