燒結(jié)節(jié)能技術(shù)及標準綜述

王姜維¹，黃建偉²

(1．冶金工業(yè)信息標準研究院 北京 100730；2．西安建筑科技大學(xué)土木工程學(xué)院 西安 710311)

摘 要：分析了國內(nèi)燒結(jié)工序的能耗現(xiàn)狀、能耗結(jié)構(gòu)，重點分析了余熱回收利用等節(jié)能技術(shù)及標準現(xiàn)狀，提出了下一步標準化工作重點。

關(guān) 鍵 詞：燒結(jié)；節(jié)能；標準

0 前言

從國內(nèi)的爐料結(jié)構(gòu)情況來看，主要以高堿度燒結(jié)礦、酸性球團礦和塊礦組合的爐料結(jié)構(gòu)為主，而其中燒結(jié)礦的配比高達70％~90％，在噸鋼綜合能耗中，燒結(jié)工序能耗約占10％，主要包括生產(chǎn)系統(tǒng)(從熔劑、燃料破碎開始，經(jīng)配料、原料運輸、工藝過程混料、燒結(jié)機、燒結(jié)礦破碎、篩分等到成品燒結(jié)礦皮帶機進入煉鐵廠為止的各個生產(chǎn)環(huán)節(jié))、輔助生產(chǎn)系統(tǒng)(機修、化驗、計量、環(huán)保等)和生產(chǎn)管理及調(diào)度指揮系統(tǒng)等消耗的能源量，扣除工序回收的能源量，不包括直接為生產(chǎn)服務(wù)的附屬生產(chǎn)系統(tǒng)(如食堂、保健站、休息室等)消耗的能源量^[1]。

2012年全國重點鋼鐵企業(yè)燒結(jié)工序能耗為50．60kgce／t，與2011年相比下降了1．43kgce／t，其中，太鋼的燒結(jié)工序能耗值是37．51kgce／t，在重點鋼鐵企業(yè)中最低，而最高能耗值是68．41kgce／t；2013年上半年全國重點鋼鐵企業(yè)燒結(jié)工序能耗為49．77kgce／t，比2012年下降1．17kgce／t，其中，東北特鋼的燒結(jié)工序能耗值是32．83kgce／t，在重點鋼鐵企業(yè)中最低，最高能耗值是68．32kgce／t；可見企業(yè)之間各工序能耗最高值與最低值相差較大，重點鋼鐵企業(yè)的技術(shù)發(fā)展不平衡^[2]。

1 燒結(jié)節(jié)能技術(shù)

在燒結(jié)工序能耗中，固體燃耗約占80％，因此，降低固體燃耗是燒結(jié)節(jié)能工作的重點；此外，電力消耗約占13％，主抽風(fēng)機和鼓風(fēng)機消耗了絕大部分電能，而影響抽風(fēng)機電耗的重要因素是燒結(jié)機及環(huán)冷機漏風(fēng)率，燒結(jié)機的漏風(fēng)率過大，因此，降低電耗的關(guān)鍵是降低燒結(jié)漏風(fēng)率；除固體燃耗、電力消耗外，點火煤氣燃耗約占6．5％，如圖1所示，采用節(jié)能型點火爐、預(yù)熱助燃空氣等措施可以有效降低點火煤氣的消耗；據(jù)統(tǒng)計，燒結(jié)工序中約有50％左右的熱能被燒結(jié)煙氣和冷卻機廢氣帶走，因此，燒結(jié)煙氣余熱利用技術(shù)也是降低燒結(jié)工序能耗的重要技術(shù)之一。總之，按照燒結(jié)工序能耗結(jié)構(gòu)，燒結(jié)節(jié)能技術(shù)分為降低固體燃耗節(jié)能技術(shù)、降低電耗節(jié)能技術(shù)、降低點火煤氣消耗節(jié)能技術(shù)和余熱回收利用技術(shù)。

1．1 降低固體燃耗節(jié)能技術(shù)

1．1．1 厚料層燒結(jié)技術(shù)

厚料層燒結(jié)技術(shù)是降低固體燃耗的重要措施，該技術(shù)是通過加高燒結(jié)機臺車欄板，增加料層厚度，從而利用料層的自動蓄熱，減少混合料中的配碳量。此外，該技術(shù)的應(yīng)用還能提高燒結(jié)礦質(zhì)量，另由于返礦量減少，燒結(jié)礦產(chǎn)量也得到提高。

燒結(jié)料層的自動蓄熱作用隨著料層高度的增加而加強，當料層高度為180~220mm時，蓄熱量只占燃燒帶熱量總收入的35％~45％，當料層高度為400mm時，蓄熱量達55％~60％。因此，提高料層厚度，采用厚料層燒結(jié)，充分利用燒結(jié)過程的自動蓄熱，可以降低燒結(jié)料中的固體燃料用量。根據(jù)生產(chǎn)實踐，料層每增加10mm，燃料消耗可降低1～3kgce／t左右。綜合考慮燒結(jié)礦各項指標，目前國內(nèi)燒結(jié)料層厚度維持在600~800mm之間。

1．1．2 小球燒結(jié)技術(shù)

小球燒結(jié)技術(shù)是將鐵精礦、富鐵礦、熔劑(石灰石或白云石)、返礦、生石灰和少部分固體燃料加水混合制成小球團，然后將小球團和固體燃料混合，混合后用偏析布料法將小球料布在燒結(jié)機上，然后點火燒結(jié)，制造出小球燒結(jié)礦，可改善燒結(jié)混合料的透氣性，進而提高燒結(jié)礦的產(chǎn)量和質(zhì)量。

該技術(shù)主要適用于采用細精礦或以部分細精礦作為燒結(jié)原料的燒結(jié)廠。國內(nèi)某廠燒結(jié)機采用小球燒結(jié)工藝后，料層厚度增加了100mm，在單位風(fēng)量只增加2．85％的情況下，因料層提高而產(chǎn)生的自動蓄熱作用使熱量使用率進一步提高，燃料配比因此而降低，燒結(jié)固體燃耗由51kgce／t下降到46kgce／t。

1．1．3 燃料分加技術(shù)

燃料分加技術(shù)是小球燒結(jié)技術(shù)的完善，在加強原料的混合制粒后，傳統(tǒng)的燃料添加方式會造成礦粉深層包裹燃料，從而妨礙燃料顆粒的燃燒。該技術(shù)通過把燃料在一混、二混分別添加，以燃料為核心外裹礦粉的顆粒數(shù)量及深層嵌埋于礦粉粘附層里的燃料數(shù)量會受到限制，從而使大多數(shù)燃料附著在球粒表層，有利于燃料的充分燃燒，能改善燃燒效果，降低固體燃耗。日本新日鐵某煉鐵廠170m²燒結(jié)機采用焦粉分加技術(shù)后，焦粉消耗由原來的60．0kgce／t降至56．3kgce／t。

1．2 降低電力消耗節(jié)能技術(shù)

目前，降低燒結(jié)電耗的節(jié)能技術(shù)主要是降低漏風(fēng)率技術(shù)。降低漏風(fēng)率技術(shù)是降低電耗的關(guān)鍵措施，該技術(shù)是加強對機頭機尾兩端的密封和滑道的密封，采用密封性好、使用壽命長的密封裝置。對于邊緣漏風(fēng)，則可采取適當增加邊緣料水分，同時使用壓輥壓實邊緣的做法來減少漏風(fēng)。臺車與風(fēng)箱滑道之間的漏風(fēng)、燒結(jié)臺車本體漏風(fēng)可采用全屏蔽多級磁力密封方式。頭尾密封裝置與臺車底面之間的漏風(fēng)可采用全金屬柔磁性密封裝置。

據(jù)統(tǒng)計，如漏風(fēng)率減少10％，可增產(chǎn)5％～6％，每噸燒結(jié)礦可減少電耗2kWh，成品率提高1．5％～2．0％，同時可減少噪聲，改善環(huán)境。日本新日鐵某燒結(jié)機采用降低漏風(fēng)率措施后，漏風(fēng)率降低了12．5％，電耗降低了1．96kWh／t，相當于每降低10％的漏風(fēng)率，電耗降低1．56kWM；國內(nèi)某鋼廠將燒結(jié)機漏風(fēng)率從71．4％降到42．99％后，電耗降低了4．33kWh／t降至20．21kWh／t，即每降低10％的漏風(fēng)率，電耗降低1．54kWh／t左右。

1．3 余熱回收利用技術(shù)

1．3．1 燒結(jié)余熱回收發(fā)電技術(shù)

燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)是將環(huán)冷機一段及二段高溫廢氣回收，經(jīng)余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽進行發(fā)電的技術(shù)。該技術(shù)不產(chǎn)生額外的廢氣、廢渣、粉塵和其它有害氣體，能夠有效提高燒結(jié)工序的能源利用效率，平均每噸燒結(jié)礦產(chǎn)生的煙氣余熱回收可發(fā)電20kWh，折合噸鋼綜合能耗可降低約8kgce／t。目前國內(nèi)燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)發(fā)展較為廣泛，但余熱廢氣受生產(chǎn)穩(wěn)定性的影響較大，進而造成發(fā)電量不穩(wěn)，國內(nèi)各鋼鐵企業(yè)的應(yīng)用效果不一。

1．3．2 熱風(fēng)燒結(jié)技術(shù)

熱風(fēng)燒結(jié)以熱風(fēng)的物理熱代替部分固體燃料的燃燒熱，使燒結(jié)料層上、下部熱量和溫度的分布趨向均勻，同時，由于上層燒結(jié)礦處于高溫作用時間較長，大大減輕了因急冷造成的表層強度降低，因此，熱風(fēng)燒結(jié)具有改善表層強度的重要作用。熱風(fēng)燒結(jié)的熱風(fēng)來源有燒結(jié)機尾部廢氣、冷卻機廢氣和點火器廢氣。由于配料中固體燃料減少，固定碳分布趨于均勻，減少了形成脆性、薄壁、大孔結(jié)構(gòu)的可能性，有利于燒結(jié)礦強度的提高。

熱風(fēng)燒結(jié)的主要特點有：降低固體燃耗(可節(jié)省固體燃耗約0．5～1．5kgce／t)、改善表層燒結(jié)礦強度；降低燒結(jié)礦中FeO含量；改善燒結(jié)礦還原性；降低燒結(jié)礦的硫含量；優(yōu)化成品礦粒度組成、降低返礦量；提高燒結(jié)礦鐵品位。熱風(fēng)燒結(jié)的主要工藝流程如圖2所示。

1．3．3 熱風(fēng)點火技術(shù)

熱風(fēng)點火技術(shù)是利用環(huán)冷機低溫廢氣進行熱風(fēng)助燃的技術(shù)，該技術(shù)近年被國內(nèi)鋼廠逐步采用，還處于發(fā)展階段，該技術(shù)可節(jié)省約25％～30％高爐煤氣。

2 燒結(jié)節(jié)能技術(shù)標準化工作

2．1 節(jié)能標準工作現(xiàn)狀

冶金行業(yè)節(jié)能標準化起步較晚，在制定過程中充分考慮了標準與國家政策、自主研發(fā)成果、行業(yè)需求相結(jié)合，標準技術(shù)內(nèi)容和水平力求符合當前節(jié)能技術(shù)發(fā)展要求，促進行業(yè)的節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用和推廣，如蓄熱式燃燒技術(shù)、干熄焦技術(shù)、燒結(jié)余熱利用技術(shù)、礦熱爐節(jié)能技術(shù)等。包括《鋼鐵企業(yè)能效指標計算導(dǎo)則》等基礎(chǔ)標準在內(nèi)，冶金節(jié)能領(lǐng)域現(xiàn)行標準有20多項，標準體系框架的構(gòu)建已基本完成，標準體系也在不斷完善。

具體到燒結(jié)工序的節(jié)能標準化，除通用的基礎(chǔ)、方法標準外，現(xiàn)行的節(jié)能技術(shù)標準有1項：YB／T4254—2012《燒結(jié)冷卻系統(tǒng)余熱回收利用技術(shù)規(guī)范》，燒結(jié)廢氣余熱利用是鋼鐵工業(yè)“十二五”期間重點推廣的節(jié)能技術(shù)，該標準規(guī)范了燒結(jié)冷卻系統(tǒng)余熱資源的回收利用，標準的實施為燒結(jié)系統(tǒng)的設(shè)計和施工運行提供指導(dǎo)，鋼鐵企業(yè)通過燒結(jié)余熱回收系統(tǒng)達到節(jié)約資源、改善生產(chǎn)條件、保護環(huán)境的作用，同時可降低燒結(jié)生產(chǎn)成本，給企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟效益。

2．2 下一步工作

為盡快完善燒結(jié)節(jié)能標準化工作，滿足推廣先進節(jié)能技術(shù)的需求，下一步工作重點應(yīng)從以下幾方面展開：

1)加快制定節(jié)能技術(shù)標準。

厚料層燒結(jié)技術(shù)、小球燒結(jié)技術(shù)、降低漏風(fēng)率技術(shù)、余熱回收利用技術(shù)等都是國家重點推廣的先進技術(shù)，這些技術(shù)的節(jié)能效果好，應(yīng)盡快對其進行標準化的可行性分析，如果適于轉(zhuǎn)化標準，盡快組織鋼鐵企業(yè)、設(shè)計單位、研究院所等制定標準，規(guī)范其設(shè)計和施工運行。

2)逐步完善配套方法標準。

目前，尚無燒結(jié)專用節(jié)能方法標準，如燒結(jié)熱平衡計算方法、評價節(jié)能技術(shù)節(jié)能效果的節(jié)能量的計算方法、點火爐燃燒計算方法等配套的標準應(yīng)逐步完善。

3)初步建立節(jié)能監(jiān)測標準。

節(jié)能監(jiān)測是促進企業(yè)節(jié)能降耗、合理用能、提高經(jīng)濟效益的重要手段。對耗能設(shè)備進行用能監(jiān)測，掌握耗能狀況，挖掘節(jié)能潛力，能夠為節(jié)能技改提供科學(xué)依據(jù)。目前，節(jié)能監(jiān)測標準尚為空白，應(yīng)針對燒結(jié)機、主抽風(fēng)機、點火爐等耗能設(shè)備建立監(jiān)測標準，包括監(jiān)測項目、監(jiān)測方法及評價指標等。

3 結(jié)語

厚料層燒結(jié)、小球燒結(jié)、降低漏風(fēng)率、余熱回收利用等技術(shù)是近年來國家重點推廣的先進節(jié)能技術(shù)。其中，燒結(jié)冷卻系統(tǒng)余熱回收利用技術(shù)已經(jīng)成功轉(zhuǎn)化為標準，該標準是國家有關(guān)規(guī)程和技術(shù)經(jīng)濟政策在鋼鐵工業(yè)燒結(jié)廠的的具體體現(xiàn)。在今后工作中，將重點落實上述重點節(jié)能技術(shù)標準的制定工作，加強節(jié)能技術(shù)示范推廣，同時，逐步完善配套的方法標準、節(jié)能監(jiān)測標準，為節(jié)能技術(shù)標準提供支撐，促進節(jié)能降耗。

參 考 文 獻：

[1]   周繼程，酈秀萍，上官方欽，等．我國燒結(jié)工序能耗現(xiàn)狀及節(jié)能技術(shù)和措施[J]．冶金能源，2010，(29)2：23—26．

[2]   王維興．2013年上半年重點鋼鐵企業(yè)能源能源利用狀況評述[C]．中國金屬學(xué)會．第九屆中國鋼鐵年會論文集．北京：冶金工業(yè)出版社，2013．