摘  要  中天鋼鐵集團(tuán)第一燒結(jié)廠自建廠以來，工序能耗一直居高不下，與同行業(yè)相比水平相差較大，特別是2010年以來，鋼鐵行業(yè)轉(zhuǎn)型升級期，對燃耗管控、工序能耗消耗優(yōu)化已然成為企業(yè)降本增效的重頭戲。近年來，通過燒結(jié)生產(chǎn)實踐提升、兄弟單位的對標(biāo)學(xué)習(xí)，采取一系列的措施，包括提高生石灰配比，厚料層燒結(jié)，回收含碳工業(yè)廢料等，使得工序能耗逐年下降，到2016年已降到47.72kgec/t，比投產(chǎn)之初降低了12.48 kgec/t。 

關(guān)鍵詞  燒結(jié)工序能耗  生石灰配比  厚料層燒結(jié)  燃料粒度  余熱發(fā)電

Study on energy saving and consumption reduction in sintering process

Zhou Xiaodong, Wang Bowen , Liu Tong

（Sintering plant, Zhongtian steel Group Co., Ltd., Jiangsu Changzhou, 213100）

Abstract  Zhongtian Iron & Steel Group the first sintering plant since the plant, energy consumption has been high, compared with the same industry level difference, especially since 2010, the steel industry to upgrade the transition period, fuel consumption control, energy consumption has become the highlight of the optimization process of enterprise cost reduction and efficiency. In recent years, promotion, through the sintering production practice brothers unit benchmarking study, take a series of measures, including increasing lime rate, thick layer of sintered carbon, recycling of industrial waste, the energy consumption decreased year by year, to 2016 has been reduced to 47.72kgec/t, 12.48 kgec/t lower than the beginning of production.

Key words  working procedure energy consumption, lime ratio, thick layer, sintering fuel, particle size, waste heat, power generation 

1  前言

鋼鐵企業(yè)是高污染、高耗能、高成本的三高企業(yè)，伴隨著我國處于經(jīng)濟(jì)增長的換擋期、結(jié)構(gòu)調(diào)整的陣痛期與前期刺激性政策消化期的“三期疊加”的考驗，對鋼鐵行業(yè)來說面臨市場萎靡和內(nèi)部集約化經(jīng)營轉(zhuǎn)變更是一種挑戰(zhàn)，這就要求鋼鐵企業(yè)做好內(nèi)功，提升自身競爭力。隨著經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展，節(jié)能減排已成為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主步調(diào)，也是企業(yè)降低生產(chǎn)成本的方向。鋼鐵工業(yè)是我國的能耗大戶，而燒結(jié)能耗又占鋼鐵生產(chǎn)總能耗的10%~15%，節(jié)能降耗始終是冶金工作的重點，無論是對增加企業(yè)的市場競爭力，還是對企業(yè)的持續(xù)發(fā)展來說，都具有十分重大的意義。因此，在確保燒結(jié)礦質(zhì)量的前提下，降低燒結(jié)工序能耗，降低燒結(jié)噸礦成本是我們一直攻關(guān)的方向和追求的目標(biāo)。

2  燒結(jié)機(jī)投產(chǎn)初期工序能耗的狀況

    我廠目前有兩臺180m2燒結(jié)機(jī)，投產(chǎn)于2008年9月。09年之前燒結(jié)的工序能耗、焦粉消耗以及電力消耗分別達(dá)到60.2kgec/t,58.2kg/t和46.8kwh/t，與國內(nèi)同行相比，差距甚大。近年來，隨著鋼鐵企業(yè)深挖內(nèi)功，各企業(yè)都把節(jié)能降耗作為生產(chǎn)發(fā)展的重要目標(biāo)，中天鋼鐵也不例外。我廠根據(jù)自身生產(chǎn)條件，通過燒結(jié)工藝改進(jìn)、設(shè)備改造，使燒結(jié)能耗逐年降低，現(xiàn)已取得明顯成效。

10年開始，隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大、節(jié)能降耗意識的增強，我廠通過“對標(biāo)挖潛”工作，實行“請進(jìn)來，走出去”的交流方針，向同行業(yè)其它先進(jìn)的企業(yè)學(xué)習(xí)，從管理、操作、設(shè)備和技術(shù)創(chuàng)新等方面入手，采取相應(yīng)的措施，使燒結(jié)能耗逐年降低。09年燒結(jié)工序能耗如下表。

3  降低燒結(jié)能耗的主要措施

3.1  低碳厚料層燒結(jié)

低碳厚料層燒結(jié)是20世紀(jì)80年代開始發(fā)展起來的燒結(jié)技術(shù)，它能改善燒結(jié)礦質(zhì)量，提高燒結(jié)礦強度，提高成品率，降低燃料消耗，降低FeO含量并提高還原性，在近二十年來得到了廣泛應(yīng)用和快速發(fā)展。

由于燒結(jié)過程中料層厚度增加，可以提高料層自動蓄熱作用，從而減少固體燃料的消耗，達(dá)到降低能耗的作用。燒結(jié)混合料在臺車上布料時，由于偏析布料存在，上層與中層的粒度組成相差不大，但下層大顆粒料增加，這樣下層含碳量也會增高，由于燒結(jié)料層的自動蓄熱作用，使下部料層溫度高于上部料層。有研究表明，料層厚度為180~220mm時，蓄熱量只占燃燒帶總熱收入的35%~45%，而料層提高到400mm時，蓄熱量達(dá)到55%~60%，上層溫度一般僅有1100～1200℃，最下層則可高達(dá)1600℃。[1]在抽風(fēng)燒結(jié)生產(chǎn)中，臺車上部的燒結(jié)礦遇冷空氣急劇冷卻，結(jié)晶程度低，玻璃質(zhì)含量高，強度差，粉末多。隨著燒結(jié)料層的增加，臺車上部強度差的燒結(jié)礦比例相應(yīng)降低，燒結(jié)礦產(chǎn)率提高。厚料層燒結(jié)時，高溫帶相應(yīng)增寬，燒結(jié)速度減慢，礦物結(jié)晶條件變好，結(jié)晶度降低，燒結(jié)礦強度和成品率升高。在燒結(jié)過程中，料層自身蓄熱能力隨料層的增加而增強，厚料層燒結(jié)可減少燒結(jié)過程的配碳量，增強氧化性氣氛，且料層中溫度分布均勻，低價氧化物氧化放熱量增加，高價氧化物分解吸熱量減少，從而降低燒結(jié)礦FeO含量，提高燒結(jié)礦的還原性。[2]

從10年開始貫徹厚料層燒結(jié)后，第一燒結(jié)廠將提高燒結(jié)礦質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本作為工作的核心，在不斷總結(jié)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，對臺車欄板進(jìn)行技改，由之前的650mm逐漸改為現(xiàn)在的750mm，并通過機(jī)頭布料圓輥壓料操作和布料兩側(cè)擋板減少漏料使得現(xiàn)有布料料層達(dá)到780mm，采用低碳厚料層生產(chǎn)工藝后燒結(jié)礦各項指標(biāo)穩(wěn)步提升,實現(xiàn)了燒結(jié)過程優(yōu)質(zhì)、低耗。

3.2  以煤代焦及加強燃料破碎粒度降低燃耗

近年來，以煤代焦是我廠節(jié)能降耗、控制成本的主要手段之一，全部取代焦末已達(dá)到效益的最大化。由于當(dāng)前焦煤的差價很可觀，全部代替焦末的確能夠產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益。由于燒結(jié)偏析布料存在，燃料粒度控制成為我們降低固體燃料的又一主要措施。2012年我們對中天鋼鐵180m2燒結(jié)機(jī)配加不同煤粉粒級的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計分析，在實驗室進(jìn)行了煤粉不同粒度組成的燒結(jié)杯實驗研究，對不同的配加方案的燒結(jié)效果進(jìn)行了對比研究選擇，并在燒結(jié)機(jī)上進(jìn)行了實驗驗證。[3]

3.2.1  燒結(jié)杯試驗確立

首先進(jìn)行燒結(jié)杯試驗的確立，劃分煤粉的粒級，針對不同粒級進(jìn)行單項試驗，在適宜煤粉粒度組成的選擇實驗，如表3。

確定粒級后，進(jìn)行燒結(jié)杯試驗，實驗結(jié)果如表4。

由實驗結(jié)果可以看出：

煤粉在粒度組成在-3mm粒級占70~75%各項指標(biāo)相對最優(yōu)，煤粉粒度在-3mm粒級占80%時，雖然利用系數(shù)較高，但固體燃耗、轉(zhuǎn)鼓指數(shù)、成品率及粒度組成均不理想。

隨著粒度繼續(xù)變粗，強度繼續(xù)改善，尤固體燃耗大幅下降，但利用系數(shù)也明顯降低。分析主要是燃料粒度變粗后，燃燒速度變慢，紅層增厚，透氣性下降，燒結(jié)速度變慢，高溫保持時間加長所致。[4]

注：實驗堿度按1.85倍控制，混合料水分按7.7±0.2%控制試驗料層750mm。

3.2.2  燒結(jié)驗證試驗

根據(jù)燒結(jié)杯試驗結(jié)果結(jié)果，我們在燒結(jié)機(jī)上進(jìn)行了實踐驗證。原料配比如下表5：

注：實驗堿度按1.85倍控制，混合料水分按7.8±0.2%控制試驗料層780mm。

由實驗結(jié)果可以看出：2#、3#實驗各指標(biāo)為最優(yōu)。由此可以得出結(jié)論，在現(xiàn)有的原料結(jié)構(gòu)條件下，煤粉在粒度組成在-3mm粒級占70%左右時各項指標(biāo)最優(yōu)，這與前面燒結(jié)杯實驗的結(jié)果也是一致的。

3.2.3  破碎條件的選擇

燃料最優(yōu)粒度確定后，針對焦、煤的性質(zhì)不同，進(jìn)一步對無煙煤破對條件進(jìn)行確認(rèn)。

對破碎粒度不能達(dá)到目標(biāo)值的原因進(jìn)行分析，破碎效果主要受三方面影響，原料物化性質(zhì)、破碎料流量、以及破碎設(shè)備參數(shù)，在排除因陰雨天氣導(dǎo)致無煙煤水分波動較大引起破碎效果受影響的因素外，破碎設(shè)備參數(shù)保持不變，主要分析流量變化對破碎效果的影響。

通過對無煙煤下料量進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過對比試驗，破碎效果如下：結(jié)果下表7所示。

由表8改變料量之后，無煙煤粒度＞3mm含量明顯減少，小于3mm含量有大幅度增加，再對改變下料量前后＜3mm細(xì)粒級增量及破碎前后平均粒度的變化值進(jìn)行分析，結(jié)果如表8。

由表8改變下料量對無煙煤破碎效果影響顯著，＜3mm含量從63.89%升高到71.46%，超過目標(biāo)值70%，平均粒度也有明顯降低。

由此可知，減少無煙煤破碎料流量將對破碎效果產(chǎn)生明顯效果，通過減少下料量來提高破碎效果的方法是可行的。

3.3  回收利用含碳工業(yè)廢料

鋼鐵生產(chǎn)過程會產(chǎn)生大量的含鐵、含碳的廢料，如鋼渣、高爐除塵灰、瓦斯灰、軋鋼氧化鐵皮等，這些廢料若不回收，不僅污染環(huán)境，而且還是一種資源浪費。通過配加到燒結(jié)混合料中參加燒結(jié)，不僅代替一定比例的鐵礦粉降低燒結(jié)礦生產(chǎn)成本，又可達(dá)到減排和資源綜合利用的目的。例如氧化鐵皮含鐵量高達(dá)72.5%，F(xiàn)eO含量也很高（50%左右），在燒結(jié)過程中，F(xiàn)eO氧化會放出熱量，經(jīng)過測算，使用1kg氧化鐵皮，大約可以節(jié)省0.1kg無煙煤。其他廢料中不僅含鐵，還含有一定的碳，特別是瓦斯灰含碳量在20~30%，因此，配用瓦斯灰是降低燃料成本的重要舉措。由于這些雜料親水性差，配加到燒結(jié)混合料后不利于其成球，導(dǎo)致燒結(jié)料層透氣性差，影響燒結(jié)礦產(chǎn)量和質(zhì)量。為了降低配加雜料的不利影響，借助燒結(jié)杯試驗確定了合適的配比并應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，同時現(xiàn)場采取了一系列有效措施改善料層透氣性，保證了燒結(jié)礦的產(chǎn)質(zhì)量。[6]

3.4  穩(wěn)定生石灰配比

眾所周知，用生石灰作為燒結(jié)熔劑的優(yōu)勢，一是生石灰遇水消化放出熱量，可以提高混合料溫度，減輕過濕層的影響，從而提高燒結(jié)料層的透氣性；二是生石灰消化后生成Ca(OH)2，含Ca(OH)2的小球具有較高的濕容量，表面張力大，不易被冷凝水破壞，因此有利于改善混合料的成球性和制料小球的熱穩(wěn)定性。

我們通過對燒結(jié)原料配礦結(jié)構(gòu)的控制，逐步穩(wěn)定生石灰配比。公司成立配礦小組，通過合理的配礦方案以及適宜的燒結(jié)礦堿度，穩(wěn)定生石灰的配加量。經(jīng)過數(shù)據(jù)統(tǒng)計，生石灰配比為4%時，可使得燒結(jié)混合料溫度最高達(dá)到了50℃，二混的成球性也得到了提高，大于3毫米的粒級從55%提高到68%，效果明顯，燒結(jié)料層的透氣性得到了改善，不但降低了固體燃耗，而且提高了燒結(jié)速度，增加了產(chǎn)量。

3.5  蒸汽加熱提高混合料溫

    混合料溫的提高，可有效減少過濕層，提高料層的透氣性，改善燒結(jié)抽風(fēng)制度，達(dá)到提產(chǎn)的目的。經(jīng)過反復(fù)嘗試論證，最終確定兩個方式來提升料溫。一是在一混建立蓄水池，向蓄水池里通蒸汽，通過提高加入水的溫度來提高混勻料整體料溫。設(shè)計最初，一混加水直接是由消防水供給，水壓不穩(wěn)定且不容易提升水的溫度，于是在一混旁改建水池用泵進(jìn)行抽水，同時在水池中通蒸汽管，形成一混熱水加水潤濕的效果。熱水進(jìn)一步提升了生石灰消化后的料溫，通過檢測料溫整體提升了10~15℃，混合料溫可達(dá)最高可達(dá)65℃。二是小礦槽加蒸汽，由于皮帶輸送距離長，熱能損耗大，進(jìn)入小礦槽混合料的溫度會有一定的降低回落。通過在小礦槽內(nèi)通蒸汽，同時對蒸汽噴頭的數(shù)目、角度經(jīng)過多次嘗試，找到了最佳方案，這樣從圓輥下來的混合料溫度能達(dá)到80℃左右，遠(yuǎn)大于燒結(jié)露點溫度，減少了過濕層，燒結(jié)礦的成品率得到了進(jìn)一步的提高，燒結(jié)產(chǎn)能的提高，電耗、燃耗就隨之降低，工序能耗自然就有所下降。[7]

3.6  提高設(shè)備作業(yè)率，降低電耗

燒結(jié)生產(chǎn)的電耗僅次于固體燃料，約占工序能耗的25%左右。我廠燒結(jié)機(jī)均采用了新工藝新裝備，有完整的整粒和除塵系統(tǒng)，自動化水平較高，所帶來的電力消耗也較高。其中尤以主抽風(fēng)機(jī)電耗為最，我廠共有7200kw的主抽風(fēng)機(jī)2臺，一般燒結(jié)機(jī)停機(jī)不超過2個小時的情況下，不停主抽風(fēng)機(jī)，只能壓低風(fēng)門開度。因此在故障較多的情況下，電能浪費相當(dāng)大。生產(chǎn)實踐表明，作業(yè)率與電耗成反比關(guān)系，設(shè)備停臺越多，電機(jī)的空轉(zhuǎn)率越高，單位產(chǎn)品的電耗也就越高。為此我們加強了設(shè)備的點巡檢制度，對點巡檢人員進(jìn)行重新挑選，一要有較強的責(zé)任心，二要有過硬的技術(shù)水平。同時合理安排檢修時間，10年開始已基本實現(xiàn)每月定修，這樣保障了生產(chǎn)的流暢，提高了設(shè)備作業(yè)率，同時也降低了電耗。

另外，燒結(jié)機(jī)漏風(fēng)率也是影響電耗的一個重要方面。實踐表明，漏風(fēng)率每增加1%，電耗就增加0.12~0.15 kwh/t，因此降低漏風(fēng)率也是節(jié)電的有效措施。因此每次檢修我們都對燒結(jié)機(jī)的機(jī)頭、機(jī)尾密封板進(jìn)行檢查，對臺車彈性滑塊壞的進(jìn)行更換，對臺車的欄板進(jìn)行緊固。更換新型雙層卸灰閥，減少有害漏風(fēng)。優(yōu)化風(fēng)力資源分布，使用鋪底料工藝。采用鋪底料后，避免了篦條易為濕混合料堵塞以及燒結(jié)礦粘篦條，從而減少阻力損失。同時在檢修完開機(jī)的時候，先把風(fēng)箱風(fēng)門都關(guān)上（尾部風(fēng)箱開2個），臺車的料走到哪里，風(fēng)箱就開到哪里，避免了臺車空載對電能的浪費也有效保護(hù)了風(fēng)機(jī)。

3.7  增加余熱發(fā)電的發(fā)電量

2009年開始，我廠上馬了燒結(jié)低溫余熱發(fā)電項目，利用燒結(jié)環(huán)冷的熱廢氣，進(jìn)行回收再利用帶動汽輪機(jī)發(fā)電，目前已實現(xiàn)成功并網(wǎng)發(fā)電。但隨著生產(chǎn)的進(jìn)行，環(huán)冷漏風(fēng)日益嚴(yán)重，余熱回收效果較差，我廠積極外出考察，采用當(dāng)前較為先進(jìn)的余熱回收技術(shù)，提高余熱回收率，增加余熱發(fā)電量。14年對環(huán)冷進(jìn)行技改，投用球團(tuán)式環(huán)冷機(jī)，有效提升高溫溫氣利用，余熱發(fā)電量較之前提升4度/噸，最高達(dá)到了20kwh/t，有效提高了煙氣回收率。

4  實施效果檢查

2010年以來，燒結(jié)廠圍繞以上措施，逐步應(yīng)用于生產(chǎn)，效果較明顯，燒結(jié)工序能耗逐步下降，最終穩(wěn)定在48 kgce/t左右的正常水平，具體數(shù)據(jù)見表9。

5  結(jié)語

通過幾年來的生產(chǎn)實踐，證明以上措施在降低燒結(jié)工序能耗方面有明顯的效果。 

保持低碳厚料層操作；以煤代焦及加強燃料破碎粒度合格率；回收利用含碳工業(yè)廢料；穩(wěn)定生石灰配比；蒸汽加熱提高混合料溫；提高燒結(jié)機(jī)的作業(yè)率，減少事故停機(jī)，降低電耗；通過實施技改增加余熱發(fā)電的發(fā)電量。

6  參考文獻(xiàn)

[1]曲格平．循環(huán)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境保護(hù)[N]．光明日報，2014年 1 月 20 日.

[2]許明山主編．環(huán)境保護(hù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展一貫徹執(zhí)行可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略增值GDP[M]．北京：中國財政經(jīng)濟(jì)出版社，2004.8.

[3]陳宗興、劉燕華．循環(huán)經(jīng)濟(jì)面面觀[M]．遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2013 年 9 月.

[4]許錠明．2012 低碳：未來能源之路[J]．中國石油石化，2012(12):38.

[5]王大衛(wèi)．質(zhì)量、健康、安全與環(huán)境(QHSE)一體化管理體系的研究[D]．南京理工大學(xué)碩士論文，20102 年 6 月.

[6] 姜林.企業(yè)如何才能做好成本控制實現(xiàn)降本增效[J].金融經(jīng)濟(jì),2012(8) .

[7] 李燕媚,張宏濤.燒結(jié)生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步及降本增效[J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟(jì)和信息化，2013(16).