燒結富氧點火燃燒工藝實踐

侯朝君，齊超群，楊帆，王博

（唐山瑞豐鋼鐵（集團）有限公司，河北 唐山 063303）

鋼鐵行業是能源消耗重點行業，其中燒結能耗占行業總能耗的13%～15%左右[1]。 為了降低燒結能耗，近年來，越來越多鋼鐵企業開展燒結富氧燃燒相關研究工作[2-7]，并取得了較好的節能效果。 唐山瑞豐鋼鐵（集團）有限公司（以下簡稱“瑞豐鋼鐵”）384 m2帶式燒結機點火爐能耗占燒結能耗的12%左右，主要消耗能源介質為高爐煤氣。 由于高爐煤氣燃燒不充分，大量的高爐煤氣被浪費，造成點火爐爐膛內溫度低，料面的點火效果差，直接影響燒結礦質量指標。 為了進一步降低高爐煤氣消耗、提高燒結礦質量，瑞豐鋼鐵提出將富氧燃燒技術應用到燒結機點火爐點火燃燒實踐中，通過提高高爐煤氣充分燃燒所需氧含量，提升點火火焰熱效率，增強爐內熱輻射，并提高高爐煤氣利用率，降低能耗，進而提高燒結礦質量，本文對此做一介紹。

1 燒結富氧點火燃燒工藝

1.1 富氧燃燒系統

瑞豐鋼鐵384 m2帶式燒結機富氧點火燃燒系統于2022 年6 月投入運行，富氧率21%，富氧燃燒生產基本穩定，富氧燃燒所需氧氣來自公司外網氧氣管道，氧氣壓力0.8 MPa。 圖1 為燒結富氧點火燃燒系統示意圖。外網氧氣管道通過連接DN50 管道，將氧氣經減壓閥組、DN50/DN100 變徑管、DN100 管道、流量調節閥組及配備相關儀表，輸送至點火器助燃空氣管道的混風裝置中與助燃空氣均勻混合，提高助燃空氣中氧含量，實現燒結機點火爐富氧燃燒。

1.2 優化措施

為了進一步提升富氧燃燒效果，在生產過程中針對氧氣壓力、氧氣流量、氧含量三個方面開展實施條件優化，具體如下：

（1）氧氣壓力調節。 設計要求氧氣壓力控制在0.20～0.25 MPa，由于外網氧氣壓力為0.8 MPa，需要降低氧氣壓力以適應設計要求。 采用壓力變送器和自動壓力調節閥控制氧氣管道壓力，通過調整壓力調節閥的開度實現供氧壓力穩定。

（2）氧氣流量調節。 設計要求氧氣流量控制在1 400 m3/h，采用流量計和電磁調節閥，根據氧含量變化，反饋給PLC，利用PLC 控制和氧含量變化來實現氧氣流量控制。

（3）氧含量控制。 通過采用富氧點火技術能明顯增加點火煙氣中的含氧量。 當點火助燃空氣中氧含量增加時，表層燒結料的固體碳的燃燒更加充分，提高了點火溫度和表層混合料的溫度，提高了燃燒效率，改善了點火工況。但在生產過程中并不是氧含量越高越適合燒結生產，氧含量過高會使得氧化反應增加，導致物料硅酸鹽成分過早熔融，容易結塊，造成后續脫硫困難。因此，要將氧含量穩定在24%～30%，達到最好的富氧效果。

2 實踐效果

2.1 對原料結構的影響

燒結富氧點火燃燒投產前后原燃料條件及鐵料配比、熔劑配比、燃料配比等基本保持不變，各種原料化學成分見表1。

表1 各種原料化學成分（質量分數）Table 1 Chemical Compositions in Various Raw Materials（Mass Fraction）%

使用燒結富氧點火燃燒技術前后原料配比見表2，燒結機富氧點火燃燒系統投產前后原料結構基本不變，燒結機富氧點火燃燒系統投產前后原料結構基本不變，但焦粉的配比下降了0.13 個百分點，說明采用富氧點火燃燒技術后，燒結礦固體燃料消耗下降。

表2 原料配比Table 2 Proportion of Raw Materials%

2.2 對燒結主要操作參數的影響

燒結富氧點火燃燒前后主要操作參數見表3，富氧燃燒系統投產后，在燒結料層和燒結機機速基本保持不變的前提下，燒結點火溫度提高了70 ℃，煤氣流量降低2 000 m3/h，說明采用燒結富氧點火燃燒技術可提高高爐煤氣利用率、降低能耗。

表3 主要操作參數Table 3 Main Operating Parameters

2.3 對燒結礦化學成分的影響

燒結富氧點火燃燒前后燒結礦化學成分見表4，富氧燃燒情況下成品燒結礦中殘C、FeO 含量分別下降0.05 個百分點和0.7 個百分點，主要是因為富氧過程中氧濃度升高，焦粉燃燒反應更充分，燃料利用率提升；同時，燒結礦中Fe2O3含量上升0.13 個百分點。

表4 燒結礦化學成分Table 4 Chemical Composition in Sintered Ore%

2.4 對燒結礦礦物結構的影響

為了充分研究富氧對燒結礦冶金性能的影響，利用SEM 對燒結礦進行礦相分析，結果如圖2 所示。圖2 中a 處為鐵氧化物相，b 處為鐵酸鈣相，c 處為硅酸鹽相，可以看出，燒結礦主要為鐵酸鈣與鐵氧化物相互交織的熔蝕結構，另見針狀鐵酸鈣結構。在富氧條件下，燒結礦中強度較好的熔蝕與針狀結構均比富氧前多，燒結礦礦相結構獲得改善。 因此，富氧后燒結礦強度優于富氧前，轉鼓指數更高。

圖2 富氧前后燒結礦SEM 圖Fig. 2 SEM Picture of Sintered Ore before and after Oxygen-enriched

2.5 對燒結生產技術指標的影響

燒結富氧點火燃燒前后主要生產技術指標見表5。

表5 主要生產技術指標Table 5 Main Production Technical Indexes

從表5 中可以看出，在燒結礦堿度基本不變的情況下，燒結富氧燃燒后臺時產量提高了11 t/h，較富氧前提高了2.03%；高爐煤氣和焦粉消耗分別降低2 000 m3/h 和1.90 kg/t； 同時，在燃料消耗下降的前提下，燒結礦的轉鼓強度提升0.30%，RDI+3.15升高1.22%。

2.6 對燒結熱利用情況影響

根據GB T 4473-2017《燒結工序熱平衡測定與計算方法暫行規定》，對富氧燃燒前后熱平衡情況進行測定，計算測量誤差＜2%，燒結富氧點火燃燒前后熱平衡見表6，可以看出，燒結機熱量收入主要來源于固體燃料化學熱和高爐煤氣化學熱，占總熱量的85%左右。 通過富氧燃燒降低固體燃料和高爐煤氣用量是燒結節能降耗的主攻方向。

表6 燒結富氧點火燃燒前后熱平衡Table 6 Thermal Balance before and after Ignition and Combustion for Sintering with Oxygen-EnrichedkJ/t

已知熱效率η（%）計算公式為：

式中，β為燒結礦成品率，%。

燒結富氧點火燃燒前后熱利用情況見表7，可以看出，燒結富氧點火燃燒后，熱利用效果明顯提升。富氧后，固體燃料化學熱減少54 311 kJ/t，高爐煤氣化學熱減少14 085 kJ/t，節省了固體燃料和高爐煤氣消耗。 由于固體燃料和高爐煤氣用量減少，燃燒效率提高，燒結廢氣帶走物理熱減少8 621 kJ/t，使得燒結廢氣中CO 含量降低，燒結機熱效率由61.25%提高至67.17%。

表7 燒結富氧點火燃燒前后熱利用情況Table 7 Heat Utilization before and after Ignition and Combustion for Sintering with Oxygen-Enriched

3 效益分析

瑞豐鋼鐵384 m2帶式燒結機富氧點火燃燒系統應用后，年增加燒結礦產量為11 t/h×7 920 h=87 120 t，按1 t 燒結礦850 元計算，燒結礦產生經濟效益 87 120 t ×850 元/t ÷10 000 =7 405 萬元；燒結礦年減少焦粉消耗量為1.9 kg/t×552 t/（臺·h）×7 920 h÷1 000=8 306.5 t，按1 t焦粉2 500 元計算，節約焦粉產生經濟效益8 306.5 t×2 500 元/t÷10 000=2 076 萬元； 年產生經濟效益7 405+2 076=9 481 萬元。 同時，充分利用公司自產氧氣和高爐煤氣，成本基本忽略不計。

4 結語

唐山瑞豐鋼鐵（集團）有限公司為了解決384 m2帶式燒結機高爐煤氣燃燒不充分，點火爐爐膛內溫度低，料面點火效果差，影響燒結礦質量指標的問題，開展了燒結富氧點火燃燒實踐。通過分析富氧點火燃燒對燒結原料結構、主要操作參數、燒結礦化學成分、燒結礦礦物結構、生產技術指標和熱利用情況的影響，得出燒結機富氧后臺時產量提高了11 t/h，高爐煤氣消耗降低了2 000 m3/h，焦粉消耗降低了1.90 kg/t，燒結礦的轉鼓強度提升了0.30%，RDI+3.15升高了1.22%，燒結機熱效率由61.25%提高至67.13%，年產生經濟效益9 481 萬元。