柴 強， 付俊生， 李志偉， 司力功， 付林林
（安鋼集團永通球墨鑄鐵管有限責任公司， 河南 安陽 455133）
摘 要：利用燒結礦低溫余熱，降低并穩定焦炭水分，減少高爐爐況波動；降低煤氣系統水分，減緩了水汽對煤氣系統設備的影響，提高煙氣余熱、煤氣熱值及高爐余壓等二次能源的利用率和綜合節能效果。利用熱風爐煙氣余熱烘干焦炭與燒結礦余熱烘干焦炭的方式對比。
關鍵詞：燒結礦余熱；焦炭烘干；煤氣水分
永通球墨鑄鐵管有限責任公司（以下簡稱永通公司）開展節能降耗工作，相繼采取各種措施。率先應用先進的節能技術裝備，即 BPRT 裝置（高爐鼓風機和高爐煤氣余壓透平發電裝置同軸系的高爐能量回收裝置）將高爐鼓風機和高爐煤氣余壓回收透平串聯在同一根軸系上，避免能量轉換的損失環節，最大限度地回收高爐煤氣能量。安裝空氣煤氣雙預熱器，使用熱風爐燒爐的煙氣余熱，提高熱風溫度，同時供噴煤煙氣爐干燥煤粉，還將 100～150 ℃燒結礦和球團礦入爐，深入挖掘節能途徑，提高綜合節能效果。
1 概況
回收利用燒結礦余熱，也是一項節能降耗途徑。燒結礦從機尾卸下時，平均溫度達 750～800 ℃，經風機冷卻和除塵器除塵后，排放煙氣溫度有 160 ℃左右。大多數企業沒有燒結余熱回收裝置，主要是因為燒結工序提供的廢氣溫度波動大，汽輪機運行不穩定，目前沒有得到推廣和普及。
永通公司高爐用的焦炭主要是外購水熄焦，由于市場供應、焦炭存儲和生產工藝等多方面的限制，入爐焦炭焦丁含水量高，粉末較多，水分波動大。進入高爐后，使高爐料柱透氣性變差，惡化料柱的透氣性，不利于爐況穩定順行。冬季焦丁倉凍結，導致無法配加，影響入爐焦比。為進一步降低能耗，合理利用燒結礦余熱，對入爐焦炭進行烘干，有效降低焦炭含水量，強化冶煉措施，奠定精料基礎，使煉鐵生產穩定。
2 燒結礦余熱烘干焦炭
永通公司根據現有條件，在燒結機除塵器鋼結構煙囪上部加電動蝶閥，下部開口接旁通管道到高爐料倉。在管線中加裝引風機，將燒結機尾的熱煙氣引至高爐的料倉，達到料倉物料烘干的目的（見下頁圖 1）。對各料倉錐體中下部，破除料倉開孔處混凝土，保留原鋼筋分布，做防腐蝕處理，內倉壁用不銹鋼網及護板，防止焦炭直接磨損料倉鋼筋。為平衡每個料倉的進風量和焦炭烘干均勻程度，各進風支管加裝簡易風量調節閥來調節。
采用料倉三面開孔做通風口，利用倉壁的斜面布置通風方向，有效擴大熱風在料倉錐體內分布。料倉錐面較緩處，焦炭下行速度慢，停留時間較長，烘干效果好，益于水分的蒸發；料倉錐面較陡處，焦炭下行速度較其他三面快，烘干效果較差，其外部結構也不利于直徑較大的管道布置；在保證料倉本身強度的前提下，將熱風進風口下移，使進風最大程度的覆蓋水平截面，集中熱源烘干此處焦炭，保證下行焦炭水分有效蒸發和焦粉的篩分。
3 烘干焦炭降入爐水分
降低排煙熱損失和回收煙氣余熱的技術進展不快，而熱燒結礦余熱回收發電，要求高爐和燒結生產要穩定，供應的余熱、余能要連續并高品質，但投入成本高，見效小，經濟價值不高。立足永通公司實際，直接利用燒結礦的低溫余熱，烘干入爐焦炭，降低并穩定焦炭水分，以便配料準確，減少高爐爐況波動，又使系統煤氣熱值效率提高。
3.1 穩定焦炭含水量，減少焦炭焦粉
焦炭水分高，且波動較大，特別是雨季，焦炭含水量甚至達到飽和狀態。由于焦炭的多孔結構，易吸附潮濕空氣中的水分，受當地自然天氣和氣侯變化影響，而且化驗室取樣分析的作法周期長，代表性差，使得焦炭含水量很難準確。高爐計算用量以干焦為準，水分波動大，入爐量不準，焦炭水分波動給高爐爐溫帶來波動，從而引起爐況波動，而焦炭含水量每提高 1%，煉鐵焦比上升 1.0%～1.3%，造成焦炭的浪費。
焦炭由焦爐到高爐，經過運輸、裝卸、倒運等過程，必然增加小塊焦和焦粉的質量分數。加之焦炭和焦丁含水量過高，使大量的焦粉黏附在焦塊上，導致焦粉很難篩分出來，使大量焦粉進入高爐惡化料柱的透氣性，導致風量萎縮，影響煤氣流分布，使高爐難以穩定順行。
3.2 提高煤氣發熱值，減少能源消耗
焦炭含水量高，進入高爐直接蒸發，以氣態存在于煤氣系統。高爐煤氣除用來燒熱風爐以外，還供加熱爐退火、燒鍋爐發電和其他工藝生產需要。煤氣含水燃燒時消耗熱量，使煤氣的發熱值降低。機械水分每上升 1 %，理論燃燒溫度下降 13 ℃，飽和水分每降低 1 %（約 8 g/m3 ），理論燃燒溫度升高約 8.5 ℃［1］。
制約燒熱風爐的理論燃燒溫度的升高，影響高爐風溫水平的進一步提高，使煤氣用戶的煤氣發熱值降低，造成能源的浪費，也使煤氣系統管網不平衡，增加了空燃煤氣的浪費。
3.3 減緩對煤氣系統設備的不利影響
通過焦炭烘干，減少入爐水分，提高煤氣余壓利用率，同時延長設備檢修周期，提高節電功率。
1）對高爐均壓的影響。高爐爐頂溫度一般在200 ℃左右，爐料進入高爐之后，由于上升煤氣流的加熱作用，游離水首先開始蒸發。高爐爐頂上的水分都會以蒸汽的形式存在于煤氣中，只要溫度高于100 ℃，煤氣中的水分都是以飽和狀態存在。爐頂溫度降低使煤氣體積縮小，降低煤氣流速。均壓管道位于高爐頂端外部，沿高爐下降管過重力除塵器至荒煤氣管道布置，當高溫含塵煤氣經管道均壓，壓差減小，煤氣爐塵速度降低；溫差較大時，高爐煤氣中的飽和水就會析出變為機械水，加之高爐原料成分變化而產生的酸性氣體相互作用，在均壓管道壁發生粘結，塵垢逐步累積，使水平均壓管道內徑變小，造成均壓不暢現象，直接影響高爐正常生產，冬季會更明顯。
2）對透平膨脹機的影響。高爐煤氣經重力除塵和干除塵后，大部分灰塵得以去除，含塵量有效控制在 5 mg/m3 以內。凈煤氣還含有一定量的飄塵、水汽、油霧、酸性氣體，進 BPRT 機組的透平膨脹機做功，煤氣溫度、流速、壓力等下降，酸性氣體溶解在凝結水中，在葉片表面形成一層酸性水膜，對葉片表面腐蝕，光滑度急劇降低，油污物、粉塵等附著在葉片上；煤氣中的一些微量成分以結晶態析出，形成各種無機鹽類，附著在金屬表面形成積鹽層；煤氣中小顆粒飄塵、鹽晶體等自身會帶有電荷，相互作用形成較大的帶電顆粒，最終能附著在裝置的動靜葉片上，形成堅固的塵垢，影響裝置穩定運行。由于積垢不均勻或運行中部分脫離，裝置動態平衡被破壞，主軸振動值不斷增大，自動保護停機，導致節電功率降低。
4 焦炭烘干分析對比
4.1 烘干前后對比
焦炭烘干前，一般焦炭的含水量達到 8%～10%，焦丁的含水量在 15%～20%以上。通常高爐工長為了生產順行，往往多補焦炭，造成爐溫劇烈波動。部分高爐應用中子測水裝置，連續測定焦炭水分，通過微機自動計算干焦重量，稱量裝置依此結果計量焦炭入爐，自動補償盈虧，消除水分波動造成的爐況不穩。這是一種應用精度高，穩定性好的連續測量方法，雖然可保持準確無誤，但水分進入煤氣系統內。濕法熄焦，因噴水、灑水條件和焦炭粒度不同，焦炭水分高且不穩定，焦炭的塊狀多孔結構增加了水分連續測量的難度，有必要定期進行取樣化驗校對。
對使用干熄焦，未應用中子測水裝置的高爐，由于運輸和貯存過程中焦炭吸收大氣中的水分，一般露天存放焦炭，水分不可避免升高和波動，尤其是在南方更明顯。
焦炭烘干后，入爐焦炭水分從 8.5%降低到5.0%以下，尤其是在雨季和冬季更明顯；同時，直接降低了煤氣系統水分。
4.2 烘干方式比較（見表 1）
游離水存在于焦炭的表面和空隙里，蒸發的理論溫度是 100 ℃，要使爐料中料塊內部也達到 100℃，一般表面溫度需要到 120 ℃；對大塊來說，需要更高的溫度，甚至要達到 200 ℃，游離水才能全部蒸發掉［2］。
熱風爐廢煙氣對焦炭進行烘干，煙氣溫度一般為 300 ℃左右，屬中溫較易回收利用余熱。若熱風爐燒爐操作不正常，一氧化碳不充分燃燒，易發生泄漏，造成煤氣中毒事故。長時間通入廢氣預熱烘干焦倉內焦炭或粒煤，使焦倉內部溫度較高，在自然通風狀態下會發生自燃。焦炭水分較低時，不需使用煙道廢氣預熱烘干時，煙道閘板必須在停風機前打開，以免引風機停后閘板未開，影響熱風爐燒爐［3］。
燒結機尾除塵煙氣對焦炭進行烘干，煙氣溫度一般為 160 ℃左右，屬低溫不易回收余熱，做為干燥氣對焦炭烘干已足夠。通過安裝引風機，保證進入料倉流量穩定；經運行監控測量，各料倉入口風溫保持在 120 ℃左右，烘干篩分效果明顯。由于保證了各料倉的通風面積和流量，焦炭又是間歇下料，燒結機異常情況下波動時，也可保證烘干和篩分效果，不影響其它工序運行，安全易操作。
5 結語
利用燒結帶冷機機尾余熱進行焦炭烘干，減少系統水分，降低燃料消耗。既利用了鋼鐵生產過程中很少回收的低溫余熱，提高煤氣的熱效率，又滿足了生產工藝要求，獲得顯著的綜合節能效果，具有良好的社會和經濟效益。
參考文獻
［1］ 王保國，曹軍奎，高永中，等.煉鐵過程中水分的測量與控制［J］.煉鐵，2007（3）:23- 25.
［2］ 王筱留.高爐生產知識問答［M］.北京:冶金工業出版社， 2001.
［3］ 金秀璋，劉暢，劉振宇，等.焦炭烘干與熱風爐廢煙氣余熱利用［J］.煉鐵，2004（3）:52.