楊小建，鄭向國，仲常維

（青島特殊鋼鐵有限公司，山東 青島266700）

1　前言

青島特殊鋼鐵有限公司燒結(jié)工序于2015年11月投入運(yùn)行，配有2臺(tái)240 m2燒結(jié)機(jī)和2臺(tái)300 m2環(huán)冷機(jī)，設(shè)計(jì)能力為年產(chǎn)優(yōu)質(zhì)燒結(jié)礦460萬t。投產(chǎn)之初，燒結(jié)工序能耗月平均為53 kgce/t，其中固體燃料消耗48.85 kg/t，電耗44.32 kW·h/t，點(diǎn)火煤氣消耗6.13 m3/t，燒結(jié)環(huán)冷余熱發(fā)電不穩(wěn)定，噸礦發(fā)電量僅為4 kW·h，與國內(nèi)同類型對標(biāo)比較，處于較高水平。為了降低燒結(jié)工序能耗，青特鋼從降低燒結(jié)固體燃耗、燒結(jié)系統(tǒng)電耗、燒結(jié)點(diǎn)火熱耗以及充分利用燒結(jié)環(huán)冷余熱發(fā)電4方面改進(jìn)，實(shí)施后燒結(jié)工序能耗大幅度降低，燒結(jié)噸礦成本也相應(yīng)下降。

2　降低燒結(jié)工序能耗的措施

2.1　降低燒結(jié)固體燃料消耗

固體燃料消耗占燒結(jié)工序能耗的70%～80%，因此降低固體燃料消耗作為主攻方向。

2.1.1優(yōu)化燒結(jié)配礦結(jié)構(gòu)

青特鋼燒結(jié)生產(chǎn)所用的礦粉全部為進(jìn)口礦粉，以巴西粉、澳粉為主，另外還有印度粉、智利和塞拉利昂粉等。各種礦粉的成礦條件不同，燒結(jié)性能也相差較大，為發(fā)揮各種礦粉的最佳燒結(jié)功效，需進(jìn)行優(yōu)化配礦。對青特鋼使用的全部礦粉的同化性能、液相生產(chǎn)特性、升溫過程燒損和結(jié)晶水分解特性、微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，以此為基礎(chǔ)探討各鐵礦粉的使用原則，找出成礦性能良好、固體燃料消耗較低的幾種配礦方案，借助燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)室對不同配礦方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選取最合適的配礦結(jié)構(gòu)。

2.1.2厚料層技術(shù)改造

燒結(jié)料層的自動(dòng)蓄熱作用隨著料層厚度的增加而加強(qiáng)，當(dāng)料層厚度為180～220 mm時(shí)，蓄熱量只占燃燒帶熱量總收入的35%～45%，當(dāng)料層高度為400 mm時(shí)，蓄熱量達(dá)55%～60%［1］。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(dòng)蓄熱，可以降低燒結(jié)料中的燃料用量，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況，料層每增加10 mm，燃料消耗可降低1.5 kg/t左右。

青特鋼240 m2燒結(jié)機(jī)設(shè)計(jì)料層厚度750 mm，為了提高燒結(jié)礦強(qiáng)度和降低固體燃料消耗，將料層提高到850 mm。參照同行業(yè)已改造成功經(jīng)驗(yàn)，通過抬高燒結(jié)機(jī)布料裝置，結(jié)合側(cè)面加檔板防漏料，同時(shí)在刮料板處梯形成型、刮料板后加側(cè)輥壓料的方式，最終厚料層燒結(jié)技術(shù)獲得成功，固體燃料消耗降低2.79 kg/t。

2.1.3提高混合料溫度

燒結(jié)混合料溫度是制約燒結(jié)生產(chǎn)的一個(gè)重要因素，混合料料溫達(dá)到露點(diǎn)以上，可以顯著減少料層中水蒸汽冷凝形成的過濕現(xiàn)象，有效降低過濕層厚度和過濕層對氣流的阻力，改善料層透氣性，明顯提高燒結(jié)生產(chǎn)率和降低燃料用量。根據(jù)同行業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐，混合料料溫每提高10℃，可降低燃料用量2%～3%。青特鋼高爐沖渣水水溫在65℃以上，在滿足全廠冬季供暖的前提下，通過管網(wǎng)改造將剩余沖渣水用于燒結(jié)混料加水。一方面降低高爐沖渣水水溫，減少泡沫渣的產(chǎn)生；另一方面，可提高燒結(jié)混勻料的料溫，降低過濕帶厚度，提高燒結(jié)透氣性，提高燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量和降低固體燃料消耗。

同時(shí)，為保證生產(chǎn)供水的穩(wěn)定，減少由于管網(wǎng)水壓波動(dòng)對混勻料水分產(chǎn)生的影響，采用開路的方式，將換熱后的熱水先集中存放在密閉保溫的水池中，然后再由水泵加壓打到一、二混進(jìn)行加水，減少外因?qū)λ挚刂频挠绊?。為盡量提高混勻料料溫，在水池上方安裝蒸汽噴頭，進(jìn)一步提高水溫到90℃以上。采用水位自動(dòng)控制系統(tǒng)，減小水位差變化對水溫的影響。

生產(chǎn)實(shí)踐證明，采用高爐沖渣水換熱后，混勻料較料溫提高約8℃，料層透氣性明顯改善，降低固體燃料消耗約1.2 kg/t。

2.1.4控制燃料粒度

燒結(jié)燃燒的燃燒速度及燃燒層的厚度與燃料粒度密切相關(guān)。經(jīng)燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)證明：燃料粒度＜3 mm粒級由72%增加到90%，利用系數(shù)先增加后降低的趨勢，在84.2%時(shí)取得最大值，即得出＜3 mm燃料粒度在84.2%時(shí)最有利于燒結(jié)過程進(jìn)行，燃料能夠充分燃燒，燃料的燃燒速度與傳熱速度基本同步，固體燃料消耗最低。

青特鋼燒結(jié)使用的燃料品種較多，有焦化廠干熄焦、焦化廠水熄焦、高爐返焦、外購焦粉和部分煤粉。焦化廠水熄焦水分高，易粘輥皮，難破碎；高爐返焦中大塊較多，也給燃料的破碎帶來一定的困難。針對燃料粒度較差問題，從兩方面進(jìn)行處理。

1）原料方面：要求收料崗位對來料質(zhì)量進(jìn)行把關(guān)，雜物較多的拒收；對于夾雜焦塊較多的高爐返焦，嚴(yán)禁直接進(jìn)入大燃料倉，到料場單獨(dú)存放，集中處理；根據(jù)燃料的破碎難易程度，對燃料進(jìn)行分倉存放，混合破碎。難破碎的水熄焦和高爐返焦共用一倉，水熄焦和外購焦粉共用另一倉，煤粉單獨(dú)進(jìn)倉?；旌媳壤秊殡y破碎的水熄焦和高爐返焦為混合總量的1/5，易破碎的干熄焦和外購焦為混合總量的4/5，煤粉單獨(dú)破碎。

2）設(shè)備方面：改變四輥的裝配方式，積極與廠家聯(lián)系，由輥皮加熱后裝配改為廠家萬噸壓力機(jī)冷態(tài)壓入裝配。裝配方式的改變，避免了輥皮因加熱造成的退火、硬度下降的問題，不僅提高了輥皮的使用壽命，而且減輕了輥皮因擠入異物造成凹坑的現(xiàn)象。輥皮硬度的提高，顯著提高了破碎質(zhì)量，同時(shí)也加大了對于四輥的輥皮磨損程度測量頻次，發(fā)現(xiàn)輥皮磨損嚴(yán)重時(shí)及時(shí)更換。

經(jīng)過對燃料破碎系統(tǒng)設(shè)備和操作的改進(jìn)，2017年8—12月燃料粒度＞3 mm的占總數(shù)84.5%，達(dá)到工藝要求，固體燃耗降幅也較大，由48.85 kg/t降低到44.75 kg/t左右，取得了較好的效果。

2.2　降低燒結(jié)系統(tǒng)電耗

2.2.1采取主抽煙道減震措施

青特鋼燒結(jié)機(jī)主抽設(shè)計(jì)采用雙煙道，每個(gè)煙道分別配置1臺(tái)5 000 kW的變頻風(fēng)機(jī)，風(fēng)箱入煙道采用交叉排布。投產(chǎn)初期，風(fēng)機(jī)與脫硫之前的煙道共振嚴(yán)重，主抽風(fēng)門開度和風(fēng)機(jī)頻率相互制衡，導(dǎo)致主抽風(fēng)門開度長時(shí)間維持在60%左右，風(fēng)機(jī)頻率為42 Hz左右，燒結(jié)電耗高達(dá)45 kW·h/t。為實(shí)現(xiàn)風(fēng)門全開，對震動(dòng)煙道進(jìn)行了減震措施：1）對主抽煙道內(nèi)外加固。煙道內(nèi)用圓鋼替代之前橫向支撐的角鋼，圓鋼表面光滑，可以減少氣流的阻力；同時(shí)縱向方面按0.5 m間距增加圓鋼數(shù)量，與之前的橫向圓鋼形成網(wǎng)格狀；煙道外部用角鋼進(jìn)行加固，加固后煙道通過角鋼與下部土建支撐焊接在一起，可吸收煙道部分振動(dòng)。2）對煙道振動(dòng)數(shù)據(jù)采用專業(yè)采集器檢測，避免與主抽頻率形成共振。3）避免在風(fēng)機(jī)共振區(qū)（42～45 Hz）進(jìn)行生產(chǎn)操作。4）脫硫增壓風(fēng)機(jī)嚴(yán)格保持負(fù)壓條件，避免正壓造成煙道震動(dòng)。5）檢修時(shí)對煙囪加隔斷，主抽出口煙道增加15 mm厚度的導(dǎo)流板，使氣流流動(dòng)方向與煙道方向一致，無流動(dòng)死區(qū)，無渦流，煙道內(nèi)煙氣流動(dòng)分布均勻，利于消除煙道振動(dòng)。

以上措施實(shí)施后，燒結(jié)風(fēng)門開度逐漸開到了90%，并保持煙道長期不振動(dòng)。同時(shí)，主抽頻率降低到40 Hz以下，燒結(jié)噸礦電耗量降低到2.1 kW·h左右。

2.2.2減少燒結(jié)系統(tǒng)漏風(fēng)率

減少抽風(fēng)系統(tǒng)漏風(fēng)率，增加通過料層的有效風(fēng)量對節(jié)約電耗意義重大，資料顯示燒結(jié)機(jī)漏風(fēng)減少10%，可節(jié)電2 kW·h/t。

燒結(jié)機(jī)系統(tǒng)漏風(fēng)主要集中在臺(tái)車與滑道之間的漏風(fēng)、頭尾密封裝置與臺(tái)車車體之間的漏風(fēng)、臺(tái)車邊緣效應(yīng)引起的漏風(fēng)和部分風(fēng)箱破損漏風(fēng)。

臺(tái)車滑道密封裝置采用新型柔性滑道密封裝置，該裝置針對滑道密封裝置失效的原因，做了針對性的改進(jìn)。采用耐高溫橡膠作為密封體可以緊密貼合側(cè)壁，且在臺(tái)車卸料時(shí)起到防止礦粉進(jìn)入密封盒體的作用，而卸料時(shí)進(jìn)灰則是常規(guī)密封裝置失效卡死的主要原因。此裝置投入使用后，密封效果顯著，且使用壽命明顯高于雙板簧密封裝置。

頭尾密封裝置采用多自由度的柔性浮板密封裝置，可以靈活地適應(yīng)臺(tái)車底部在縱向和橫向的不平衡程度，對臺(tái)車底部有良好的包絡(luò)性，從而具備良好的密封效果。

防止邊緣效應(yīng)。邊緣效應(yīng)造成的漏風(fēng)在燒結(jié)機(jī)漏風(fēng)量中占30%以上，為此采取了一系列避免邊緣效應(yīng)的措施：1）對布料系統(tǒng)進(jìn)行改造，加厚邊緣布料，配以邊緣壓料促使邊緣料柱密實(shí)，增大邊緣氣流阻力，從而抑制邊緣效應(yīng)。2）改進(jìn)臺(tái)車欄板結(jié)構(gòu)，將臺(tái)車欄板內(nèi)壁做成波浪形狀，防止由于物料燒結(jié)收縮后與欄板壁形成邊縫而造成漏風(fēng)。3）適當(dāng)加寬靠欄板處的篦條寬度。4）增加點(diǎn)火器兩側(cè)的燒嘴數(shù)量，提高邊緣點(diǎn)火溫度，以減少邊緣效應(yīng)的發(fā)生。

通過以上技術(shù)措施，燒結(jié)機(jī)的系統(tǒng)漏風(fēng)率控制在20%以內(nèi)。

2.2.3解決燒結(jié)糊篦條現(xiàn)象

燒結(jié)機(jī)正式投產(chǎn)3個(gè)月后，燒結(jié)工序頻繁出現(xiàn)糊篦條現(xiàn)象。由于篦條大面積被堵塞，主抽負(fù)壓大幅提高，負(fù)壓從10 kPa提高到15 kPa，電耗升高，產(chǎn)量降低10%，嚴(yán)重影響了燒結(jié)的正常生產(chǎn)。

經(jīng)過對燒結(jié)篦條粘附物取樣化驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其中所含氯離子和鉀離子均很高，化學(xué)成分如表1所示。

表1　篦條粘附物化學(xué)成分 %

燒結(jié)機(jī)頭電除塵采用密封式環(huán)保設(shè)計(jì)，采用高壓氣體管道直接將除塵灰輸送到配料室參與配料。燒結(jié)原料中氯離子和鉀離子再次經(jīng)過燒結(jié)生產(chǎn)在燒結(jié)內(nèi)部循環(huán)富集,而氯化鉀屬低熔點(diǎn)化合物，且容易結(jié)晶，是造成糊篦條的主要原因。對燒結(jié)使用的礦粉、熔劑、燃料和二混的混合料中的氯離子進(jìn)行測定，結(jié)果如表2所示。

表2　燒結(jié)使用的物料氯離子測定 %

由表2得知：篦條粘附物中氯含量主要來自電除塵灰、熔劑中生石灰及輕燒白云石粉。電除塵為循環(huán)富集，是篦條粘附物中氯的主要來源。

分析出原因后，青特鋼對燒結(jié)機(jī)頭電除塵灰和煉鋼灰實(shí)行外賣，不再直接參與燒結(jié)配料。措施實(shí)施后，燒結(jié)機(jī)篦條再無出現(xiàn)糊堵現(xiàn)象，燒結(jié)生產(chǎn)恢復(fù)正常水平，燒結(jié)電耗大幅度下降，由45 kW·h/t降低到40 kW·h/t左右。

2.3　降低點(diǎn)火熱耗

點(diǎn)火熱耗占燒結(jié)工序能耗的5%～10%，青特鋼燒結(jié)點(diǎn)火用的氣體燃料為焦?fàn)t煤氣，由總廠煤氣管網(wǎng)供給，焦?fàn)t煤氣熱值為17.563 MJ/m3，發(fā)熱值較高，燒結(jié)表面點(diǎn)火溫度經(jīng)常超過1 200℃，燒結(jié)料面出現(xiàn)過熔現(xiàn)象，形成硬殼，不但提高了焦?fàn)t煤氣的耗用量，料層的透氣性也變差。通過降低點(diǎn)火溫度、合理控制空燃比和實(shí)行微負(fù)壓點(diǎn)火使燒結(jié)點(diǎn)火熱耗由6.13 m3/t降到5.85 m3/t。

2.4　充分利用燒結(jié)環(huán)冷余熱發(fā)電

燒結(jié)環(huán)冷余熱發(fā)電是利用環(huán)冷機(jī)高溫段250～450℃的廢氣顯熱，通過余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽用于汽輪發(fā)電，既可以凈化環(huán)境節(jié)能環(huán)保，又可以降低燒結(jié)工序能耗，促進(jìn)資源節(jié)約，增加企業(yè)效益。

燒結(jié)環(huán)冷發(fā)電投入初期由于燒結(jié)系統(tǒng)熱力系統(tǒng)不穩(wěn)定，廢氣溫度波動(dòng)范圍較大，造成主汽溫度的波動(dòng)超標(biāo)，嚴(yán)重影響技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，導(dǎo)致余熱發(fā)電設(shè)備一直運(yùn)行不順暢，設(shè)備無法達(dá)產(chǎn)。

針對以上現(xiàn)象，采取以下措施加以改造。

1）優(yōu)化環(huán)冷機(jī)密封方式，減少漏風(fēng)率，提高煙氣溫度和鼓風(fēng)煙氣量。環(huán)冷機(jī)風(fēng)箱體外側(cè)密封為風(fēng)箱上部的靜止密封和臺(tái)車下部的活動(dòng)密封相結(jié)合的雙重密封；風(fēng)箱體內(nèi)側(cè)僅有靜密封，由于長期受高溫的烘烤，根本起不到相應(yīng)的密封效果，風(fēng)箱內(nèi)側(cè)漏風(fēng)較嚴(yán)重。利用檢修機(jī)會(huì)，把風(fēng)箱體內(nèi)側(cè)的原靜密封拆除進(jìn)行徹底改造，增加1個(gè)安裝于回轉(zhuǎn)體上的橡膠密封板和固定安裝在機(jī)架上的多個(gè)垂直密封板，箱體內(nèi)側(cè)達(dá)到了可靠地密封效果。

2）增加余熱回收受熱面積。余熱回收系統(tǒng)原設(shè)計(jì)收集環(huán)冷機(jī)1#～4#風(fēng)箱上方鼓風(fēng)高溫?zé)煔猓硕喂娘L(fēng)煙氣平均溫度320℃，不符合發(fā)電鍋爐對廢氣溫度的要求（平均為350℃）。利用檢修機(jī)會(huì)把二冷段的5#風(fēng)箱改造接入預(yù)熱回收系統(tǒng)，使余熱發(fā)電的受風(fēng)面積增加，廢氣溫度平均在385℃左右，達(dá)到了余熱發(fā)電的溫度要求。

3）穩(wěn)定燒結(jié)生產(chǎn)，控制燒結(jié)終點(diǎn)溫度。由于燒結(jié)設(shè)備和混勻料水分的影響等原因，燒結(jié)機(jī)停機(jī)較頻繁，造成煙氣大幅度降溫，導(dǎo)致余熱發(fā)電時(shí)常停機(jī)。燒結(jié)生產(chǎn)為保證質(zhì)量，通常將終點(diǎn)溫度稍前控制，略帶過燒，但這樣會(huì)導(dǎo)致環(huán)冷機(jī)廢氣溫度較低，大量熱量沒有進(jìn)入余熱發(fā)電系統(tǒng)，降低了發(fā)電量。經(jīng)研究，改變先前的操作控制，燒結(jié)終點(diǎn)位置由倒數(shù)第2個(gè)風(fēng)箱位置移到倒數(shù)第1個(gè)風(fēng)箱的位置，從而使熱量后移，使環(huán)冷煙罩獲得較高的溫度。經(jīng)過多項(xiàng)技術(shù)改進(jìn)，確保了余熱發(fā)電的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，保證了余熱發(fā)電的穩(wěn)產(chǎn)，燒結(jié)余熱發(fā)電量提高至平均9 kW·h/t，降低燒結(jié)工序能耗的同時(shí)，減少了有害氣體粉塵的排放。

3　結(jié)語

經(jīng)過一系列的技術(shù)改造，煉鐵作業(yè)部的燒結(jié)工序能耗大幅度降低，改造前后的燒結(jié)工序能耗參數(shù)情況如下：固體燃料消耗由48.85 kg/t降低到44.75 kg/t；燒結(jié)電耗由44.32 kW·h/t降低到40.21 kW·h/t；點(diǎn)火熱耗由6.13 m3/t降低到5.85 m3/t；余熱發(fā)電由4 kW·h/t提高到9 kW·h/t；工序能耗由53.13 kgce/t降低到48.63 kgce/t。按照年產(chǎn)燒結(jié)礦460萬t計(jì)算，年降燒結(jié)礦成本約5 560萬元，同時(shí)還高效回收了環(huán)冷余熱和高爐沖渣換熱水。