韋勝利
（陜鋼集團漢中鋼鐵有限責任公司， 陜西 勉縣 724200）
摘 要：針對燒結工序能耗高的現狀，降低工序能耗也是低碳環保、清潔生產的必經之路。漢鋼燒結廠自 2018年開始，從設備改造、工藝優化協同推進建設綠色工廠，經過長期探索與研究，成效顯著，工序固體燃料消耗、電力消耗、煤氣消耗均大幅度下降。
關鍵詞：節能 降耗 超厚料層 噴灑蒸汽
燒結是煉鐵的原料準備工序，燒結過程是復雜的物理化學反應的綜合過程。在燒結過程中有燃料的燃燒和熱交換、水分的蒸發和冷凝、碳酸鹽和硫化物的分解及化合、鐵礦石的氧化和還原反應、有害雜質的去除及黏結相的生成和冷卻結晶等，在燒結生產過程中將消耗大量的能源。因此，研究降低燒結工序能耗對行業節能減排意義重大。
1 燒結工序能耗分析
燒結工序是鋼鐵企業僅次于煉鐵的第二用能大戶，工序能耗占鋼鐵總能耗的 10%左右，燒結生產的能耗消耗主要表現在三個方面，即每噸燒結礦所消耗的固體燃料量、電量以及氣體燃料量，共占燒結生產過程能耗的 95%～98%。其中固體燃料約占工序能耗的 75%～80%，氣體燃耗約占 3%～5%，電耗約占 15%～20%，燒結工序能耗如圖 1 所示。陜鋼集團漢中鋼鐵有限責任公司（全文簡稱漢鋼）燒結廠自2018 年—2020 年燒結工序能耗降低情況見表 1。
1.1 固體燃料消耗
固體燃料在燒結工序能耗中占比最大，達 80%左右。漢鋼燒結常用的固體燃料主要為焦粉，焦粉是煉焦煤隔絕空氣高溫加熱后的固體產物，主要作為煉鐵原料，燒結使用的焦粉是高爐用焦的篩下物以及焦化廠焦炭破碎產生的篩下物。由于固體燃料消耗在工序能耗中所占比最大，降低工序能耗首先要考慮的是降低固體燃料的消耗。
1.2 電耗
在燒結工序的動力消耗中，電耗占動力成本80%以上的費用，它是燒結工序能耗中僅次于固體燃料消耗的第二大能耗，約占 13%～20%，由于電耗在工序能耗中所占的比例較大，因此降低電耗也是降低燒結工序能耗的重中之重。
1.3 煤氣消耗
煤氣消耗約占燒結工序能耗的 6%左右，主要作用是將高溫廢氣的熱量傳遞給表層混合料，點燃料層表面混合料中的燃料顆粒，同時適宜的點火制度，通過合理利用氣體燃燒產生的熱量補充超厚料層燒結時料層表面燃料不足的現狀。但是，若點火制度不合理，導致煤氣燃燒不充分，造成煤氣浪費而使能耗升高，因此，降低煤氣消耗也是降低工序能耗的一項重要舉措。
2 降低工序能耗措施
2.1 設備改造
2.1.1 燒結機漏風治理
2019 年系統大修時利用秦皇島新特科有限公司燒結機密封技術對 2 臺燒結機本體進行全密封，將燒結機大小欄板、大欄板與燒結機本體、燒結本體之間的漏點全部包裹在一個密閉的箱體內，徹底治理了燒結機本體的漏風。2021 年系統大修時又對燒結機抽風系統進行了全面治理，通過風箱列管、引風管、靜滑道及頭尾密封的全部更換，燒結機大煙道氧含量從 13%～14%之間降至 11%以下，燒結機主抽風機風門也從 98%降至了 75%，主抽風機電流由改造前的 270 A 降低至 200 A。通過漏風治理，燒結機產能進一步釋放，電耗降至 48（kW·h）/t 燒結礦。
2.1.2 燒結機點火爐升級改造
利用系統大修先后對 2 臺燒結機點火爐進行升級，將 2 座點火爐全部升級成為空氣單預熱一體式點火爐，空氣單預熱一體式點火爐投運后，一方面將點火空氣預熱至 80 ℃以上，為燒結過程補充熱量，改善上層燒結溫度水平；另一方面起到降低煤氣消耗的效果，空燃比由 0.56 提升至 0.85，在保證點火溫度不變的情況下煤氣消耗降幅明顯。
2.1.3 環冷機升級改造
2021 年年初系統大修期間，先后將 2 臺環冷機進行整體更換為新型銷齒傳動水密封環冷機，同時將冷卻風機由工頻運行升級為變頻運行，新型環冷機為高效節能型產品，臺車箅條為錐形縫隙，降低了箅條的堵塞率、提高了冷卻效果，減少了風機運行功率。臺車欄板為整體保溫結構，上部采用特殊的罩體密封并通過水密封裝置與臺車欄板上側實現緊密密封，進而避免了大量熱氣從罩子的兩側溢出，下部采用可以調節的新型雙向聯合彈性密封，極大的降低了臺車下部的漏風率，提高了余熱蒸汽回收量，蒸汽回收量由 85 kg/t 燒結礦提升至 99 kg/t 燒結礦。
2.2 工藝優化及新技術的應用
2.2.1 燒結礦 w（FeO）窄區間控制
為實現燒結礦 w（FeO）窄區間運行目標，首先從源頭進行管理，通過嚴格執行一次料場鱗行堆料來提升原料初混效果；含鐵料堆料過程中細化工序循環物料煉鐵重力灰、鋼軋氧化鐵皮分階段交替配加，提升堆料機行走速度，經過一系列攻關目前混勻料垛堆垛量由 6 萬 t 提升至 7.5 萬 t，堆料層數由400 層提升至 520 層。其次從優化一次配料打料著手，通過料倉之間的距離測算每個料倉開停間隔時間，編制一鍵自動上料程序，減少原始 w（FeO）的波動，燒結礦 w（FeO）±0.5 穩定率由 60%穩步提升至91%，通過 w（FeO）窄區間控制，燃料配加比降低了0.2%。
2.2.2 超厚料層燒結
漢鋼于 2019 年一季度開始先后在兩臺燒結機相繼開展厚料層攻關活動，目前 2 臺燒結機料層厚度已穩定達到 1 000 mm。厚料層燒結由于料層的自動蓄熱作用，提高了燒結下層的余熱，降低固體燃料消耗和煤氣消耗。厚料層燒結降低了機速和垂直燒結速度，延長了燒結料層在高溫下的保溫時間，有利于針狀復合鐵酸鈣相（SFCA）的生成，從而有利于提高成品礦的強度和成品率，改善成品礦的質量。通過超厚料層技術應用，燒結礦質量指標，煤氣單耗、固體燃料單耗均有大幅度降低。
2.2.3 料層蒸汽階梯預熱技術
利用檢修將傳統的圓鋼松料齒升級為空心無縫鋼管松料齒，在空心無縫鋼管內通入蒸氣，在混合料與松料齒接觸期間將混合料進行預熱，將混合料溫度從 65 ℃左右提升至 70 ℃，進一步減少了過濕帶。該技術的使用，一是有效利用了混合料物理熱，降低了混合料運輸及布料過程的熱損。二是提升了蒸氣預熱效果，減少了蒸汽外溢。同樣的上料量加水量減少2 m3 /h，燃料配比降低 0.05%，節省蒸氣 2 kg/t 燒結礦。
2.2.4 應用料面蒸汽噴灑技術
為進一步降低固體燃料投入，結合漢鋼超厚料層生產實際情況在 2 臺燒結機風箱溫度較低的段對應的料面上噴灑壓力＞0.3 MPa 的蒸汽，利用 C 與H2O 化學反應產生 H2 跟 CO。該技術的應用，一是加快了料層中的碳顆粒的燃燒，提上了碳的燃燒程度，降低了燒結礦殘碳；二是利用蒸汽的物理熱對料面起到了保溫作用，同時補充了超厚料層燒結料層表面熱量不足的現狀，更好地平衡了料層中熱量，使熱量合理分布。
3 結語
經過長期總結與探索，通過設備改造升級系統漏風的治理，燒結礦 FeO 的窄區間控制，料面噴灑蒸汽、料層梯度預熱、1 000 mm 超厚料層技術的應用，燒結工序電耗、氣耗、固體燃料消耗均有不同程度的降幅，后續還需進一步從固體燃料閉路破碎，熱風燒結，點火自動控制等方面進行探索，進一步降低工序能耗。
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