張瑞年
（長沙冶金設計研究總院）
摘 要：分析了我國燒結節能降耗現狀‚結合國內外先進的燒結節能降耗技術‚從燒結工藝設計的角度提出了節能降耗的方向和技術措施。
關鍵詞：燒結設計；節能降耗；途徑；措施
1 前 言
節能降耗始終是冶金工作的重點‚尤其是在當前市場經濟條件下‚節能降耗無論是對增加企業的競爭力‚還是對企業的持續發展來說‚都具有十分重大的意義。就燒結工程設計、生產而言‚其目標就是獲取最大經濟效益‚而節能降耗是實現成本降低的重要措施‚亦是設計、生產的主攻方向和重要課題。
2 我國燒結節能降耗現狀
我國重點和地方骨干企業‚平均每噸燒結礦消耗的固體燃料分別比國內、外先進企業高10?4kg、11?9kg 標煤和12?8kg、14?3kg 標煤‚工序能耗分別比寶鋼高15?7kg 和17?5kg標煤‚若按我國每年生產1?6億 t 燒結礦計算‚ 每年工序能耗要多消耗約265萬 t 標煤。由此可以看出‚我國燒結節能的潛力是很大的。所以‚在設計、生產中采取有效措施‚最大幅度地降低燒結過程中的固體燃料消耗‚對降低燒結成本具有重大意義。
3 燒結節能降耗的主要途徑和措施
3.1 向大型燒結機發展‚是節能降耗的方向
從近幾年國內情況看‚燒結生產發展的特點就是建設大型燒結機‚繼我國寶鋼450m2 燒結機、武鋼四燒435m2 等大型燒結機投產后‚ 又有鞍鋼二燒360m2、東燒360m 2、武鋼四燒435m2 等大型燒結機相繼建成。這是因為‚大型燒結機與多臺小型燒結機相比‚具有投資少、質量好、能耗低、成本低‚易于環保治理‚便于實現燒結過程自動化的優點。其中‚ 能耗低的優點是顯而易見的‚如寶鋼450m2 燒結機的工序能耗在57～60kg／t‚而一般小型燒結機的工序能耗大多在80kg／t 左右。
3.2 在設計中采用新工藝、新技術‚是實現節能降耗的根本途徑
3.2.1 建設原料場和強化原料混勻作業
現代化高爐生產需要精料‚這就要求燒結礦的物化性能均要滿足大型高爐冶煉的需要。對于燒結而言‚也必須實行精料‚即原料必須進行混勻。燒結原料混勻有兩個方面的意義‚一是使其礦種結構、化學成分、粒度等長期穩定‚從而使生產出來的燒結礦質量穩定均一‚能滿足高爐的要求；二是能使燒結過程本身穩定進行‚從而減少波動‚有利于燒結能耗的降低。這就需要新建原料場‚對各種物料進行混勻。對于一些原料品種多‚粒度、化學成分波 動大的鋼鐵企業‚更需要有完善的、先進的混勻工藝及設施‚包括混勻、取制樣、控制中心在內的完整的工藝生產系統‚通過自動制樣系統‚對所有進場原料進行自動取料‚集中化驗‚并按品種、成分、定量堆貯‚以實現原料的批別管理。
3.2.2 在設計中采用小球和小球團燒結
在設計中采用小球和小球團燒結工藝 小球燒結可改善燃料的賦存狀態‚大量燃料粘附于小球表面‚使燃料與氧氣接觸更充分‚有利于燃燒反應的充分進行。小球團燒結工藝減少了殘碳‚并且有利于厚料層燒結‚從而能提高燒結過程的熱利用率和燒結礦的產質量‚大幅度降低固體燃料消耗‚一般可節約能耗20％。
3.2.3 控制混合料成分‚采用生石灰強化劑‚ 實行厚料層燒結
在燒結設計過程中配加部分添加劑‚改變混合料的化學成分‚可以使固體燃耗降低‚達到節能降耗的目的。研究表明‚混合料中脈石成分 （如 Al2O3）、結晶水、碳酸鹽、FeO 等的含量都會影響燒結過程固體燃料的消耗。原料中每增加1％Al2O3‚則每噸燒結礦需多耗7～23kg 標準煤；結晶水每上升1％‚需多耗標準煤2～5kg。配加生石灰‚強化制粒‚可改善料層透氣性。研究表明‚生石灰具有強化制粒‚改善料層透氣性的作用‚是厚料層燒結的有效強化劑。實踐表明：生石灰配加量為2％ ～3％時‚混合料溫度提高4℃以上‚燃耗可降低2～3kg／t。厚料層燒結工藝在國內外燒結廠設計中已被普遍采用‚厚料層生產可以取得高質量、低固體燃耗的效果‚日本研究認為‚料層每增加10mm‚燃耗可降1～3kg／t。
3.2.4 采用先進的點火保溫爐‚提高點火強度并降低煤氣消耗
燒結點火應滿足如下要求：有足夠高的點火溫度‚有一定的點火時間‚適宜的點火負壓‚點火煙氣中氧含量充足‚沿臺車寬度方向點火要均勻等。因此‚研制和改進燒結點火器‚一直是燒結設計人員不斷努力的課題。目前的雙斜帶式燒結點火保溫爐采用了雙斜交燒嘴直接點火的先進技術‚高溫火焰帶寬度適宜‚溫度均勻‚燃燒完全。因此‚它的點火效率高‚料面點火質量好‚能耗低。
3.3 采用新型燒結設備‚減少燒結系統的漏風‚從而降低電耗
燒結節電的關鍵措施是減少漏風和實現低風量操作。為此‚我們在設計中必須選擇高效節能的燒結和除塵設備 并加強燒結機頭 尾及兩側的密封。燒結抽風機系統管道連接要盡量不使用法蘭而采用焊接‚燒結臺車應采用絕熱件等措施‚減少燒結系統的漏風‚從而獲得節電之效果。
3.4 在設計中提高自動化控制裝備水平‚是節能降耗的保證
自動化控制系統的功能是實現對燒結生產設備的聯鎖控制、過程控制、過程實時數據的采集與監視、過程與設備狀態的監視與報警、過程趨勢數據的采集與處理、報表打印、分析處理等。因此‚在自動化控制系統中必須采用先進的網絡結構和硬件設備‚并應用國內外先進的燒結工藝優化控制軟件技術‚實現燒結生產過程自動控制、監視及管理‚以達到提高燒結礦質量、降低能耗之目的。
3.5 進一步研究開發余熱利用技術
把冷卻機廢氣和燒結煙氣的余熱加以利用‚無疑是燒結節能的重要途徑和發展趨勢。目前國內燒結廠的余熱回收裝置‚有用于點火保溫爐作助燃空氣和精礦解凍的‚有用于熱風燒結和小球團燒結干燥的‚也有用于生產熱水供浴室、采暖、生石灰消化和加入混合機的‚但更多的是生產蒸汽‚以獲取更大的經濟效益。目前國內某燒結廠為回收冷卻機廢氣余熱‚設計了一種翅片管式蒸汽發生系統。該系統主要由蒸發器 （包括換熱管束、集汽管、箱體）、水預熱器、過熱器 （根據用戶要求）、汽包及連接管路組成‚其中蒸發器受熱面均采用高頻焊接翅片管‚達到強化傳熱的目的‚因而整套裝置傳熱效率高‚工作安全穩定‚壽命長‚設備結構緊湊。全套設備運行可靠‚操作簡單‚維修方便。利用余熱所產生蒸汽可作生活用汽‚也可以加熱混合料。
3.5.1 工作原理
蒸發器的工作原理為：由冷卻燒結礦的熱廢氣使管內的軟水加熱‚產生的汽水混合物沿上升管到達汽包‚集中分離后的飽和蒸汽再進入過熱器‚過熱后產生的過熱蒸汽送至用戶。汽包由補水泵補水‚蒸發器由下降管從汽包內補水 蒸發器與汽包之間可形成水汽的自然循環。
3.5.2 設計方案及工藝特點
根據整體工藝需要‚將余熱回收裝置直接安裝在環冷機高溫段的上方。在Ⅰ號風箱內由下向上依次布置過熱器及Ⅰ號蒸發器‚Ⅱ號風箱內布置Ⅱ號蒸發器‚在Ⅲ號風箱內由下向上依次布置Ⅲ號蒸發器及水預熱器‚汽包布置在環冷機上方或環冷機內側上方。廢氣經余熱回收裝置后通過自然排煙排放掉。為了不影響環冷機的正常生產‚在設計中考慮了增加廢氣的旁通煙道。此設計方案一次性投資少‚運行費用少。
3.5.3 技術特點
1） 水動力循環穩定
翅片管式蒸發器是由若干個聯箱組構成‚每個聯箱組單獨進出汽包‚形成若干個簡單自然循環回路‚水循環系統穩定可靠‚熱偏差小‚安全性好。
2） 綜合傳熱系數大
翅片管式蒸發器的傳熱是空氣通過管壁傳導‚將熱量直接傳遞給飽和水‚進行相態換熱‚屬一次性換熱。同時‚由于管內是水汽混合物而管外是空氣‚管內的換熱系數較管外大得多‚因此總的傳熱系數主要決定于管外的換熱系數‚通過在光管外表面焊接翅片來增大管子外表面積‚強化管外的換熱條件‚便可達到強化傳熱的目的。
3） 受熱面耐磨性好
由于熱廢氣中攜帶著大量燒結礦灰粒‚因此磨損問題不能忽略。在設計余熱回收裝置時‚為了強化傳熱‚蒸發器管束采用了螺旋焊接翅片管‚翅片的重要輔助功能是在耐磨性方面的良好作用。一方面廢氣中所含灰粒首先與肋片相撞擊‚失去了一部分動能；另一方面廢氣呈斜向沖刷‚經過翅片后‚在管子的縱向和橫向做繞流運動‚灰塵顆粒速度發生分解‚又損失了一部分動能‚從而減弱了磨損能力‚保護了換熱管。
上述說明‚燒結廠的熱廢氣余熱利用用途廣泛‚大有作為。但必須指出‚燒結廢氣的余熱利用技術需進一步研究和開發‚以便找到投資少且利用效果好、經濟效益更佳的廢氣余熱利用技術。
4 結 論
燒結節能潛力巨大‚作為燒結設計工作者‚需要不懈地努力探索‚在設計中采用節能降耗技術‚以求有效而合理地利用能源。