陳小平¹  廖運(yùn)友²  盛國(guó)華²  李樹璋²  吳從方²  謝高峰²

（1．上海聯(lián)順實(shí)業(yè)有限公司，上海 202150； 2．鹽城市聯(lián)鑫鋼鐵有限公司，江蘇 鹽城 224145）

【摘要】 燒結(jié)生產(chǎn)節(jié)能減碳相對(duì)節(jié)能減排更加具體化和可視化。 聯(lián)鑫鋼鐵在燒結(jié)工序節(jié)能減碳方面開展了探索與實(shí)踐，采取了一系列節(jié)能減碳技術(shù)措施，在2 號(hào)燒結(jié)機(jī)取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和明顯的減碳效果，每年可減少CO₂排量 8.58 萬t以上。 總結(jié)了在技術(shù)措施實(shí)施過 程中遇到的一些問題及其解決措施，在成熟技術(shù)的基礎(chǔ)上結(jié)合公司的實(shí)際情況，進(jìn)行了技術(shù)創(chuàng)新和改進(jìn)，燒結(jié)節(jié)能減碳取得了顯著成效。

【關(guān)鍵詞】 節(jié)能，減碳，工藝，實(shí)踐，改進(jìn)

2020 年、2021 年連續(xù)兩年國(guó)內(nèi)粗鋼產(chǎn)量突破10億t，占世界粗鋼產(chǎn)量的 60％ 。 鋼鐵行業(yè)是能源消耗和污染物排放大戶，已成為大氣污染防治重點(diǎn)行業(yè)。 燒結(jié)能耗占總流程能耗的12％ 左右^［1］ ，其中煤粉（焦粉）消耗和電耗分別占燒結(jié)工序能耗的 85％ 和 6％ 。

隨著對(duì)燒結(jié)工序在節(jié)能減碳方面的關(guān)注度越來越高，尤其是在向世界做出 2030年實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”和 2060年實(shí)現(xiàn)“碳中和”的承諾后，國(guó)內(nèi)對(duì)燒結(jié)工序節(jié)能減碳進(jìn)行了一系列的探索與實(shí)踐，如采取蘭炭替代燒結(jié)煤和焦粉工藝^［2］ 、燒結(jié)富氧點(diǎn)火^［1］ 、負(fù)壓點(diǎn)火^［3?4］ 、 厚料層燒結(jié)^［5?6］ 和燃料分級(jí)^［7］等。 但由于燒結(jié)生產(chǎn)是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，上述單一技術(shù)均有其局限性。

鹽城市聯(lián)鑫鋼鐵有限公司（以下簡(jiǎn)稱“聯(lián)鑫燒鋼鐵”）是一個(gè)以長(zhǎng)流程為主的大中型鋼鐵企業(yè)，結(jié)工序能耗一直備受公司關(guān)注，受各方面因素的影響，其能耗下降空間有限且可持續(xù)性欠佳。 為此，公司制定了節(jié)能減碳的相關(guān)政策和要求，基于公司和燒結(jié)工藝的實(shí)際情況，率先對(duì)燒結(jié)工序節(jié)能減碳技術(shù)進(jìn)行了系列研究，制定了相關(guān)措施并取得了顯著效果，為公司長(zhǎng)期穩(wěn)定發(fā)展提供了技術(shù)支撐，并為長(zhǎng)流程鋼鐵企業(yè)可持續(xù)發(fā)展和創(chuàng)新發(fā)展提供了新的思路。

1 工藝設(shè)計(jì)方案

聯(lián)鑫鋼鐵2號(hào)燒結(jié)機(jī)是 198m²帶式焙燒機(jī)，由中鋼石家莊工程研究院設(shè)計(jì)，目前投產(chǎn)年限超過7a。 鑒于設(shè)計(jì)初期條件限制及投產(chǎn)年限長(zhǎng)，當(dāng)前臺(tái)車?yán)匣_裂、滑道密封和機(jī)頭機(jī)尾漏風(fēng)嚴(yán)重；傳統(tǒng)環(huán)冷機(jī)變形嚴(yán)重、密封效果差、故障率高，造成揚(yáng)塵及余熱回收效率低；煙道腐蝕嚴(yán)重致漏風(fēng)嚴(yán)重；橢圓等厚篩的篩分效率低、能耗高；傳統(tǒng)點(diǎn)火器能耗高。 通過對(duì)燒結(jié)機(jī)現(xiàn)有狀況的系統(tǒng)評(píng)價(jià)與研究，進(jìn)行了各方面的改進(jìn)和完善，以達(dá)到節(jié)能減碳的目的。 具體實(shí)施方案如表1所示。

2 探索與實(shí)踐

2.1 燒結(jié)系統(tǒng)的漏風(fēng)治理

燒結(jié)系統(tǒng)漏風(fēng)主要受裝備質(zhì)量水平、設(shè)備維護(hù)與保養(yǎng)水平和生產(chǎn)環(huán)境或條件等制約，其治理是一個(gè)長(zhǎng)期持續(xù)的過程^［8］。2號(hào)燒結(jié)機(jī)機(jī)頭機(jī)尾密封差、臺(tái)車變形嚴(yán)重、滑道密封效果差、煙道與風(fēng)箱腐蝕及漏風(fēng)嚴(yán)重等，導(dǎo)致燒結(jié)系統(tǒng)漏風(fēng)嚴(yán)重，煙道系統(tǒng)負(fù)壓低、能耗高、燒結(jié)礦返礦率高（主要是燒結(jié)礦強(qiáng)度低所致）。 為此，制定了相應(yīng)技術(shù)改造措施，實(shí)施后燒結(jié)煙道系統(tǒng)負(fù)壓明顯提高（如表2所示），有利于改善燒結(jié)礦質(zhì)量，降低煤耗。

2.2 點(diǎn)火系統(tǒng)升級(jí)改造

為解決點(diǎn)火系統(tǒng)點(diǎn)火溫度低、溫度分布不均勻及點(diǎn)火壓力高等問題，對(duì)點(diǎn)火系統(tǒng)進(jìn)行了技術(shù)升級(jí)改造，具體情況如下：

（1）傳統(tǒng)點(diǎn)火器改為高效節(jié)能型點(diǎn)火器傳統(tǒng)點(diǎn)火器存在臺(tái)車兩側(cè)點(diǎn)火溫度低而中間高、點(diǎn)火器燒嘴容易堵塞及煤氣燃燒不充分等問題，造成表層燒結(jié)返礦多。 為解決這一問題，采用高效節(jié)能型點(diǎn)火器，其燒嘴為旋切式，增大了煤氣與空氣的接觸面積，煤氣燃燒更充分；旋切式燒嘴拆裝簡(jiǎn)單，易定期清理，杜絕或減少了堵塞。高效節(jié)能型點(diǎn)火器投用后，點(diǎn)火溫度升高了10 ℃ ，能耗指標(biāo)均有所改善，如表3 所示。

（2）傳統(tǒng)點(diǎn)火方式改為微負(fù)壓點(diǎn)火微負(fù)壓點(diǎn)火裝置通過新增負(fù)壓控制阻流板，對(duì)燒結(jié)過程中風(fēng)量進(jìn)行合理控制，并在1 ～ 3號(hào)風(fēng)箱每個(gè)支管上增設(shè)一套電動(dòng)切斷閥，達(dá)到風(fēng)箱之間及時(shí)切換通風(fēng)，同時(shí)將1 ～3號(hào)風(fēng)箱運(yùn)行負(fù)壓數(shù)據(jù)引入主控室進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)控，實(shí)現(xiàn)燒結(jié)機(jī)微負(fù)壓點(diǎn)火生產(chǎn)。 該裝置投用后，可在生產(chǎn)過程中形成穩(wěn)定可靠的微負(fù)壓點(diǎn)火模式， 實(shí)現(xiàn)了氣、 物分離^［3］，滿足厚料層工況條件下的良好透氣性，同時(shí)提高了燒結(jié)生產(chǎn)的穩(wěn)定性和可靠性，節(jié)約能耗，降低生產(chǎn)成本，各運(yùn)行參數(shù)如圖 1和表4 所示。

2.3 環(huán)冷機(jī)升級(jí)改造

原有環(huán)冷機(jī)的密封效果差（機(jī)械密封）、冷卻效果差、噪聲大、電耗高且故障率高（容易變形），而現(xiàn)有中冶長(zhǎng)天高效節(jié)能型環(huán)冷機(jī)的密封效果好（液密封）、冷卻效果好、噪聲小、電耗低和故障率低（軌道滑道采用同軸式，運(yùn)行過程中不易變形）、檢修方便快捷（模塊式結(jié)構(gòu)、拆裝簡(jiǎn)單）。 高效節(jié)能型環(huán)冷機(jī)投運(yùn)后，燒結(jié)礦的出礦溫度從120 ℃ 降低到 70 ℃，鍋爐蒸汽回收量增加5t ／h， 電耗降低 3.5kWh  ／t（詳見表 5），同時(shí)解決了無組織排放的問題^［9］，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

2.4 篩分系統(tǒng)升級(jí)改造

篩分系統(tǒng)原先采用橢圓等厚篩，篩分效果差、電耗高、環(huán)保效果差、維修頻率高、工作量大；改用高效節(jié)能型復(fù)頻篩后，除消除了橢圓等厚篩的不利因素外，還具有維修簡(jiǎn)單、噪聲小、密封效果好、電耗低等特點(diǎn)。 原橢圓等厚篩使用時(shí)，整個(gè)篩子（篩 體和篩板）振動(dòng)；節(jié)能型復(fù)頻篩使用時(shí)，篩板振動(dòng)、 篩體不振動(dòng)，振動(dòng)所需負(fù)荷減小。 原 4 臺(tái) 90 kW 的電機(jī)更換為10 臺(tái) 7.5 kW 的電機(jī)，每年可節(jié)約電耗約 225．72 萬kWh ，節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤 277.6t。

篩分系統(tǒng)升級(jí)后，鋪墊料粒級(jí)從10 ～20 mm減小為 5 ～15 mm，厚度保持不變（小粒度絕對(duì)數(shù)量的增加彌補(bǔ)了大粒度的減少量），篩分效果好，料層的透氣性改善，燒結(jié)礦層的溫度上升速率增加，有利于生成鐵酸鈣系液相^［10?11］，提高了燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度，從而提高了燒結(jié)礦成品率，達(dá)到了降低固體燃料消耗和節(jié)電等目的。

2.5 強(qiáng)化偏析布料和厚料層燒結(jié)

2.5.1 強(qiáng)化偏析布料

偏析布料要解決的問題是燒結(jié)臺(tái)車的邊緣效應(yīng)和臺(tái)車中間料層的自動(dòng)蓄熱問題。 強(qiáng)化制粒后沒有采取偏析布料就會(huì)出現(xiàn)靠臺(tái)車兩邊的料層透氣性好、燒得快，燒結(jié)礦強(qiáng)度差等問題；而中間料層由于自動(dòng)蓄熱作用，機(jī)尾斷面紅火層的厚度超過料層厚度的2 ／3，料層透氣性差、燒得慢，燒到機(jī)尾還在燒。 已有的研究證明^［12］，厚料層燒結(jié)的表層溫度為1100 ～ 1200 ℃ ，由于蓄熱作用下層的溫度高達(dá) 1600 ℃ ，發(fā)生過燒，導(dǎo)致成品礦強(qiáng)度 低、產(chǎn)量低，故強(qiáng)化制粒后需進(jìn)行偏析布料以解決 燒結(jié)機(jī)的邊緣效應(yīng)和自動(dòng)蓄熱問題。 燒結(jié)生產(chǎn)的偏析布料普遍存在兩方面問題： 一是圓輥布料器上方的料倉(cāng)內(nèi)有堆尖，造成偏析 布料不起作用；二是九輥偏析布料器的角度不合 適起不到篩分作用。 因此對(duì)梭式布料機(jī)及九輥偏 析布料器進(jìn)行可視化監(jiān)控，有利于強(qiáng)化偏析布料。

對(duì)偏析布料的效果進(jìn)行檢查和監(jiān)督，可通過 布料器臺(tái)車上的觀測(cè)儀進(jìn)行觀察分析，布料效果 一般顯示在主控室的屏幕上；還可通過機(jī)尾斷面 紅火層的狀態(tài)判斷分析邊緣效應(yīng)和紅火層厚度是 否超過料層總厚度的1 ／ 3，及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)調(diào)整和 改進(jìn)。

2.5.2 厚料層燒結(jié)

厚料層燒結(jié)主要通過提高燒結(jié)過程中的蓄熱能力，達(dá)到降低碳消耗的目的，同時(shí)降低表層燒結(jié)返礦量，提高燒結(jié)礦還原性；燒結(jié)料層厚度、配碳配水和混合料透氣性是燒結(jié)生產(chǎn)的主要工藝參數(shù)，料層厚度是基礎(chǔ)，配碳配水是保證，混合料透氣性是關(guān)鍵。 料層厚度在燒結(jié)生產(chǎn)中既影響固體燃耗，也影響透氣性、垂直燒結(jié)速度和強(qiáng)度。 如果料層透氣性差，只有通過強(qiáng)化制粒等舉措來改善料層的透氣性，才有提高料層厚度的可能；有條件時(shí)，應(yīng)最大限度提高料層厚度，進(jìn)一步降低燒結(jié)生 產(chǎn)的固體燃耗。

聯(lián)鑫鋼鐵2號(hào)燒結(jié)機(jī) 600、700、750 mm厚料層的燒結(jié)試驗(yàn)結(jié)果如表6 所示。 可見料層厚度對(duì)燒結(jié)礦消耗和質(zhì)量影響顯著，在提高料層厚度的同時(shí)應(yīng)采取措施改善料層透氣性，確保厚料層燒結(jié)工藝得以持續(xù)實(shí)施。

（1）改善原始料層透氣性

①適當(dāng)提高生石灰比例，改善料層透氣性。 近年來隨著國(guó)家環(huán)保政策日趨嚴(yán)格，公司石灰石 粉的采購(gòu)量明顯增加，導(dǎo)致石灰石在燒結(jié)配料中的比例偏高，混合料制粒效果變差，影響了料層的透氣性。 因此，加強(qiáng)進(jìn)廠原料質(zhì)量管理，降低石灰石含粉率，將生石灰配比從 3.5％ （質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）提高到 5.0％ ，取得了較好的效果。 但隨著生石灰配比的逐漸增加，料層透氣性的改善效果越 來越不明顯，達(dá)到 6.5％ ～7.0％ 且取消石灰石粉時(shí)，料層透氣性還有一定程度的下降。 其根本原因是：在生石灰配比不高的情況下，增加生石灰的配比，生石灰親水膠體作用和凝聚作用加強(qiáng)，增強(qiáng)了料球強(qiáng)度和密度，增加濕容量，減少料球破壞； 在生石灰配比增加到一定程度后，其消化后比表面積急劇增大且激烈釋放出消化熱，引起水分激烈蒸發(fā)，料球因體積膨脹而破碎，反而惡化了料層透氣性。

②配加6％ 的紅土鎳礦，改善料層透氣性。紅土鎳礦（屬于褐鐵礦）烘干后，其含水量（主要是結(jié)晶水）仍達(dá)到 20％ 左右，具有良好的黏結(jié)性和親水性，制粒性能好，改善了料層的透氣性。 同時(shí)因紅土鎳礦屬于難分離的多金屬共生礦，價(jià)格便宜且對(duì)改善鐵水質(zhì)量、提高鋼材成品質(zhì)量有較 大的作用^［13?15］。 因此，配加一定比例的紅土鎳礦具有改善料層透氣性、降低成本和提高產(chǎn)品質(zhì)量 的三重作用。

（2）采用垂直松料器改善料層透氣性

實(shí)現(xiàn)厚料層（大于 650 mm） 燒結(jié)后，不少企 業(yè)為了改善燒結(jié)料層的透氣性，臺(tái)車布料后加設(shè) 了水平松料器，其改善透氣性的效果不是很理想。

試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)^［5］ ，厚料層燒結(jié)加設(shè)垂直松料器改善料層透氣性的效果較好， 有效風(fēng)量提高了30％ ～ 45％，垂直燒結(jié)速度提高了14.5％ ～ 23.6％ ，成品礦的轉(zhuǎn)鼓指數(shù)提高了1.17％ ，降低 固體燃耗0.5 kg ／t，該舉措具有較大的推廣價(jià)值。

（3）合理的垂直燒結(jié)速度

合適的配碳配水是形成合理的水分冷凝帶（過濕層）和燃燒帶寬度、減少阻力、提高垂直燒結(jié)速度的關(guān)鍵措施之一。 試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)^［16］ ，隨著負(fù)壓的提高，氣體瞬時(shí)流量增大，垂直燒結(jié)速度加快，通過調(diào)節(jié)負(fù)壓可以改變燒結(jié)過程中各時(shí)間段或各個(gè)帶的燒結(jié)速度。

聯(lián)鑫 2號(hào)燒結(jié)機(jī)的生產(chǎn)實(shí)踐表明，料層厚度從 600mm 提高到 750mm，平均每提高100mm料層厚度可降低固體燃耗3.13kg／ t。

3 效果分析

聯(lián)鑫鋼鐵 2號(hào)燒結(jié)機(jī)采取燒結(jié)系統(tǒng)漏風(fēng)治理，點(diǎn)火系統(tǒng)、篩分系統(tǒng)和環(huán)冷機(jī)等設(shè)施升級(jí)改造，布料系統(tǒng)和料層厚度的工藝改進(jìn)等一系列技術(shù)措施后，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和較好的節(jié)能 減碳效果，如表7所示。

（1）燒結(jié)系統(tǒng)的漏風(fēng)治理措施得當(dāng)、效果顯著，煙道負(fù)壓從 13.3 kPa 提高到16.2 kPa（表2）， 對(duì)改善燒結(jié)礦質(zhì)量和降低燒結(jié)返礦率有顯著效果。

（2）采用微負(fù)壓點(diǎn)火技術(shù)生產(chǎn)后，高爐煤氣單耗降低 15.0 m³ ／ h（表 4），年節(jié)約成本375萬元；備品備件每年節(jié)約20萬元；維修成本和強(qiáng)度下降。

（3）采用高效節(jié)能型環(huán)冷機(jī)后，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境得 到明顯改善，無肉眼可觀測(cè)揚(yáng)塵；鍋爐蒸汽回收量增加了5t ／h，電耗降低了 3.5kWh ／ t（表 5）。

（4）采用節(jié)能型復(fù)頻篩，將原4 臺(tái) 90kW 的振動(dòng)篩電機(jī)更換為10 臺(tái)7.5kW的電機(jī)，每年可節(jié)約電耗約 225．72 萬 kWh，節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤277．6t， 減少 CO₂排放量692．06t。

（5）采用“改善原始料層透氣性” “強(qiáng)化偏析 布料”和“提高料層厚度”等技術(shù)措施后，垂直燒 結(jié)速度顯著提高，燒結(jié)礦返礦率顯著降低，固體燃 料消耗降低 10.1 kg ／ t（表 7），具有良好的經(jīng)濟(jì)效 益和社會(huì)效益：年創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益 9090 萬元（燒結(jié) 礦年產(chǎn)量 300 萬t，燒結(jié)煤價(jià)格1500 元／t）。

4 結(jié)論

（1）燒結(jié)系統(tǒng)漏風(fēng)治理后，煙道負(fù)壓從13.3kPa 提高到16.2kPa ，對(duì)改善燒結(jié)礦質(zhì)量和降低燒結(jié)返礦率有顯著效果。

（2）燒結(jié)工序通過節(jié)能減碳技術(shù)創(chuàng)新后，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和較好的節(jié)能減碳效果（節(jié)約固體燃料10.1 kg ／t，節(jié)約電耗3.88 kWh／t，節(jié)約煤氣 18.3m³ ／t，減少 CO₂ 排放量8.58 萬 t／ a）。

（3）燒結(jié)工序節(jié)能減碳是一項(xiàng)長(zhǎng)期的工作，需要不斷的實(shí)踐和創(chuàng)新，為節(jié)能減碳探索出一條更好的技術(shù)路徑，為盡早實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”和“碳中和”做出貢獻(xiàn)。

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