蔡建新，季書民

（新疆八一鋼鐵股份有限公司煉鐵廠）

0 前言

歐冶爐2015年6月18日開(kāi)爐至今，以低成本、低能耗方式運(yùn)行，在低能耗生產(chǎn)方面積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。歐冶爐生產(chǎn)采用了優(yōu)化配煤配礦，粉尾氣自循環(huán)煤制氣技術(shù)，風(fēng)口噴吹煤制氣技術(shù)，實(shí)現(xiàn)頂煤氣干法除塵，優(yōu)化了豎爐布料技術(shù)，冷卻系統(tǒng)采用軟水密閉循環(huán)，實(shí)現(xiàn)全軟水冷卻，TRT 爐頂余壓發(fā)電等一系列先進(jìn)節(jié)能技術(shù)。經(jīng)過(guò)生產(chǎn)實(shí)際運(yùn)行，歐冶爐一些能耗指標(biāo)優(yōu)于煉鐵清潔生產(chǎn)工序能耗一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（參照），經(jīng)濟(jì)、社會(huì)及環(huán)境效益顯著。筆者以歐冶爐的設(shè)計(jì)工序能耗指標(biāo)為依據(jù)，與生產(chǎn)實(shí)踐對(duì)照，分析歐冶爐降低工序能耗的關(guān)鍵能耗指標(biāo)，為歐冶爐進(jìn)一步降低能耗提供參考。

1 歐冶爐設(shè)計(jì)工序能耗與實(shí)績(jī)能耗對(duì)比

歐冶爐的設(shè)計(jì)工序能耗的噸鐵耗標(biāo)準(zhǔn)煤按照《綜合能耗計(jì)算通則》（GB/T 2589—2008）折算，設(shè)計(jì)總工序能耗包括焦炭、煤、氧氣、焦?fàn)t煤氣、氮?dú)?、壓縮空氣、蒸汽、新水、軟水、電耗?；厥枕?xiàng)包括歐冶爐煤氣和TRT發(fā)電量。歐冶爐投入運(yùn)行后，進(jìn)行了一系列技術(shù)創(chuàng)新及技術(shù)改進(jìn)，采用了煤制氣工藝及頂煤氣循環(huán)工藝技術(shù)。因此，實(shí)際生產(chǎn)的工序能耗中新增了歐冶爐煤氣消耗。

歐冶爐設(shè)計(jì)主要消耗的能源介質(zhì)為煤和焦炭，設(shè)計(jì)占比分別為69.41%和24.24%，煤和焦炭設(shè)計(jì)總占比是所有設(shè)計(jì)能耗的93.65%。同樣實(shí)績(jī)生產(chǎn)的主要能源消耗也為煤和焦炭，實(shí)績(jī)占比分別為55.44%和34.62%，煤和焦炭實(shí)績(jī)總占比是所有實(shí)績(jī)能耗的90.06%。

表1是2019年4月-2020年5月歐冶爐能源消耗和設(shè)計(jì)能耗的對(duì)比情況。歐冶爐設(shè)計(jì)工序能耗為469 kgce/t鐵，從表1可以看出，歐冶爐實(shí)績(jī)工序能耗低于設(shè)計(jì)指標(biāo)。

表1 2019年4月-2020年5月歐冶爐平均工序能耗實(shí)績(jī)與設(shè)計(jì)工序能耗對(duì)比

2 歐冶爐主要能耗分析及降耗措施

2.1 降低焦炭能耗的措施

歐冶爐實(shí)際焦炭能耗比設(shè)計(jì)指標(biāo)高2 3.7 5 kgce/t鐵，歐冶爐焦比中包括了2500m3高爐排放不使用的5～25mm焦丁，使用比例為130kg/t鐵。歐冶爐消耗了大量高爐不使用的焦丁，使高爐與歐冶爐燃料互補(bǔ)。去除焦丁比，歐冶爐實(shí)績(jī)大焦比在145kg/t鐵。歐冶爐的設(shè)計(jì)中沒(méi)有考慮焦丁的使用，如果僅比較大焦比消耗，歐冶爐大焦比能耗比設(shè)計(jì)指標(biāo)降低了99.75kgce/t鐵。

歐冶爐降低大焦比，采取了多項(xiàng)措施：（1）豎爐通過(guò)礦焦混入的方式改善煤氣流分布，獲得合理的還原煤氣流，提高礦石的金屬化率，氣化爐生產(chǎn)的煤氣進(jìn)入豎爐爐料被充分反應(yīng)還原，爐料進(jìn)入氣化爐只需要加熱熔化即可，豎爐爐料混入焦丁后，煤氣分布的趨于合理，煤氣利用率提高，豎爐金屬化率提高，增加煤氣與爐料充分接觸，提高煤氣利用效果，因此，豎爐配加小焦對(duì)降低大焦產(chǎn)生重要影響。（2）拱頂噴煤技術(shù)，作為歐冶爐降低能耗及焦比的獨(dú)創(chuàng)技術(shù)，拱頂噴煤系統(tǒng)投入后，噴煤量穩(wěn)定達(dá)到150kg/thm，還原煤氣在氣化爐拱頂?shù)玫搅肆颗c質(zhì)的變化，煤氣成分中CO2明顯改善，由約14%下降到6%～9%以下；豎爐金屬化率大幅上升，平均值由1 9.8%上升至38.1%；大焦比下降30kg/thm。 通過(guò)圖1 、圖2 可以看出，歐冶爐拱頂噴煤技術(shù)實(shí)施后對(duì)于豎爐金屬化率提高和焦比的降低效果顯著。（ 3）穩(wěn)定氣化爐的料位，出鐵前 25料 位穩(wěn)定在 50%以下，出鐵后24料位不小于80%。不允許低料位或長(zhǎng)期滿料位。（4）穩(wěn)定豎爐料位，雷達(dá)料位控制在19～20.5 m，不允許低料位。

圖1 歐 冶爐拱頂噴煤與金屬化率的關(guān)系

圖2 歐 冶爐拱頂噴煤與焦比的關(guān)系

2.2 降低煤（焦沫）能耗的措施

由表1可知，煤（焦沫）消耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)指標(biāo)。降低煤（焦沫）耗采取的措施：（1）提高工廠壓力，穩(wěn)定在310kPa，降低煤氣流速，使煤氣還原更加充分；（2）焦沫使用2500m3高爐外排焦沫，5～10mm的粒度組成占比在60%；（3）提高沫煤粒度5～10mm的占比，保持在50%以上；（4）要求焦沫的水分小于5%，沫煤的水分小于8%，沫煤的揮發(fā)分＞35%，提高煤氣發(fā)生量。具體成分見(jiàn)表2。

表2 沫煤焦沫成分表

2.3 自用煤氣消耗

焦?fàn)t煤氣消耗實(shí)績(jī)與設(shè)計(jì)基本持平。

歐冶爐煤氣消耗：歐冶爐開(kāi)發(fā)并采用了拱頂煤制氣及頂煤氣循環(huán)風(fēng)口噴吹煤氣技術(shù)，煤制氣所需的煤粉需要烘干后噴至氣化爐拱頂，故在烘干煤粉的工藝過(guò)程中使用了煙氣爐技術(shù)，消耗了20Nm3/t鐵的歐冶爐煤氣。由于歐冶爐采用全氧冶煉，未涉及熱風(fēng)爐，烘干煤粉所使用的煙氣采用煤制氣的煙氣爐煙氣自循環(huán)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保。

頂煤氣循環(huán)風(fēng)口噴吹煤氣技術(shù)消耗40Nm3/t鐵的煤氣。頂煤氣循環(huán)風(fēng)口噴吹煤氣利于氣化爐風(fēng)口理論燃燒溫度的降低，抑制[Si]的還原，穩(wěn)定了氣化爐爐況，降低了燃料消耗。

2.4 電消耗

電消耗設(shè)計(jì)114kWh/t，實(shí)際105kWh/t。原設(shè)計(jì)中未設(shè)計(jì)頂煤氣循環(huán)風(fēng)口噴吹煤氣壓縮機(jī)的6kWh/t的電耗，因此實(shí)績(jī)電耗低于設(shè)計(jì)電耗。

采取的降低電耗的措施：（1）優(yōu)化原料皮帶上料能力，調(diào)整相應(yīng)給料速度，減少上料時(shí)間，各電振給料器振幅進(jìn)行調(diào)整， M進(jìn)倉(cāng)線5#， 6#電振流量小于280t/h，J系列流量小于300t/h,對(duì)各品種物料上料時(shí)間進(jìn)行了調(diào)整和優(yōu)化；（2）優(yōu)化焦沫、沫煤、蘭炭沫的槽位控制、調(diào)整為8～17m，提高單次上料量，減少上料次數(shù)；（3）優(yōu)化除塵布袋的脈沖頻次，降為30min。（4）根據(jù)負(fù)荷情況調(diào)節(jié)無(wú)功補(bǔ)償，使功率因數(shù)符合0.93的要求。

2.5 氧氣消耗

氧氣消耗設(shè)計(jì)593Nm3/t，實(shí)績(jī)500Nm3/t，降低燃料比是氧氣消耗低的直接原因。

2.6 氮?dú)庀?/h3>

氮?dú)庀脑O(shè)計(jì)330Nm3/t，實(shí)績(jī)418Nm3/t。初設(shè)中沒(méi)有采用拱頂煤制氣耗氮技術(shù)，實(shí)際生產(chǎn)中采用全氮噴吹，同時(shí)煤制氣技術(shù)保證系統(tǒng)氧含量小于8%的安全噴吹及制粉，需要向煤制氣系統(tǒng)充氮安保，實(shí)際生產(chǎn)中噸鐵氮耗在150 Nm3/t。

2.7 回收項(xiàng)中煤氣回收

低燃料比的使煤氣發(fā)生量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)值。符合低能耗低副產(chǎn)品產(chǎn)出的客觀規(guī)律。

3 進(jìn)一步降低歐冶爐工序能耗的措施

在歐冶爐的生產(chǎn)過(guò)程中原燃料的工序能耗約占總工序能耗90%，提高歐冶爐的成本競(jìng)爭(zhēng)力、持續(xù)降低工序能耗的關(guān)鍵是維持爐況順行。

3.1 不斷優(yōu)化配礦結(jié)構(gòu)

歐冶爐爐況順行的條件之一是在兼顧經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)維持爐況順行，尤其是豎爐爐況順行尤為重要。根據(jù)八鋼煉鐵廠現(xiàn)有的配礦資源條件，使用酸性球團(tuán)礦搭配高堿度燒結(jié)礦，根據(jù)礦石的冶煉性價(jià)比及經(jīng)濟(jì)性，得出適合歐冶爐還原爐爐料結(jié)構(gòu)的最佳配礦結(jié)構(gòu)：熟料 ∶生礦=97∶3，其中燒結(jié)礦占比40%，球團(tuán)礦占比57%。

提高球團(tuán)礦抗壓強(qiáng)度，努力改善球團(tuán)礦冶金性能，降低還原膨脹性，使抗壓強(qiáng)度大于2000N。穩(wěn)定燒結(jié)礦成分，降低低溫還原粉化，燒結(jié)礦堿度穩(wěn)定在R=2.4倍、MgO為2.4%、轉(zhuǎn)鼓＞80%。爐料結(jié)構(gòu)為燒結(jié)礦、球團(tuán)礦、塊礦等按一定比例進(jìn)行搭配，合理的爐料結(jié)構(gòu)不僅是精料技術(shù)的重要內(nèi)容，同時(shí)也是改善燃料消耗降低能耗的重要內(nèi)容。

3.2 采用低焦比運(yùn)行結(jié)構(gòu)及燃料粒級(jí)管理

歐冶爐燃料主要使用焦炭+沫煤(焦沫)+噴吹煙煤的生產(chǎn)工藝，為了提高煤氣發(fā)生量，因煤的揮發(fā)分較焦炭高，同時(shí)為了降低成本，在保證粒煤和與焦炭置換比的條件下，要確保使用足夠的沫煤和焦沫。歐冶爐從燃料結(jié)構(gòu)、粒度組成、焦炭質(zhì)量上還有很大的優(yōu)化提升空間。通過(guò)篩分提高入爐的沫煤及焦沫的粒級(jí)，氣化爐配加大于5mm的沫煤和焦沫，替代了部分焦炭使用量，達(dá)到降低大焦比的目的，同時(shí)減少小顆粒煤粉進(jìn)入煤氣后被除塵清洗后的消耗，即提高了煤氣質(zhì)量和降低了除塵負(fù)荷，對(duì)于降低煤耗意義重大。

3.3 優(yōu)化生產(chǎn)工藝操作提高作業(yè)率

精細(xì)化操作使氣化爐，豎爐工況穩(wěn)定順行，調(diào)整合理的豎爐煤氣流的分布，獲得高的金屬化率，適宜的豎爐頂煤氣單耗取得適宜的金屬化率?？刂坪线m的熱制度和造渣制度。煤氣系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，包括干法除塵穩(wěn)定運(yùn)行及粉塵線穩(wěn)定運(yùn)行、加壓機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行、煤氣工藝洗滌水穩(wěn)定運(yùn)行及減少設(shè)備故障，歐冶爐的作業(yè)率要達(dá)到92%以上。

3.4 歐冶爐頂煤氣脫除CO 2進(jìn)一步降低工序能耗

采用歐冶爐頂煤氣脫除CO2技術(shù)，不僅可以回收利用豎爐的剩余化學(xué)熱，而且可以解決氣化爐發(fā)生煤氣物理熱浪費(fèi)的問(wèn)題。圖3中標(biāo)注的脫除CO2工藝為歐冶爐頂煤氣脫除CO2示意圖。采用歐冶爐頂煤氣脫除CO2技術(shù)，氣化爐的高溫還原煤氣與脫除CO2后的常溫循環(huán)煤氣相兌混合，使得氣化爐發(fā)生煤氣下降到約850℃，然后進(jìn)人豎爐流化床。這樣氣化爐發(fā)生煤氣所有的物理熱可以全部進(jìn)人到還原煤氣中，從而避免了原工藝流程冷煤氣及加壓機(jī)回兌200℃的物理熱損失。并且，頂煤氣經(jīng)醇胺法去除的煤氣中CO2達(dá)到1%以下，而氣化爐出口煤氣為防止析碳，其CO2含量要求不小于5%，顯然相兌后的混合煤氣還原勢(shì)將比原先單獨(dú)使用氣化爐發(fā)生煤氣高，這有利于提高預(yù)豎爐爐料的金屬化率。

采取歐冶爐頂煤氣脫除CO2技術(shù)，煤氣得到綜合利用，制取還原氣替代冷煤氣，可進(jìn)一步發(fā)揮歐冶爐頂煤氣的潛力，實(shí)現(xiàn)煤氣的高效循環(huán)利用。將煤氣凈化后的還原氣替代冷煤氣，增加高品質(zhì)的還原煤氣量可以進(jìn)一步降低燃料消耗，降低噸鐵成本，實(shí)現(xiàn)歐冶爐還原煤氣綜合利用?；跉W冶爐頂煤氣的特點(diǎn)，脫除歐冶爐煤氣中的CO2獲得優(yōu)質(zhì)還原氣，脫除CO2后，工藝生產(chǎn)的還原氣品質(zhì)CO達(dá)到65.9%，CO2含量在1%以下，替代歐冶爐冷煤氣及減少加壓機(jī)的開(kāi)機(jī)，預(yù)計(jì)將顯著降低燃料比及電耗。

圖3 噴煤工藝與頂煤氣脫除CO 2示意圖

3.5 采用氧氣風(fēng)口噴煤技術(shù)

采用氧氣風(fēng)口噴煤技術(shù)，通過(guò)歐冶爐氧氣風(fēng)口向熔融氣化爐進(jìn)行噴吹煤粉操作，類似于高爐風(fēng)口噴煤技術(shù)，是歐冶爐工藝的又一項(xiàng)創(chuàng)新。圖3中的噴煤工藝為氧氣風(fēng)口噴煤技術(shù)。采用氧氣風(fēng)口噴煤技術(shù)，可以降低理論燃燒溫度，這不僅降低鐵水[Si]含量和渣鐵溫度，降低燃料消耗，還可以減少由于受到過(guò)高的回旋區(qū)輻射熱沖擊而產(chǎn)生風(fēng)口損壞的危險(xiǎn)。由于氧氣風(fēng)口噴煤，在3000℃以上的回旋區(qū)內(nèi)，煤可以充分分解和燃燒，有效減少氣化爐發(fā)生煤氣中的碳?xì)浠衔锖?。?jīng)計(jì)算，氣化爐出口煤氣中CH4含量下降1%，將減少10kg／thm的煤耗。氣化爐上部粒煤（焦沫）裝入量的減少減輕了上部粒煤分解的熱量負(fù)擔(dān)，則氧氣燒嘴(主要是控制頂溫并為上部塊煤分解造氣提供一部分能量)的供氧量將減少，從而有助于增加氣化爐出口煤氣的還原勢(shì)，在相同熔煉率條件下，增加預(yù)還原礦的金屬化率，從而降低終還原的燃料消耗。風(fēng)口噴煤技術(shù)的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是噴吹高揮發(fā)分煙煤，煤氣量較大。氣化爐的氧氣風(fēng)口噴吹煤粉，用以提高熔融還原段和氣流段發(fā)生煤粉的氣化反應(yīng)，有利于煤粉對(duì)熔融段還原段內(nèi)礦石與焦炭的還原反應(yīng)的進(jìn)行，確保噴吹煤粉的制氣效果，優(yōu)化歐冶爐的操作降低燃料比，進(jìn)而降低生鐵成本及工序能耗。

3.6 采用歐冶爐煤氣余熱回收技術(shù)

圖3為歐冶爐發(fā)生煤氣流向圖，整個(gè)流向中的能量損失主要集中在兩次洗滌冷卻過(guò)程（A點(diǎn)和B點(diǎn)）造成的物理熱損失。第一次（A點(diǎn)處）為循環(huán)煤氣和過(guò)剩煤氣經(jīng)洗滌冷卻后由850℃降至45℃；第二次（B點(diǎn)處）為爐頂煤氣洗滌冷卻溫度由240℃降至45℃。由這兩部分因煤氣洗滌冷卻造成的大量物理熱損失,是歐冶爐工序能耗過(guò)高的主要原因。脫除CO2之前采用歐冶爐煤氣余熱回收技術(shù)，不僅可以回收利用豎爐的剩余化學(xué)熱，而且可以解決氣化爐發(fā)生煤氣物理熱浪費(fèi)的問(wèn)題，降低歐冶爐工序能耗

4 結(jié)語(yǔ)

歐冶爐低工序能耗的實(shí)踐表明：歐冶爐的低能耗經(jīng)濟(jì)運(yùn)行必須從精料做起，通過(guò)不斷技術(shù)創(chuàng)新，降低能耗的空間及潛力巨大。

八鋼歐冶爐煉鐵工序?qū)嵖?jī)工序能耗低于設(shè)計(jì)能耗，通過(guò)技術(shù)升級(jí)，進(jìn)一步降低燃料比、提高煤氣利用率、提高產(chǎn)量。在保證歐冶爐穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上，歐冶爐完全可以保持工序低能耗運(yùn)行，達(dá)到或優(yōu)于煉鐵工序能耗清潔生產(chǎn)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（HJ/T427-2008）≤385kgce/t鐵的指標(biāo)。