摘  要  近年來，聯(lián)合特鋼公司采取了多項措施降低燒結(jié)工序能耗。我廠通過設(shè)備改造、改進(jìn)生產(chǎn)工藝等措施成功實施了1000mm超厚料層生產(chǎn)，有效降低了燒結(jié)工序的固體燃料消耗及煤氣消耗。此外，公司對燒結(jié)廠的風(fēng)機(jī)系統(tǒng)（主抽風(fēng)機(jī)、除塵風(fēng)機(jī)、換冷鼓風(fēng)機(jī)）和余熱水泵進(jìn)行變頻改造，從而有效降低了燒結(jié)的工序電耗。

關(guān)鍵詞  超厚料層燒結(jié)  工序能耗  變頻改造

1  節(jié)能概況

天津天鋼聯(lián)合特鋼有限公司坐落于天津市寧河區(qū)，燒結(jié)廠現(xiàn)有230㎡燒結(jié)機(jī)兩臺，年產(chǎn)燒結(jié)礦可達(dá)540萬噸。燒結(jié)廠堅持以“滿足高爐需求為宗旨，降本增效為目的”的生產(chǎn)方針，認(rèn)真貫徹向管理要效益的理念，確定科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、合理的原料結(jié)構(gòu)，精心組織生產(chǎn)。自投產(chǎn)以來，燒結(jié)廠進(jìn)行了多項技術(shù)改造和攻關(guān)課題，不斷降低燒結(jié)工序的能耗水平。現(xiàn)對近幾年來我公司燒結(jié)廠所做的工藝技術(shù)改進(jìn)、節(jié)能攻關(guān)及設(shè)備改造項目進(jìn)行總結(jié)。

2  1000毫米超厚料層燒結(jié)技術(shù)

自2011年兩臺燒結(jié)機(jī)相繼投產(chǎn)以來，燒結(jié)機(jī)的布料厚度由最初的700mm逐步提升至800mm，2013年又提升至910mm，2016年經(jīng)過各項技術(shù)改造，成功將兩臺燒結(jié)機(jī)布料厚度提升至1000mm。經(jīng)過我們不斷地摸索與實踐，料層厚度提高后，各項生產(chǎn)工藝參數(shù)趨于穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量得到了進(jìn)一步的提高。

近年來，圍繞燒結(jié)料層厚度的提高各單位都進(jìn)行了不懈的努力，但是真正實現(xiàn)1000mm料層燒結(jié)的企業(yè)還寥寥無幾。雖然各單位裝備不盡不同，原燃料也有差異，但是最重要的還是對厚料層燒結(jié)技術(shù)的認(rèn)知不夠，沒有形成一套系統(tǒng)、科學(xué)的思考方式，也就談不上科學(xué)的操作實踐了。

2.1  設(shè)備改造

為了提高料層，首先要對燒結(jié)機(jī)的原有設(shè)備進(jìn)行改造。首先是機(jī)頭點火設(shè)備，將原有點火爐10根支撐腿連接部位拆開，用千斤頂將點火爐頂起后將連接部位加入H型鋼板凳，煤氣管道及助燃風(fēng)管道同時在上方去掉一部分，然后重新焊接。在燒結(jié)機(jī)的機(jī)尾，為防止掛料，將機(jī)尾煙罩也進(jìn)行了適當(dāng)?shù)靥Ц?。改造后的效果如圖1所示。

為了確保料面的平整，燒結(jié)機(jī)的機(jī)頭布料裝置也進(jìn)行了合理地改造：在九輥布料器后方加裝了平料器同時根據(jù)料面的點火狀況調(diào)整平料器的配重。料面經(jīng)過平料器后，再由三個壓輥調(diào)整料面的厚度。詳細(xì)情況如圖2所示。

臺車原有欄板高度為700mm，為保證料面兩側(cè)的物料不至灑落，在燒結(jié)機(jī)頭加裝擋板，采取“中間高、兩側(cè)低”的梯形布料方式，同時在機(jī)頭部位設(shè)置3個壓輥，壓輥布置如圖-3所示。根據(jù)物料灑落的實際情況，可在臺車兩側(cè)適當(dāng)增加一對吹掃裝置。

2.2  生產(chǎn)工藝的改進(jìn)

透氣性是燒結(jié)厚料層作業(yè)的關(guān)鍵；氣流在燒結(jié)過程中所遇到的阻力主要來源于兩部分，一部分是原始料層中的過濕層，另一部分則是燃燒層。

對于未經(jīng)過點火燒結(jié)的原始料層，布料高度增加后，下部料層在重力作用下會被進(jìn)一步壓實，使料層阻力增加。為了保證原始料層的透氣性，燒結(jié)過程所用的鐵料應(yīng)以粒度礦為主，同時控制鐵精粉的配加量。熔劑方面，加強了對白灰的質(zhì)量管控，要求其白灰粒度<3mm的粒度組成不低于90%，CaO含量不低于80%，同時提高白灰的活性度，減少生燒及雜質(zhì)含量。

為了進(jìn)一步減少過濕層對料層透氣性的影響，強化制粒效果，燒結(jié)廠提高了一混加水口的水溫，在促進(jìn)白灰消化的同時也提高了混勻料的料溫。

除了料層的冷態(tài)透氣性，燒結(jié)過程中料層的熱態(tài)透氣性也同樣重要，氣流在高溫區(qū)域的主要阻力來自于燒結(jié)的燃燒層，為了保證燒結(jié)過程的熱態(tài)透氣性，燃燒層不宜過厚。燃料方面，對鐵廠返回的焦粉進(jìn)行進(jìn)一步的篩分，粒度較細(xì)的焦粉直接配加進(jìn)入原料倉；粒度較粗的焦粉經(jīng)過破碎后再使用。這樣既可以減少燃料破碎工藝的電耗，也可以確保燃料粒度的穩(wěn)定。同時，由于我廠所用的洗精煤和焦粉的熱值有一定的差異，為了確保燒結(jié)礦質(zhì)量的穩(wěn)定，在燒結(jié)過程中洗精煤和焦粉通常以一定的比例同時配加。

2.3  對燒結(jié)礦質(zhì)量的影響

厚料層作業(yè)可以顯著改善燒結(jié)礦的冶金性能及粒度組成，受自動蓄熱作用的影響，料層高溫保持時間較長，有利于燒結(jié)礦內(nèi)部的晶型發(fā)育，促進(jìn)鐵酸鈣的形成。

根據(jù)我公司質(zhì)檢部門在不同料層厚度的條件下對燒結(jié)礦的還原性和低溫粉化性能進(jìn)行的若干次的實驗，實驗結(jié)果如下表1。

料層提高后，燒結(jié)礦的低溫粉化性能有所降低。研究表明，燒結(jié)礦的低溫粉化性主要和赤鐵礦特別是再生赤鐵礦的含量有關(guān)。提高料層后，燒結(jié)礦的配碳量降低，同時主抽風(fēng)機(jī)風(fēng)門開度加大，煙道負(fù)壓升高，空氣過剩系數(shù)增加，以上情況均強化了燒結(jié)過程中的氧化性氣氛，使燒結(jié)礦中的Fe2O3含量增加，降低了燒結(jié)礦的低溫粉化性能。

不同料層厚度，燒結(jié)礦粒度組成如圖-4所示。

從圖4中的數(shù)據(jù)可以看出，隨著料層厚度的增加，燒結(jié)礦中25-40mm粒級的比例明顯上升，10-16mm比例明顯減少，由此可見，厚料層作業(yè)有利于減少燒結(jié)礦中粉末的產(chǎn)生。目前，我公司燒結(jié)成品率已經(jīng)達(dá)到了78%以上。

2.4  對燒結(jié)工序能耗的影響

厚料層燒結(jié)可以有效降低燒結(jié)工序的固體燃耗和煤氣消耗。厚料層的蓄熱作用，有利于熱量的充分利用，進(jìn)而可以降低燒結(jié)礦的固體燃耗。表2為料層提高前后燒結(jié)礦的固體燃料消耗情況。

研究表明，固體燃耗約占燒結(jié)工序總能耗的70%，因此降低固體燃耗對燒結(jié)節(jié)能來說至關(guān)重要。經(jīng)過我廠人員不斷地提高工藝技術(shù)水平，設(shè)備改造、加強原燃料的管理，提高混合料的溫度、改善燒結(jié)料層透氣性等措施，我廠的固體燃耗逐年降低。從表中數(shù)據(jù)可以看出，1000mm條件下厚料層燒結(jié)的固體燃耗為50.1kg/t（實際可實現(xiàn)46.5 kg/t左右），比800mm時降低了9.3kg/t。

厚料層作業(yè)的另一顯著優(yōu)勢就是大幅降低了料層點火的煤氣消耗量。不同厚度條件下的煤氣消耗數(shù)據(jù)如表-3所示。

從表中數(shù)據(jù)可以看出，料層厚度提高以后，煤氣單耗明顯降低。料層提高后，燒結(jié)臺車的機(jī)速明顯減慢，由于燒結(jié)機(jī)的點火強度受點火溫度和點火時間兩方面的影響。機(jī)速降低后，點火時間得到了延長，因此可以適當(dāng)減少煤氣流量來降低點火溫度，而煤氣流量降低后，燒結(jié)工序的煤氣單耗也明顯降低了。

2.5  對燒結(jié)工藝參數(shù)的影響

不同料層厚度的條件下，燒結(jié)機(jī)工藝參數(shù)的變化情況如圖5所示。從圖中數(shù)據(jù)可以看出，1000mm的厚度時，燒結(jié)機(jī)的終點溫度明顯降低，最高溫度僅為300℃左右，而厚度為800mm時，終點溫度達(dá)到了近350℃；這充分說明了在厚料層作業(yè)的條件下，燒結(jié)機(jī)的中的熱量得到了更為充分地利用。

3  電機(jī)節(jié)電改造技術(shù)

為了適應(yīng)較為嚴(yán)峻的生產(chǎn)形勢，進(jìn)一步降低燒結(jié)工序的設(shè)備能耗，我廠對部分風(fēng)機(jī)設(shè)備和水泵設(shè)備電動機(jī)進(jìn)行了變頻改造，同時配備了智能控制系統(tǒng)，改造完成后，有效地降低設(shè)備的耗電量，達(dá)到節(jié)能減排、降本增效的目的。

通常情況下，電力消耗占到了燒結(jié)礦總工序能耗的9%左右。在電耗中，風(fēng)機(jī)能耗約占燒結(jié)工序總電耗的50%~70%，因此對風(fēng)機(jī)進(jìn)行節(jié)能改造很有必要。

3.1  節(jié)電改造概況

3.1.1  主抽風(fēng)機(jī)節(jié)電改造

我廠目前的兩臺燒結(jié)機(jī)為230m2燒結(jié)機(jī)，每臺燒結(jié)機(jī)配備2臺10kV/4600kW主抽風(fēng)機(jī)。風(fēng)機(jī)風(fēng)量可以滿足燒結(jié)需求，對主抽風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻改造可以有效地適應(yīng)不同生產(chǎn)條件下風(fēng)機(jī)的能力調(diào)節(jié)。同時，針對燒結(jié)機(jī)本身的操作特點，安裝了一套“燒結(jié)終點智能控制技術(shù)”軟件，利用燒結(jié)主抽變頻，實現(xiàn)燒結(jié)終點智能閉環(huán)控制。生產(chǎn)實踐表明，風(fēng)箱廢氣溫度間接地反映著燒結(jié)臺車內(nèi)部實際的生產(chǎn)狀況，根據(jù)風(fēng)箱廢氣溫度曲線拐點的變化趨勢可以有效預(yù)測后續(xù)燒結(jié)終點的變化，從而對后續(xù)的生產(chǎn)情況作出預(yù)判，進(jìn)一步的調(diào)節(jié)好生產(chǎn)參數(shù)。

3.1.2  除塵系統(tǒng)節(jié)電改造

針對原料、破碎及配料等系統(tǒng)的除塵風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的運行特性實施了“閥門聯(lián)動控制下的負(fù)壓調(diào)控技術(shù)”。由于上述設(shè)備的運行存在著間歇性，因此根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，在末端安裝電動閥門或?qū)F(xiàn)有閥門改造為電動閥。當(dāng)某個除塵點不需要除塵時，自動關(guān)閉末端除塵點對應(yīng)電動閥門，與此同時，風(fēng)機(jī)進(jìn)口的管道負(fù)壓值升高，除塵風(fēng)機(jī)自動減速運行。當(dāng)現(xiàn)場的含塵量升高時，系統(tǒng)自動開啟對應(yīng)電動閥門，導(dǎo)致進(jìn)口管道負(fù)壓值減小，除塵風(fēng)機(jī)自動加速運行，加大風(fēng)量。通過上述調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可以保證管道負(fù)壓的基本恒定，在確保設(shè)備安全和標(biāo)準(zhǔn)控制基礎(chǔ)上，實現(xiàn)大幅度節(jié)能。

3.1.3  余熱風(fēng)機(jī)及換冷鼓風(fēng)機(jī)節(jié)電改造

針對余熱風(fēng)機(jī)的循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行了節(jié)能改造，燒結(jié)機(jī)余熱發(fā)電循環(huán)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)是對燒結(jié)機(jī)環(huán)冷工段產(chǎn)生的熱風(fēng)進(jìn)行循環(huán)利用。針對風(fēng)機(jī)的運行特性設(shè)計了“溫度區(qū)間控制頻率調(diào)節(jié)技術(shù)：根據(jù)工藝要求，設(shè)定煙氣罩熱煙氣溫度上下限，節(jié)能調(diào)控系統(tǒng)根據(jù)實際煙氣溫度智能自動調(diào)控風(fēng)機(jī)運行頻率，維持煙氣溫度在設(shè)定范圍內(nèi)，智能控制風(fēng)機(jī)節(jié)能運行。

我廠對環(huán)冷風(fēng)機(jī)系統(tǒng)也進(jìn)行了節(jié)能改造，環(huán)冷鼓風(fēng)機(jī)以鼓風(fēng)的方式往環(huán)冷機(jī)里送風(fēng)，以冷卻燒結(jié)礦。針對環(huán)冷風(fēng)機(jī)的運行特性設(shè)計了“風(fēng)壓保障下的溫度調(diào)控技術(shù)”?！帮L(fēng)壓保障”技術(shù)是使系統(tǒng)維持一個能夠滿足系統(tǒng)工藝需求的下限壓力?！皽囟日{(diào)節(jié)”技術(shù)是實時檢測一段成品燒結(jié)礦冷卻后溫度、相應(yīng)煙罩溫度，結(jié)合余熱循環(huán)風(fēng)機(jī)要求，自動調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的運行。

3.1.4  節(jié)電效果

根據(jù)節(jié)電效率公式（1）：節(jié)電率（%）=節(jié)電功率（kw）÷工頻功率（kw）核算，改造后的設(shè)備節(jié)電率如圖6所示。

根據(jù)公式（2）：設(shè)備月節(jié)電量（萬度）=節(jié)電功率（kw）×日歷時間（小時）÷10000核算設(shè)備月節(jié)電量，計算結(jié)果如表-7所示。

改造后，燒結(jié)工序的能耗有明顯降低，根據(jù)統(tǒng)計僅風(fēng)機(jī)節(jié)能改造一項，燒結(jié)廠每月可節(jié)約電能73.94萬度，直接經(jīng)濟(jì)效益48.06萬元。

4  結(jié)論

提質(zhì)、節(jié)能、降耗應(yīng)該成為我們每位從事燒結(jié)工藝技術(shù)者永恒的主題。為此，為了進(jìn)一步實現(xiàn)燒結(jié)工序的高產(chǎn)低耗，我公司燒結(jié)廠做出了多方面的努力：首先在超厚料層燒結(jié)技術(shù)上進(jìn)行了積極探索，目前燒結(jié)料層厚度長期維持在1000mm以上；二是從加強設(shè)備管理入手，強化點巡檢制度的落實，對要害設(shè)備進(jìn)行重點監(jiān)控，有效降低了設(shè)備故障率，為穩(wěn)定生產(chǎn)打下了良好的基礎(chǔ)；三是從工藝方面，經(jīng)過建廠以來的不斷摸索，實踐出了一些合理的配礦方針，對不同種類的外礦和二次含鐵料的配加比例有了一定的經(jīng)驗，有力的保證了我公司燒結(jié)礦的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)低耗。

2016年全年，我公司燒結(jié)工序平均能耗為42.49公斤標(biāo)煤/噸礦，邁入了同行較為先進(jìn)行列。