高 欣 翟玉兵 劉占平
(河北新金鋼鐵有限公司燒結廠)
摘要:隨著經(jīng)濟高速發(fā)展,鋼鐵行業(yè)的發(fā)展迎來了新的高度;但近年來,隨著國際形勢變化,國家積極推進綠色發(fā)展,保護環(huán)境是我們努力的重中之重,本文主要介紹,在燒結工序中,通過一系列的技術措施減少鋼鐵行業(yè)燒結工序的資源浪費,達到節(jié)能減排,為環(huán)保創(chuàng)A保駕護航。
關鍵詞:節(jié)能降耗;優(yōu)化配礦;厚料層燒結;余熱回收
1 引言
鋼鐵行業(yè)是大氣污染的重點行業(yè),其中燒結工序能耗在噸鋼綜合能耗中占比約10%,是僅次于煉鐵生產(chǎn)的第二大耗能大戶,燒結工序能耗包括固體燃料消耗、電力消耗、煤氣消耗等,其中固體燃耗占比80%,今年來,為了降低燒結工序能耗,新金燒結廠做了大量研究工作,實施了許多新工藝與新技術,在實踐中得到了充分利用。
2 降低燒結固體燃耗
燒結使用的固體燃耗的種類有焦粉和無煙煤,是不可再生的一次能源,在其燃燒過程中產(chǎn)生大量NOx等有害物質(zhì),在燒結過程中,通過技術改進和相應措施是減少其消耗的主要途徑。
2.1優(yōu)化原料配礦結構
燒結使用的原料礦石種類繁多,如何更好的將不同種類的鐵礦石,根據(jù)其不同特性按照不同配比結構而進行搭建,是燒結穩(wěn)定生產(chǎn)和節(jié)能降耗的關鍵。
自然界中的鐵礦石劃分為赤鐵礦、磁鐵礦、褐鐵礦、菱鐵礦四大類;新金燒結廠在今年來嘗試了各種不同鐵礦石搭配及比例結構的生產(chǎn)實踐,分別從礦石種類、礦石燒結性能及礦石粒度組成三個方面進行抓手。
燒結料層的透氣性是影響燒結生產(chǎn)的主要因素,這大大的影響了固體燃耗的使用。
(1)各種不同礦種的燒結性能對比,見表1:
表1 不同礦種燒結性能對比 |
||||||
礦種 |
礦粉名稱 |
同化性 |
液相流動性 |
鐵酸鈣生成能力 |
粘結相強度特性N/cm³ |
連晶固結 特性N/cm³ |
褐鐵礦 |
超特粉 |
99% |
1.51 |
70-75 |
1325 |
482.5 |
PB粉 |
98% |
1.35 |
72-78 |
1480 |
512.6 |
|
楊迪粉 |
99% |
1.42 |
70-75 |
1470 |
459.6 |
|
赤鐵礦 |
南非粉 |
92.8% |
- |
40-45 |
1841.4 |
3895.5 |
巴西粉 |
66.4% |
- |
25-30 |
3251.7 |
1156.4 |
|
巴西精粉 |
54.2% |
- |
0 |
950.6 |
872.2 |
|
磁鐵礦 |
精礦粉1 |
未同化 |
8 |
5-10 |
1421 |
2348.1 |
精礦粉2 |
未同化 |
0.28 |
5-10 |
1430.8 |
4523.7 |
其中:
同化性:以單個鐵礦粉在加熱爐以20℃/s速度加熱到1300℃后,熔化的面積百分數(shù)表示;
液相流動性:以鐵礦粉與溶劑在1300℃發(fā)生化學反應生成液相流動而呈現(xiàn)的面積增長率表示;
鐵酸鈣生成能力:以微型燒結法在一定溫度下1280℃焙燒下顯微鏡觀察的鐵酸鈣生成量;
從上述表中可以看出,褐鐵礦具有高同化性、液相流動性和鐵酸鈣生成能力,磁鐵礦具有較強的粘結相和連晶固結能力,赤鐵礦性能處于居中。
(2)不同礦石的原料粒度組成,見表2:
表2 不同礦石的原料粒度組成對比 % |
|||||||
礦種 |
礦粉名稱 |
>8 |
8-5mm |
5-3mm |
3-1mm |
<1 |
損耗 |
褐鐵礦 |
超特粉 |
9.99 |
7.74 |
21.44 |
22.86 |
37.79 |
0.18 |
麥克粉 |
11.65 |
11.99 |
11.21 |
18.46 |
46.6 |
0.09 |
|
阿特拉斯 |
9.55 |
15.48 |
14.74 |
22.2 |
37.3 |
0.73 |
|
赤鐵礦 |
南非粉 |
14.34 |
29.97 |
23.01 |
17.84 |
14.55 |
0.29 |
巴西卡粉 |
10.62 |
5.97 |
13.85 |
17.62 |
51.92 |
0.03 |
|
IC06粉 |
8.25 |
5.44 |
5.99 |
9.9 |
69.76 |
0.66 |
|
磁鐵礦 |
精礦粉 |
<0.074mm占比50-90% |
|
從上述表中可以看出,褐鐵礦整體粒度組成較好,對進入混合制粒中起到了增大料球間隙的作用,磁鐵礦屬于致密結構礦種,粒度偏細,赤鐵礦居中;
(3)根據(jù)上述表1和表2,了解了不同鐵礦石的基本燒結性能和粒度組成,我們技術人員始終不斷在不同礦種不同比例的各種生產(chǎn)實踐中進行探索和實驗,在燒結堿度2.0倍前提下,配加相同的生石灰(8%),焦粉(4%),返礦粉(12%),以下是礦種之間不同比例生產(chǎn)下各項生產(chǎn)參數(shù)情況,見表3:
表3 不同礦種的配比 % |
|||||||
編號 |
原料占總鐵料比例% |
混合料堆比重 |
混合料粒度組成 |
||||
赤鐵礦 |
褐鐵礦 |
磁鐵礦 |
>8 |
8-3 |
<3 |
||
OA |
23 |
57 |
20 |
1.567 |
22.5 |
60 |
17.5 |
OB |
24 |
54 |
21 |
1.615 |
20 |
60 |
20 |
OC |
28 |
52 |
20 |
1.632 |
18.5 |
59 |
22.5 |
OD |
29 |
50 |
21 |
1.665 |
16.5 |
62 |
21.5 |
OE |
14 |
50 |
36 |
1.671 |
17.2 |
58 |
24.8 |
表4 不同配比的燒結生產(chǎn)參數(shù) % |
|||||||
編號 |
日產(chǎn)量 |
料層 |
機速 |
垂直燒結速度 |
返礦率 |
轉股指數(shù) |
固體燃耗 |
OA |
7200 |
910 |
1.6 |
24.27 |
10.1 |
76.5 |
43.5 |
OB |
7153 |
900 |
1.55 |
23.25 |
10.2 |
76.3 |
43.8 |
OC |
7086 |
900 |
1.5 |
22.5 |
10.34 |
76.1 |
44 |
OD |
6910 |
880 |
1.6 |
23.47 |
10.5 |
75.7 |
44.8 |
OE |
6850 |
850 |
1.65 |
23.38 |
11.2 |
75.2 |
45.5 |
由于褐鐵礦具有同化性好、液相流動性強及粒度組成均勻的優(yōu)點,在經(jīng)過不同的礦種比例生產(chǎn)實踐中,褐鐵礦占總鐵料比例達到55%以上,在燒結生產(chǎn)中,質(zhì)量始終是首要,統(tǒng)籌兼顧,在得到較好的礦種比例生產(chǎn)經(jīng)驗后,對燒結厚料層生產(chǎn)提供了較好的基礎,大大的降低了燒結固體燃耗,真正實現(xiàn)了燒結資源節(jié)能降耗的目的。
2.2改善工藝設備,臺車欄板加高實行超厚料層生產(chǎn)
新金燒結是建有2*200㎡的燒結機,目前臺車欄板高度800mm,已經(jīng)不滿足燒結厚料層低機速運行要求,經(jīng)過技術和設備專業(yè)人員共同研究后,決定自行設計圖紙,對其中一座200㎡燒結機的163個臺車所有上欄板高度增加100mm,下欄板不動,欄板總高度由之前的800mm增加到900mm。
在經(jīng)過15天的檢修改造后,燒結礦質(zhì)量明顯提升,燒結礦粒度得到了優(yōu)化,5-10粒度占比降低,使高爐操作更加穩(wěn)定順行;質(zhì)量改善后對高爐順行也有積極影響,產(chǎn)量和綜合焦比有了明顯改觀,見表5。
表5 臺車欄板加高后生產(chǎn)數(shù)據(jù)對比 |
|||||||
項目 |
臺車欄板 mm |
料層厚度mm |
燃料消耗kg/t |
轉股指數(shù)(%) |
5-10粒級(%) |
返礦率(%) |
內(nèi)返率(%) |
改造前 |
800 |
850 |
45 |
75.2 |
27.5 |
11 |
32 |
改造后 |
900 |
900 |
43 |
76.5 |
26.3 |
10 |
29 |
對比 |
100 |
50 |
-2 |
1.3 |
-1.2 |
-1 |
-3 |
在臺車欄板加高后,更進一步有助于燒結超厚料層生產(chǎn),進一步降低了燒結固體燃耗。
下圖為在欄板加高后,實際生產(chǎn)料層,基本在900-950mm之間,充分利用了混合料在燒結過程中的自動蓄熱功能,延長燒結生產(chǎn)時間,雖然在增加料層后,燒結垂直燃燒速度有所下降,對產(chǎn)量發(fā)揮有一定影響,但隨著厚料層生產(chǎn)燒結粒度組成得到有效改善,高爐返礦率和燒結內(nèi)返率均有一定程度下降,這樣達到了在提高質(zhì)量的同時,也發(fā)揮了產(chǎn)能。
2.3嚴控固體燃料質(zhì)量
降低燒結固體燃耗,更離不開固體燃耗本身質(zhì)量的支持,燒結要求固體燃料的質(zhì)量中固定碳高,灰分低,揮發(fā)分低,硫含量低,粒度組成要好,水分適宜:
表6 我廠燒結使用固體燃耗主要化學成分 % |
|||||
物料名稱 |
灰分 |
揮發(fā)分 |
硫 |
固定碳 |
燃燒速度和反應速度 |
焦粉 |
13.5 |
1.6 |
0.85 |
81.5 |
慢 |
無煙煤 |
16 |
4.5 |
0.9 |
79.8 |
快 |
表7 我廠燒結使用固體燃耗粒度組成分析 % |
|||||
物料名稱 |
>5 |
5-3 |
3-1 |
1-0.5 |
<0.5 |
焦粉 |
6.91 |
9.72 |
14.66 |
12.1 |
55.9 |
無煙煤 |
8.92 |
23.56 |
27.26 |
15.01 |
25 |
燒結使用的無煙煤和焦粉相比,粒度組成較好,但其揮發(fā)分偏高,對環(huán)保節(jié)能降耗,降低NOX不利,因此在燒結使用的固定燃耗中,要求粒度組成<0.5占比要<35%,為進一步節(jié)能降耗,目前我廠燃料結構中以焦粉和無煙煤搭配生產(chǎn),比例為2/8,既滿足了環(huán)保節(jié)能降耗數(shù)據(jù)創(chuàng)A的要求,同時不影響生產(chǎn)質(zhì)量的提高和固體燃耗的降低。
3 燒結煙氣余熱回收,降低電力消耗
燒結生產(chǎn)中會產(chǎn)生大量的熱量,在燒結礦在經(jīng)過環(huán)冷冷卻時,回收燒結環(huán)冷煙氣余熱進行發(fā)電實現(xiàn)能源循環(huán)利用已經(jīng)是目前燒結新技術的發(fā)展方向。新金燒結廠在2022年新建環(huán)冷余熱發(fā)電系統(tǒng),建立12mw額定功率機組發(fā)電,充分利用燒結環(huán)冷煙氣溫度循環(huán)回收,大大降低了能源浪費。
在經(jīng)過1年以來的摸索生產(chǎn),和燒結生產(chǎn)的并行對比,制定了一系列的操作控制參數(shù),將燒結終點溫度控制在500℃(即倒數(shù)第二個風箱溫度),煙道溫度控制115-125℃,燒結機尾紅火層不低于1/3,保證在不影響燒結質(zhì)量的前提下有充分的熱量帶入環(huán)冷機,同時在2023年4月份對環(huán)冷密封進行升級改造,進行上下水密封,有效的降低了漏風率,減少了能源流失,使發(fā)電量有最初的4660kwh/t提升到目前的6200kwh/t,發(fā)電量提高了33%,大大節(jié)約了能源消耗。
4 降低煤氣消耗
高爐煤氣是燒結生產(chǎn)所必須使用的能源,如何有效的降低煤氣耗量,同樣是燒結人的攻關方向之一,燒結使用煤氣主要是燒結機點火使用,通過煤氣的燃燒開啟燒結第一步,點火質(zhì)量的高低直接影響到燒結生產(chǎn)的開端,點火強度過高會造成燒結料面過熔反而影響料層透氣性,點火強度不夠會造成料面發(fā)黃,影響燒結質(zhì)量下降,返礦率升高;因此在燒結人的不斷摸索研究下,如何利用很少的煤氣來保證燒結生產(chǎn)成為重中之重;
3.1在點火器前增加煤氣預熱器
在燒結點火器前增加煤氣預熱器,可以更好的提高煤氣利用率,提高煤氣溫度,保證點火溫度從而不影響燒結產(chǎn)質(zhì)量,在經(jīng)過論證后,新金燒結廠在遇停機檢修機會進行預熱器安裝,在使用上以后,煤氣溫度由30℃升高至72℃,有效的提高了煤氣利用,煤氣耗由60m³/t降至53m³/t。
3.2實行燒結低負壓點火
燒結低負壓點火作為降低點火煤氣單耗的主要措施之一,早在多年前就開始實行,但對降低煤氣消耗效果不佳,新金燒結低負壓點火,采取從1號-3號風箱均全部關閉,真正實行了低負壓點火操作。
5 結論
綜上所述,鋼鐵行業(yè)的發(fā)展要不斷進行強化節(jié)能、降低能耗,在燒結工序中,我們分別從原料優(yōu)化、工藝改進、設備改造等方面進行了攻關,最終達到節(jié)能降耗,節(jié)約資源的目標。
5.1優(yōu)化燒結原料的配礦結構,將褐鐵礦原料的比例控制在合理范圍之內(nèi),占總鐵料的55-59%,更能充分利用原料的性能,帶來生產(chǎn)的提升,降低固體能源的消耗。
5.2嚴抓固體燃料本身質(zhì)量,將符合生產(chǎn)要求的燃料更好的使用到生產(chǎn)中去,達到最大利用率。
5.3要繼續(xù)不斷進行工藝技術挖潛,從節(jié)能出發(fā),充分利用好燒結煤氣預熱器使用,低負壓點火等技術,降低煤氣耗。
5.4設備是生產(chǎn)的基礎,通過在設備上進行創(chuàng)新改造,對臺車進行欄板加高改造,真正實現(xiàn)了在現(xiàn)有燒結機型條件下的超厚料層生產(chǎn),可有效降低燃耗2kg/t;
5.5燒結余熱發(fā)電的投用及生產(chǎn),充分的利用了煙氣余熱,避免能源浪費,通過對燒結工藝參數(shù)的優(yōu)化,余熱發(fā)電量升高33%。
參考文獻
[1] 山西興達科技出版《現(xiàn)代燒結生產(chǎn)實用技術》馮二蓮 李飛 劉繼強 編著2021年1月
[2] 錢自西;鋼鐵廠燒結工藝節(jié)能環(huán)保研究;
[3] 冶金工業(yè)出版社《鐵礦石燒結生產(chǎn)實用技術》許滿興 何國強 張?zhí)靻?廖繼勇 編著2019.8
[4] 候長波;燒結工藝節(jié)能環(huán)保新技術應用實踐;