降低三鋼球團(tuán)工序能耗實(shí)踐

冉啟峰，許寶科，羅映明

（福建省三鋼（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，福建 三明 365000）

0 引言

福建省三鋼（集團(tuán)）有限責(zé)任公司（全文簡稱“福建三鋼”）帶式焙燒機(jī)球團(tuán)生產(chǎn)線于2019 年12 月正式投產(chǎn)運(yùn)行，為國內(nèi)首條擁有自主產(chǎn)權(quán)的帶式焙燒機(jī)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)氧化球團(tuán)礦160 萬t/a。生產(chǎn)初期，由于經(jīng)驗(yàn)不足、設(shè)備故障較多、原料不穩(wěn)定等原因?qū)е履芎钠撸?020 年球團(tuán)工序能耗高達(dá)27.54 kgce/t，在全國30 家球團(tuán)企業(yè)排名第11 名，距離行業(yè)先進(jìn)水平有一定差距。

為了降低能耗，福建三鋼加大“對(duì)標(biāo)學(xué)習(xí)，降低工序能耗”技術(shù)攻關(guān)，向同行業(yè)其他先進(jìn)的企業(yè)學(xué)習(xí)[1-2]，從生產(chǎn)操作、技術(shù)創(chuàng)新和精細(xì)化管理等方面入手，采取多項(xiàng)技術(shù)措施以降低工序能耗，取得了明顯效果。截至2021 年底，該生產(chǎn)線工序能耗已降到19.88 kgce/t，2021 年度平均能耗為21.80 kgce/t，在同行業(yè)27 家企業(yè)中排名第2 名，為公司降本增效作出了貢獻(xiàn)。

1 球團(tuán)工序能耗結(jié)構(gòu)分析

表1 所示為2020 年球團(tuán)生產(chǎn)線各項(xiàng)指標(biāo)工序能耗情況，圖1 所示為球團(tuán)工序能耗結(jié)構(gòu)圖。由此可知，球團(tuán)工序能耗主要由三部分構(gòu)成：焦?fàn)t煤氣消耗、電耗和高爐煤氣消耗，其中焦?fàn)t煤氣消耗占比最高，達(dá)60.31%；電耗次之，為18.08%；高爐煤氣消耗占17.86%。

圖1 三鋼球團(tuán)工序能耗結(jié)構(gòu)圖

表1 2020 年三鋼球團(tuán)各項(xiàng)指標(biāo)工序能耗 單位：kgce/t

因此，焦?fàn)t煤氣耗量、耗電量以及高爐煤氣耗量是攻關(guān)的重點(diǎn)。

2 降低球團(tuán)工序能耗的主要措施

2.1 降低焙燒溫度

攻關(guān)前，三鋼帶式焙燒機(jī)根據(jù)高爐外購球團(tuán)礦的抗壓強(qiáng)度生產(chǎn)球團(tuán)礦，其抗壓強(qiáng)度保持在≥2 500 N/個(gè)。但是，隨著自產(chǎn)球團(tuán)礦替代外購球團(tuán)礦，且高爐入爐比例不斷提高，由外購時(shí)的5%入爐比不斷提高到15%～20%，不僅導(dǎo)致球團(tuán)焦?fàn)t煤氣消耗居高不下，而且使得高爐爐況不順。究其原因主要是：球團(tuán)礦抗壓強(qiáng)度不斷提高，相對(duì)應(yīng)其還原性能逐漸降低[3]，同時(shí)隨著自產(chǎn)球團(tuán)礦高爐入爐比不斷提高，高爐還原性能變差，爐況不順。

為了滿足高爐生產(chǎn)，同時(shí)達(dá)到降低煤氣消耗的目的。通過不斷試驗(yàn)、總結(jié)，最終得出：在自產(chǎn)球團(tuán)礦高爐入爐比為15%～20%的情況下，球團(tuán)礦抗壓強(qiáng)度維持在2 000～2 500 N/個(gè)，還原度保持在70%以上時(shí)，高爐運(yùn)行穩(wěn)定、順行。此時(shí)，焙燒溫度可以從原先的1 270 ℃逐步降至1 200 ℃左右，大大減少了焦?fàn)t煤氣消耗。

2.2 改造智能造球系統(tǒng)

確保造球穩(wěn)定性是降低工序能耗的關(guān)鍵。生球濕返率低、粒級(jí)均勻，帶式焙燒機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，五大風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)量小，工序能耗低；反之，生球濕返率波動(dòng)大，粒級(jí)不均勻，焙燒機(jī)運(yùn)行速度快進(jìn)快退，五大風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)量大，工序能耗自然高。

生產(chǎn)線現(xiàn)有4 個(gè)Ф7.5 m 造球盤，前期造球工藝主要靠人工完成，不僅工作強(qiáng)度大，而且造球不夠穩(wěn)定，濕返率波動(dòng)大，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)無法實(shí)時(shí)跟蹤及調(diào)整。為了改善落后的人工造球方式，穩(wěn)定生球質(zhì)量和濕返率，決定對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行球團(tuán)智能造球系統(tǒng)改造。采用自動(dòng)化控制的方式，依靠大數(shù)據(jù)的對(duì)比和計(jì)算，根據(jù)采集到的生球數(shù)據(jù)（粒徑、粒級(jí)、占比等）進(jìn)行快速分析，快速判斷并及時(shí)調(diào)節(jié)水分，以提高生球粒徑均勻性和布料平整度[4]（見圖2）。

圖2 智能造球系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集到的生球照片及其粒徑分析結(jié)果

運(yùn)行智能造球系統(tǒng)后，生球落下強(qiáng)度達(dá)到6～10次/0.5 m，生球粒徑控制在8～16 mm，其中8～14 mm 粒級(jí)占比80%以上，10～12.5 mm 粒級(jí)占比55%以上，濕返率＜20%，能夠根據(jù)需求調(diào)節(jié)生球的粒度，且調(diào)節(jié)時(shí)間不超過10 min，設(shè)備故障率小于0.5%。

2.3 降低脫硫、脫硝系統(tǒng)耗能

脫硫、脫硝系統(tǒng)是球團(tuán)生產(chǎn)重要組成部分。據(jù)估算，脫硫系統(tǒng)電耗占球團(tuán)總電耗的16%，脫硝系統(tǒng)電耗占總電耗的8%（不含主抽風(fēng)機(jī)），脫硫、脫硝工序能耗占球團(tuán)生產(chǎn)總能耗的26%。因此，降低脫硫、脫硝系統(tǒng)的工序能耗對(duì)于降低球團(tuán)生產(chǎn)工序能耗具有重要意義。

為了有效降低脫硫系統(tǒng)耗電量，嘗試對(duì)生產(chǎn)線脫硫主機(jī)采用低負(fù)壓運(yùn)行模式，不斷降低脫硫煙道入口負(fù)壓，在不影響脫硫、脫硝效率的情況下，最終將脫硫煙道入口負(fù)壓由原有的1.5 kPa 降至1.0 kPa，實(shí)現(xiàn)節(jié)電。

三鋼球團(tuán)生產(chǎn)線脫硝系統(tǒng)采用的是選擇性催化還原技術(shù)（SCR），其反應(yīng)原理為：在催化劑的作用下，利用還原劑（NH3）有選擇性地與煙氣中的NOx反應(yīng)并生成無毒、無污染的N2和H2O。影響脫硝效率的主要因素為催化劑類型及其催化溫度[5-6]。球團(tuán)生產(chǎn)線采用錳系催化劑，其催化溫度在230～280 ℃。生產(chǎn)前期，由于經(jīng)驗(yàn)不足，為了保證脫硝效果，催化溫度一直保持在258 ℃以上，隨著生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的不斷積累，在保證氨水消耗不變、氮氧化物排放符合國家標(biāo)準(zhǔn)的前提下，逐步降低催化溫度，將該溫度由原來的258 ℃降至235 ℃，減少了高爐煤氣消耗。

3 節(jié)能效果

通過采取上述攻關(guān)措施，球團(tuán)工序能耗指標(biāo)完成情況如表2、圖3 所示。從表2 可以看出，攻關(guān)措施取得了明顯的效果，每月工序能耗逐步降低，并保持在較低水平。將2021 年球團(tuán)工序能耗控制在了21.80 kgce/t，在同行業(yè)27 家企業(yè)中排名第2 名，獲得了公司2021年重點(diǎn)技術(shù)攻關(guān)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

圖3 2020、2021 年球團(tuán)工序能耗月對(duì)比柱狀圖

表2 2020、2021 年球團(tuán)工序能耗指標(biāo) 單位：kgce/t

通過技術(shù)攻關(guān)，2021 年三鋼共生產(chǎn)球團(tuán)礦184.75 萬t，2020 年和2021 年球團(tuán)各項(xiàng)指標(biāo)單耗如表3 所示，2021 年球團(tuán)各項(xiàng)指標(biāo)單價(jià)如表4 所示。產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益為[（40.02-32.56）×0.08+（30.22-21.50）×0.56+（40.52-37.42）×0.57+（0.005-0.009）×67+（28.59-29.12）×0.1+（2.72-2.72）×0.25+（0.05-0.17）×0.49]（元/t）×184.75 萬t=1 268.72 萬元。

表3 2020、2021 年球團(tuán)各項(xiàng)指標(biāo)單耗

表4 2021 年球團(tuán)各項(xiàng)指標(biāo)單價(jià)

通過技術(shù)攻關(guān)，產(chǎn)生的社會(huì)效益計(jì)算如下：據(jù)估算，1 kg 標(biāo)準(zhǔn)煤產(chǎn)生約2.5 kg CO2，2021 年實(shí)現(xiàn)碳減排為5.74 kgce/t×2.5 kg×184.75 萬t/1 000=2.65 萬t。

4 結(jié)論

1）通過降低焙燒溫度的攻關(guān)與實(shí)踐，使系統(tǒng)溫度降低了70 ℃，不僅滿足了高爐生產(chǎn)需求，也減少了焦?fàn)t煤氣消耗。

2）采用智能造球系統(tǒng)，提高了生球粒徑均勻性和布料平整度，從而提高了焙燒機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性，同時(shí)，避免了因球粒過大而增加的煤氣消耗，減少浪費(fèi)。

3）創(chuàng)新實(shí)施脫硫主抽風(fēng)機(jī)低負(fù)壓運(yùn)行，進(jìn)一步降低脫硝催化劑的催化溫度，減少了脫硫、脫硝系統(tǒng)電耗和高爐煤氣消耗。