陳景明
(上海梅山鋼鐵股份有限公司)
摘 要：梅鋼通過極限挖掘余能回收、環冷水密封改造鎖住燒結礦顯熱; 高溫回收段采用翅片陶瓷覆膜、換熱鍋爐采用聲波清灰、高效鍋爐換熱結構改進等技術，實現燒結工序熱量高效轉換; 低溫段采用飽和螺桿發電組、熱水換熱，實現燒結礦低溫余熱應收盡收工業效果。同時大力應用主抽風機變頻、高效風機、微負壓點火改造、原料篩分改造等一些列先進節能降碳技術，前沿布局一批 FeO 自動檢測技術、生石灰預消化技術、燒結料面噴灑水蒸氣技術等節能低碳技術，實現噸礦蒸汽回收量 95. 7 kg /t、燒結漏風率從 25% 降至 5% 以下。
關鍵詞：環冷水密封；螺桿發電機；煙氣全循環
梅鋼積極響應國家雙碳號召，力爭在極致能效的細分賽道走在前列，瞄準極致能效項目快速落地，大力實施全流程工藝技術優化改進、全系統對標挖潛、全方位優化能源結構，將 “雙碳” 之路第一步節能降碳走好走實。梅鋼燒結能耗占公司總能耗的 13% ，僅次于高爐工序能耗［1－3］。
梅鋼高度重視燒結工序能源消耗挖潛工作，先后采取了燒結環冷機水密封環冷、一二段高溫高效余熱蒸汽回收、三四段低溫礦循環煙氣顯熱回收螺桿發電、燒結主抽變頻、燒結微負壓點火、燒結原料篩分等一系列先進節能降碳技術，同時積極探索 FeO 自動檢測技術、生石灰預消化技術、燒結料面噴灑水蒸氣技術等，實現了燒結工序節能、降耗、減碳。
1 余熱余能深度回收
燒結礦顯熱占燒結工序能耗總量 30% 以上，燒結礦顯熱高效回收利用對降低燒結能耗和碳排放具有重大意義［4－7］。梅鋼燒結礦顯熱極限回收，采取一系列前沿余熱回收降碳技術，助力燒結全流程余熱回收利用，分級發電、廢氣零排放。
1. 1 常規燒結礦冷卻工藝
燒結礦冷卻是對燒結機尾卸下的 700 ～ 800℃紅熱燒結礦進行強制冷卻，將燒結礦攜帶的熱量轉換成廢氣顯熱，礦料溫度最終低于 120 ℃，由皮帶輸送機輸送至后續工序。實際運行存在以下不足。
( 1) 環冷臺車主體結構磨損嚴重: 臺車本體厚度由 12 mm 磨減至 6. 3 mm，本體三角梁厚度由 14 mm 磨減至 7 mm。
( 2) 敞開式臺車泄露大、余熱回收量低: 實際漏風率達 25% 以上，大量熱廢氣散逸加速電纜老化，現場粉塵多。廢氣溫度約 300 ℃，噸礦蒸汽回收量在 70 ～ 80 kg /t。
1. 2 燒結礦顯熱極限回收整體思路
鎖住熱源和極限回收包括: 燒結環冷水密封，一段、二段高溫段高效回收，鍋爐能效提升改造。燒結環冷采用水密封形式，根本性地改善環冷機密封性; 一段、二段設置高效鍋爐，實現高品質余熱高效回收轉化發電; 三段、四段前部搭建低溫低壓余熱鍋爐，配套螺桿發電機組; 四段后部低溫熱煙氣設置一套熱水加熱器，供燒結工段拌料使用。同時采取煙氣全循環技術，燒結礦顯熱極限回收整體思路如圖 1 所示。
1. 2. 1 水密封環冷改造，鎖住熱源
翻轉卸料式環冷機上下密封均采用水密封形式。從結構上根本性地改善環冷機密封性，漏風率小于 5% 。針對水密封水槽存在的腐蝕問題，下水槽材料采用梅鋼自產耐酸板。
( 1) 上水密封
風箱上罩下部與原風箱焊接，上部采用水密封與回轉框架相接，兩端部和中部設有隔斷密封。完善的密封系統可有效降低設備系統漏風率。
( 2) 下水密封
采用水槽密封，密封效果好。
( 3) 使用效果
改造后 3 臺風機 ( 風量 19. 2 萬 m3 /h，全壓3 150 Pa，功率 250 kW) 的運行效果與現行環冷機啟用 3 臺/4 臺風機 ( 夏天 4 臺、冬天 3 臺，電機功率 1 000 kW) 的相比，一年節省電費 856 萬元 ( 94% 作業率，0. 52 元/kWh) ，余熱利用 蒸汽量提高 4. 5 t /h。
1. 2. 2 先進換熱改造，高效轉換
燒結余熱鍋爐高效轉換是確保高溫顯熱回收的重要舉措［6－7］。梅鋼通過翅片陶瓷覆膜、聲波清灰器、高效鍋爐換熱結構改進等技術應用，實現燒結工序熱量高效轉換。
(1) 翅片陶瓷覆膜
余熱回收排煙溫度若低于 140 ℃ ( 煙氣中的酸露點 140 ～ 160 ℃ ) ，煙氣冷凝形成酸露，對受熱面產生較嚴重露點腐蝕。低溫段采用翅片陶瓷覆膜，可將使用壽命提高至 10 年以上。
(2) 聲波清灰器
梅鋼在 4 號、5 號燒結鍋爐各級換熱面上共設置 24 臺全自動聲波吹灰器，對換熱面進行周期性在線全面清灰，防止粉塵在換熱面上堆積，提高換熱效果。在鍋爐的底部設置氣力輸灰裝置，及時將鍋爐底部積灰運走，減少現場的人工操作。
(3) 高效鍋爐換熱結構改進
對換熱器管束進行結構優化。采用水平 U型管蒸發器，外置集箱采用多管頭結構。換熱管束的所有焊縫都在煙氣通道外，有效防止煙氣對焊縫的直接沖刷、腐蝕;
在上升、下降管側的集箱處設置限位支架，保證換熱管束可以沿管道軸向自由膨脹; 在換熱管兩端采用鋼板密封，將集箱、彎頭封閉在煙氣通道外的密閉腔體內，避免煙氣泄漏。
(4) 使用效果
2019 年、2020 年和 2021 年燒結噸礦蒸汽回收量分別為 74. 4、81. 8、82. 2 kg /t，2022 年截至 8 月底噸礦蒸汽回收量 95. 7 kg /t，實現蒸汽回收量逐年攀升。
1. 2. 3 低溫燒結礦深度利用，極限回收
梅鋼 4 號燒結環冷機三段及以后的低溫煙氣流量約 60 萬 m3 /h，由于溫度較低未進行余熱利用，直接排入大氣，不僅浪費了大量低溫熱量，而且燒結系統開停機時排放口有明顯揚塵，連續生產時目視有大量熱廢氣涌排。極限回收思路如下。
(1) 低溫低壓余熱鍋爐 + 螺桿發電機組三段熱煙氣及四段前部熱煙氣采用煙氣再循環技術，正常運行時將來自環冷機集氣罩的 240℃低溫煙氣引至鍋爐，經低壓蒸發器、凝結水加熱器、軟水加熱器換熱后，溫度降至 120 ℃ 左右，再利用循環風機送回到環冷機三段、四段的底部風箱循環利用。低溫余熱鍋爐參數見表 1。
回收飽和蒸汽供飽和螺桿發電機組發電，排汽冷凝回收，螺桿膨脹機技術參數見表 2。
(2) 設置熱水加熱器
四段后部設置一套熱水加熱器，產生熱水供燒結工段拌料使用，不僅節省飽和蒸汽，而且可提高混合料料溫，降低燒結固體燃料消耗和環境污染。熱水加熱器技術參數見表 3。
結合以上思路，2022 年 10 月業內首套發電裝置燒結環冷低溫段飽和蒸汽螺桿投產發電，極限回收燒結三段及四段前部的熱煙氣顯熱，平均功率 2 500 kW，噸礦發電 3. 9 kWh，每臺燒結機生產 80 ℃熱水 45 t /h 供燒結工序配料使用。
2 降低燒結能耗技術
2. 1 燒結主抽風機變頻 + 高效除塵風機
( 1) 主抽節能
燒結機生產情況下入口風門開度長期在50% 左右，電機仍然以額定轉速工頻 ( 1 000 r/min) 運行，原來的調節模式采用風門調節方式，管網風阻大，經濟性不高，能源浪費嚴重。 梅鋼整體更換 3 號、4 號、5 號燒結主抽風機本體及其輔助設備等，新增一套高壓變頻調速裝置及軟啟動裝置。改造后，風機葉輪轉動慣量減小，風機運行效率明顯提高。風 機 入 口 擋 板100% 全開，消除擋板截流能量損失。以 3 號燒結為例，改造前主抽風機電機電流 620 A 以上，改造后主抽風機電機電流 450 A 左右。
(2) 大型除塵風機高效化節能改造
將燒結除塵風機本體及聯軸器更換為量身定制的高效離心節能風機，對風機入口風門、電動執行機構、風機進出口軟連接等配套設備進行改造，改造后平均節電率 20% 以上。
2. 2 微負壓點火
梅鋼采用微負壓點火技術，實現燒結機內外壓強一致，提升煤氣利用率，投運后形成穩定可靠微負壓點火模式，實現氣、物分離，厚料層工況條件下透氣性良好，每噸燒結礦節省點火煤氣消耗 5% 以上。
2. 3 燒結燃料破碎篩分工藝改造
梅鋼燒結固體燃料 65 萬 t /a，其中廠內高爐返焦 ( ＜ 10 mm) 約 21 萬 t /a，焦化篩下焦粉 ( ＜ 10 mm) 12 萬 t /a，合計約占燒結固體燃料比例的 50% 。原工序固體燃料經過粗、細兩次破碎。粗破后部分固體燃料粒度滿足燒結工藝≤ 3 mm 要求［2］，再經過細破，則過于粉碎，不僅影響燒結過程透氣性，而且容易在抽風作用下進入大煙道，浪費固體燃料。
前期檢測可知燒結燃料中≤0. 5 mm 比例占到 35% 左右，梅鋼增加燃料篩分設施，將 ＜ 3mm 篩除直接送入配料室燃料槽，降低四輥破碎總量，以減少固體燃料的過粉碎及破碎機的損耗，達到降低生產成本的目的，固體燃料消耗下降 0. 66 kg /t ( 干基) 。
3 布局實施一批節能低碳技術
3. 1 FeO 自動檢測技術
隨著 FeO 含量升高，需要的煤粉相應增多，在確保燒結礦質量的前提下，控制好 FeO 含量是節約固體燃料的關鍵［3］。現場每四小時進行一次人工檢測及調整，存在滯后和不確定性。梅鋼利用磁性感應原理，建立 FeO 含量與磁感應之間的定量關系，在返礦皮帶上利用機械手抓取部分物料，通過測量其磁感應指數，得出燒結礦FeO 含量。提高 FeO 穩定率，預計可降低固體燃料消耗 0. 5 ～ 1 kgce /t。
3. 2 生石灰預消化技術
預消化不僅有利于混合料成球，而且可預熱混合料。梅鋼充分發揮生石灰消化熱來預熱混合料，在生石灰配料圓盤下加噴水管，預先消化生石灰，延長消化時間。混合料溫度由原來的 30℃提高到 59 ℃，工序能耗下降 0. 5 kgce /t。
3. 3 燒結料面噴灑水蒸氣
燒結料面噴灑水蒸氣提高燃料的燃燒效率，降低燒結固體燃料消耗。同時，水蒸氣的存在提高了燃料的透氣性，便于燃料縫隙中煙氣擴散，提高料層燃燒速度，增加產量，且可提高燒結礦質量。通過向燒結料面噴灑水蒸氣預計可降低固 體燃料消耗 1 kgce /t。
4 結語
綠色低碳正成為全球共識和時代潮流，作為長流程鋼企中重要耗能大戶，燒結工序是梅鋼重點降碳關注對象。梅鋼以開放共享的姿態，主動突破現有瓶頸，積極開展環冷水密封、高效換熱、飽和螺桿發電等各類技術; 快速應用各類節電、降耗、降氣技術，取得了不菲成績。但面對“雙碳”大背景，燒結節能降碳工作仍有長足路子要走，一方面要堅定把現有燒結節能降碳舉措扎扎實實應用下去，另一方面要緊盯綠色低碳顛覆工藝技術，大膽嘗試提前布局，才能在新一輪綠色革命中走在前列。
參考文獻
［1］ 陳景明，許相波 . 燒結冷卻機低溫廢氣余熱高效回收利用探討 ［J］． 冶金動力，2014，( 4) : 42 － 45.
［2］ 孫艷芹，李曉梅，李福民 . 國豐降低燒結能耗的實踐 ［J］． 河北冶金，2009，( 5) : 21 － 22.
［3］ 李 和 平 . 梅鋼燒結低碳減排技術的探索與實踐［J］． 燒結球團，2022，( 2) : 112 － 118.
［4］ 徐天驕，張晟，高建業，等 . 燒結礦余熱回收豎罐熱工參數確定方法及其應用 ［J］． 鋼鐵，2018，53 ( 11) : 107 － 111.
［5］ 劉傳鵬，李國俊，林文佺，等 . 環冷機余熱回收與利用系統的能量分析 ［J］． 鋼鐵，2015，50 ( 12) : 60 － 66.
［6］ 胡浪，何傳超，羅國民 . 國內燒結節能技術發展趨勢研究 ［J］． 冶金能源，2021，40 ( 1) : 13 － 18.
［7］ 蘇相成 . 凌鋼320 m2 燒結環冷機余熱回收節能分析［J］． 冶金能源，2021，40 ( 2) : 48 － 50.