薛小毅 惠英 彭元飛
（陜西龍門鋼鐵有限責任公司 陜西渭南 715405）
摘要：燒結(jié)礦作為高爐煉鐵主要原料，其指標直接影響高爐煉鐵產(chǎn)質(zhì)量，因此優(yōu)化提升燒結(jié)礦指標，確定燒結(jié)配礦結(jié)構(gòu)及優(yōu)化工藝，是優(yōu)化提升鐵前指標的關鍵環(huán)節(jié)。固體燃料消耗作為燒結(jié)生產(chǎn)的一項重要指標，不僅體現(xiàn)生產(chǎn)工藝技術水平也直接影響生產(chǎn)成本。燒結(jié)過程中，混合料中固體燃料燃燒所提供的熱量占燒結(jié)總需熱量的90%左右。燒結(jié)燃料，按形態(tài)分固體、液體、氣體 。燒結(jié)生產(chǎn)使用的燃料按功能分為點火燃料和燒結(jié)燃料。燒結(jié)過程中常用的固體燃料主要有煤粉和焦粉、焦面，煙煤不宜做燒結(jié)燃料，揮發(fā)分高 。由于燃料的價格受市場價格波動的影響經(jīng)常發(fā)生變化，進購及庫存影響，造成燃料指標性能波動，對燒結(jié)生產(chǎn)過程控制及成本控制影響極大。優(yōu)化工藝技術提升技術水平，引進新料種及開發(fā)環(huán)保生物質(zhì)燒結(jié)燃料是降低燒結(jié)成本優(yōu)化指標及改善排放指標的重要措施。通過工藝優(yōu)化和引進新料種結(jié)構(gòu)調(diào)整實施，對燒結(jié)生產(chǎn)固燃指標及成本影響探索研究，經(jīng)濟效益和社會效益顯著，值得同行業(yè)參考借鑒。
關鍵詞：指標；生物質(zhì)燃料；工藝優(yōu)化；生產(chǎn)實踐
1 引言
我公司鐵前用燃料種類及供應廠家10余種，主要有焦粉、焦面、無煙煤等，受原料進購及庫存影響、配比調(diào)整影響，燃料質(zhì)量波動大影響燒結(jié)指標燃料單耗生產(chǎn)成本。通過生產(chǎn)分析及實驗研究，燃料指標是影響燒結(jié)燃料單耗及成本的主要因素。本文就引進新料種生產(chǎn)實踐分析論證，生物質(zhì)燒結(jié)燃料使用利于環(huán)保控制，優(yōu)化工藝提升技術水平對降低單耗成本也有用一定的貢獻。
2 燒結(jié)生產(chǎn)對燃料指標要求
燒結(jié)對固體燃料的質(zhì)量要求是：固定碳高，灰分低，揮發(fā)分低，含硫低。灰分高會使燒結(jié)料中酸性脈石增多，進而使熔劑消耗量增加，燒結(jié)礦品位降低。揮發(fā)分高不僅影響燃燒效率，而且揮發(fā)后會在溫度較低的地方冷凝下來，從而惡化料層透氣性，被廢氣帶走的部分則粘結(jié)在抽風管道、除塵器內(nèi)壁、抽風機葉片等處，影響抽風及除塵效率，甚至造成設備事故。一般要求燃料中揮發(fā)分低于5%。理想的粒度為0.5-3mm，通常要求為0-3mm。
燃料粒度過大將帶來一系列害處：燃燒帶變寬，影響透氣性。燃料分布不均，大顆粒周圍過熔，而遠處則不能很好燒結(jié)。粗粒周圍還原氣氛強，而無燃料處空氣得不到充分利用。布料易產(chǎn)生自然偏析，大顆粒集中在下部，使燒結(jié)料層上下部溫差較大，造成上部燒結(jié)礦強度較差，下部過熔FeO含量高。
然料粒度過小：燃燒速度過快，難以達到所需的燒結(jié)溫度，同時降低料層透氣性，而且過小粒度的燃料有可能被氣流帶走。
我廠內(nèi)控標準
|
成分標準 |
|||||||
|
總水分% |
分析 水分 |
灰分% |
分析基 |
可燃基 |
固定碳% |
硫% |
發(fā)熱值 |
|
揮發(fā)分% |
揮發(fā)分% |
||||||
|
≤15 |
|
≤15 |
|
|
≥83 |
≤0.8 |
≥5600 |
|
粒度標準 |
|||
|
1mm |
＜3mm |
＞5mm |
水分 |
|
|
≥75 |
＜5 |
≤15 |
3 燒結(jié)燃料分加技術研究
燒結(jié)燃料分加技術是將一部分燃料與燒結(jié)混勻礦、返礦、熔劑按配比混合，另一部分燃料在燒結(jié)混合料一次混料結(jié)束后加入，目的是使這部分燃料外裹在混合料顆粒的表面，保持燃料有較大的活性反應面，提高其燃燒速度，優(yōu)化反應氣氛。歷史經(jīng)驗數(shù)據(jù)表明二次配加，配比不得大于總配比40%。
通過燒結(jié)杯試驗表明，燃料分加技術可以提高燒結(jié)機利用系數(shù)3%～8%，燃料消耗降低0.5～1kg/t。
燃料分加技術能降低固體燃耗的主要原因可以改善料層透氣性，垂直燒結(jié)速度加快，碳充分利用，燃燒條件改善，碳沿料層方向分布趨于均勻。
實際生產(chǎn)需綜合考慮燃料分加比例、配合熔劑分加、燃料粒度等對燒結(jié)礦相關技術指標的影響，優(yōu)化燃料分加工藝提高燒結(jié)機利用系數(shù)、降低燒結(jié)燃料消耗及工藝設備安裝實施，實際現(xiàn)場局限可行性還需繼續(xù)探討。
4 生物質(zhì)燒結(jié)燃料反應性優(yōu)化研究
生物質(zhì)能是人類最早利用的能源，其來源廣泛，儲量巨大而且可以再生。面對礦產(chǎn)資源日益匱乏的現(xiàn)狀，謀求以循環(huán)經(jīng)濟、生態(tài)經(jīng)濟為指導，堅持可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略已經(jīng)成為世界共識，立足保護人類自然資源和生態(tài)環(huán)境的高度，充分有效地利用豐富的、可再生的生物質(zhì)資源十分必要。生物質(zhì)具有多功能、多效益的特點使得生物質(zhì)能源和生物質(zhì)利用相關研究具有重要的意義。生物質(zhì)是多種復雜的高分子有機化合物組成的復合體。其主要化學組成為:纖維素、半纖維素、木質(zhì)素和小部分的提取物。除此之外，還有少量無機的礦物元素成分:Ca、K、Mg、Fe，它們經(jīng)生物質(zhì)熱化學轉(zhuǎn)換后，通常以氧化物的形態(tài)存在于灰分中。生物質(zhì)能是可再生的清潔能源，應用生物質(zhì)能替代煤炭類化石燃料進行燒結(jié)，其燃燒產(chǎn)生的CO2參與大氣碳循環(huán)，加之生物質(zhì)燃料低疏、低氮的特點，因而可從源頭降低燒結(jié)CO2、SO2、NOx的產(chǎn)生。生物質(zhì)燃料燃燒后的灰塵及排放指標比煤低，可實現(xiàn)CO2、SO2降排，減少溫室效應，有效地保護生態(tài)環(huán)境。
5 生產(chǎn)實踐階段性研究分析
為降低燒結(jié)成本優(yōu)化單耗指標及改善排放指標，引進新料種進行階段性生產(chǎn)實驗。引進燃料A焦末典型指標如下：
5．1典型燃料指標
燃料質(zhì)量（典型值）：
|
項目 |
總水分% |
灰分% |
揮發(fā)分% |
固定碳% |
硫% |
發(fā)熱值 |
|
A焦末 |
14.81 |
14.58 |
2.58 |
82.65 |
1.01 |
5541 |
|
標準 |
≤15 |
≤15 |
|
≥83 |
≤0.8 |
≥5600 |
表中可以看出其總水偏高，灰分偏高，含硫偏高，固定碳偏低，發(fā)熱值偏低。含硫量及發(fā)熱值不符合內(nèi)控標準。
原始粒度（典型值）
|
項目 |
＞10mm |
＜3mm |
＞5mm |
＜1mm |
水分 |
|
A |
0.6% |
88.5% |
|
78.5% |
14.81% |
|
標準 |
|
≥75% |
＜5% |
|
≤15% |
表中可以看出其＜3mm達標偏高， 符合內(nèi)控標準。
5．2階段性生產(chǎn)實踐數(shù)據(jù)及重點參數(shù)對比
第一階段使用參數(shù)指標對比分析
|
項目
|
燃料質(zhì)量 |
265生產(chǎn) |
|||||||||
|
總水分% |
分析水% |
灰分% |
分析揮發(fā)分% |
可燃揮發(fā)分% |
固定碳% |
硫% |
焦末配比 |
固燃單耗 |
燒結(jié)礦FeO |
混勻礦FeO |
|
|
混焦 |
10.4 |
0.48 |
13.51 |
2.08 |
2.42 |
83.99 |
0.98 |
3.6 |
59.81 |
9.44 |
4.96 |
|
A |
12.87 |
0.38 |
14.13 |
2.49 |
2.91 |
83.05 |
0.97 |
3.79 |
65.57 |
9.45 |
5.21 |
|
對比 |
2.47 |
-0.1 |
0.62 |
0.41 |
0.49 |
-0.94 |
0 |
0.19 |
5.75 |
0.01 |
0.25 |
使用期間（燃料結(jié)構(gòu)100%），燃料配比3.79%較之前3.60%升高0.19%；固燃單耗65.57kg/t，較之前59.81kg/t漲幅5.75kg/t。燒結(jié)礦FeO控制達標 。倉口指標顯示變差，燃料配比、固燃單耗均上升。
|
成品帶粒度組成對比 （%） |
||||||||||
|
區(qū)間 |
＞40 |
25—40 |
16—25 |
10—16 |
6.3—10 |
5—6.3 |
＜5 |
強度 |
＞16 |
平均粒徑 |
|
使用前 |
11.29 |
22.37 |
25.23 |
22.28 |
12.98 |
2.02 |
3.83 |
74.60 |
58.89 |
22.13 |
|
使用后 |
11.69 |
21.82 |
25.55 |
21.57 |
12.97 |
2.13 |
4.25 |
74.74 |
59.07 |
22.14 |
|
對比 |
0.40 |
-0.55 |
0.32 |
-0.71 |
-0.01 |
0.11 |
0.42 |
0.14 |
0.18 |
0.01 |
使用期間，成品帶粒度組成對比＜5㎜粒級、強度及平均粒徑均上升，有益性較大。
第二階段使用參數(shù)指標對比分析
|
項目
|
燃料質(zhì)量 |
265生產(chǎn) |
|||||||||
|
總水分% |
分析水分% |
灰分% |
分析揮發(fā)分% |
可燃揮發(fā)分% |
固定碳% |
硫% |
焦末配比 |
固燃單耗 |
燒結(jié)礦FeO |
混勻礦FeO |
|
|
混焦 |
11.7 |
0.37 |
13.15 |
2.02 |
2.33 |
84.51 |
0.92 |
3.6 |
62.1 |
9.44 |
4.33 |
|
A |
14.82 |
0.76 |
15.24 |
4.69 |
3.39 |
81.87 |
1.12 |
4.04 |
68.54 |
9.26 |
3.65 |
|
對比 |
3.12 |
0.39 |
2.09 |
2.67 |
1.06 |
-2.65 |
0.2 |
0.44 |
6.45 |
-0.18 |
-0.68 |
使用期間（燃料結(jié)構(gòu)100%），燃料配比4.04%較之前3.60%提高0.44%，固燃單耗68.54kg/t較之前62.1kg/t漲幅6.45kg/t，燒結(jié)礦FeO控制穩(wěn)定9.26%較之前9.26%下降0.18%。倉口指標顯示變差，燃料配比、固燃單耗均上升。
|
成品帶粒度組成對比 （%） |
||||||||||
|
區(qū)間 |
＞40 |
25—40 |
16—25 |
10—16 |
6.3—10 |
5—6.3 |
＜5 |
強度 |
＞16 |
平均粒徑 |
|
使用前 |
11.02 |
21.48 |
26.17 |
22.04 |
13.70 |
2.11 |
3.48 |
74.57 |
58.67 |
21.91 |
|
使用后 |
11.50 |
21.34 |
25.89 |
22.12 |
13.79 |
2.02 |
3.34 |
74.56 |
58.57 |
20.99 |
|
對比 |
0.48 |
-0.14 |
-0.28 |
0.08 |
0.09 |
-0.09 |
-0.14 |
-0.01 |
-0.10 |
-0.92 |
使用期間，成品帶粒度組成對比＜5㎜粒級、強度及平均粒徑均下降，＜5㎜粒級下降利于提升成礦率，但強度及平均粒徑均下降不利。
5．3對比常規(guī)燃料成分指標
|
項目 |
水份 |
灰分 |
揮發(fā)分 |
固定碳 |
硫 |
發(fā)熱量 |
|
標準 |
≤15 |
≤15 |
≤2.5 |
≥83 |
≤0.8 |
≥5600 |
|
煤化 |
12.60 |
13.65 |
2.07 |
84.31 |
0.95 |
5721 |
|
中匯 |
11.82 |
12.82 |
1.97 |
85.20 |
0.86 |
5968 |
|
海燕 |
16.77 |
13.41 |
2.47 |
84.09 |
0.91 |
5477 |
|
黑貓 |
17.49 |
13.52 |
2.50 |
84.05 |
0.93 |
5353 |
|
合力 |
12.02 |
13.40 |
2.13 |
84.42 |
0.87 |
5724 |
|
天津智聯(lián) |
15.05 |
14.31 |
2.27 |
83.44 |
1.30 |
5522 |
|
A |
16.45 |
14.82 |
2.93 |
82.21 |
1.06 |
5394 |
指標對比A均較差，水份、揮發(fā)分、固定碳、發(fā)熱量、硫均超出內(nèi)控標準。
5．5除塵灰指標對比
除塵灰
|
成分 |
P% |
S% |
Pb% |
Cu% |
TiO2% |
MnO% |
K2O% |
Na2O% |
Zn% |
|
使用前 |
0.041 |
0.825 |
2.193 |
0.475 |
0.129 |
0.158 |
13.846 |
2.492 |
0.278 |
|
使用后 |
0.034 |
0.811 |
1.796 |
0.390 |
0.105 |
0.113 |
15.559 |
2.957 |
0.261 |
|
調(diào)整期 |
0.033 |
0.940 |
1.811 |
0.351 |
0.085 |
0.087 |
16.522 |
3.058 |
0.254 |
|
對比 |
-0.008 |
0.115 |
-0.382 |
-0.124 |
-0.044 |
-0.071 |
2.676 |
0.566 |
-0.024 |
|
對比 |
-0.001 |
0.129 |
0.015 |
-0.039 |
-0.02 |
-0.026 |
0.963 |
0.101 |
-0.007 |
配料除塵灰
|
成分 |
P% |
S% |
Pb% |
Cu% |
TiO2% |
MnO% |
K2O% |
Na2O% |
Zn% |
|
使用前 |
0.102 |
0.132 |
0.018 |
0.021 |
0.299 |
0.334 |
0.146 |
0.071 |
0.103 |
|
使用后 |
0.077 |
0.180 |
0.021 |
0.021 |
0.214 |
0.229 |
0.260 |
0.054 |
0.118 |
|
調(diào)整期 |
0.091 |
0.267 |
0.037 |
0.019 |
0.210 |
0.311 |
0.373 |
0.109 |
0.066 |
|
對比 |
-0.011 |
0.135 |
0.019 |
-0.002 |
-0.089 |
-0.023 |
0.227 |
0.038 |
-0.037 |
|
對比 |
0.014 |
0.087 |
0.016 |
-0.002 |
-0.004 |
0.082 |
0.113 |
0.055 |
-0.052 |
環(huán)保排放指標對比，主要取除塵灰樣進行對比，A使用期間S、K2O、Na2O均較使用前后升高。
結(jié)論：
1、A焦末原始粒度＜3mm占比達到88%，屬于超細焦末，在燒結(jié)機使用可不用破碎，其水份、揮發(fā)分、固定碳、發(fā)熱量、硫均超出內(nèi)控標準，指標較常規(guī)差。
2、使用期間，燃料配比提高0.19-0.4%、固燃單耗升高5.75-6.45kg/t。
3、鑒于以上原因停止使用A焦末，優(yōu)化配比及降低成本單耗還需繼續(xù)尋找新資源引進研究生產(chǎn)對比。
6 結(jié)語
根據(jù)市場變化及我廠生產(chǎn)實踐引進新型燒結(jié)燃料料種優(yōu)化工藝是降低燒結(jié)成本優(yōu)化單耗指標的重要措施。
引進新型燒結(jié)燃料料種必須全面考慮燃料充分指標及市場變化單價，提升采購及計量體系管理。
燃料分加技術應用試驗表明，燃料分加技術可以提高燒結(jié)機利用系數(shù)3%～8%，燃料消耗降低0.5～1kg/t。但燃料分加技術要充分考慮燃料分加比例、配合熔劑分加、燃料粒度等影響。工藝設備安裝實施，實際現(xiàn)場局限可行性還需繼續(xù)探討論證。
新工藝引進研究要結(jié)合實際生產(chǎn)綜合考慮，生產(chǎn)過程參數(shù)變化及流程變更指標變化。
生物質(zhì)燃料使用，可實現(xiàn)CO2、SO2降排，減少溫室效應，有效地保護生態(tài)環(huán)境。重工業(yè)污染物的排放必將導致能源轉(zhuǎn)型，其中生物質(zhì)能源扮演著重要的角色，經(jīng)濟效益和社會效益還需繼續(xù)研究探索。
參考文獻
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