許寶科

(福建三鋼閩光股份有限公司，福建 三明 365000)

0 引言

在雙碳背景下，優(yōu)化高爐爐料結構，提高球團礦入爐比例，成為鋼鐵產(chǎn)業(yè)重要的發(fā)展趨勢[1]。帶式焙燒工藝具有原料適應性廣、單機生產(chǎn)能力大等優(yōu)點[2]，但是由于國內(nèi)球團廠普遍缺乏帶式焙燒球團的生產(chǎn)管理經(jīng)驗，在投產(chǎn)初期均出現(xiàn)了一些能耗指標較高、產(chǎn)品質量波動大的問題[3]。

SG帶式焙燒機球團生產(chǎn)線于2019年12月正式投產(chǎn)運行[4]，生產(chǎn)初期，由于經(jīng)驗不足，設備故障較多，原料不穩(wěn)定等原因導致能耗偏高，2020年球團工序能耗高達27.54 kgce/t，在全國30家球團企業(yè)排名第11名，距離行業(yè)先進水平有一定差距。

2021年，生產(chǎn)線加大“對標學習，降低能耗”技術攻關[5-6]，結合SG球團生產(chǎn)實際系統(tǒng)性地提出了降低帶式焙燒球團生產(chǎn)工序能耗的“SG方案”，通過一年的優(yōu)化和改進，SG帶式焙燒球團生產(chǎn)穩(wěn)定，降低球團工序能耗取得了顯著的效果。截止到2021年底，該生產(chǎn)線工序能耗已降到19.88 kgce/t，2021年度平均能耗為21.80 kgce/t，在同行業(yè)27家企業(yè)中排名第2名，居于國內(nèi)領先行列。

1 球團工序能耗結構分析

表1為國內(nèi)同行在2020年的工序能耗情況，表2為2020年SG球團生產(chǎn)線具體各項指標工序能耗情況。由此可知，SG球團工序能耗較高，2020年球團工序能耗高達27.54 kgce/t，在全國30家球團企業(yè)排名第11名，距離行業(yè)先進水平有一定差距。SG球團的能耗主要由三部分構成：耗焦爐煤氣、耗電和耗高爐煤氣，其中耗焦爐煤氣占比最高，達60.31%；耗電次之，占18.08%；耗高爐煤氣占17.86%。

表1 2020年全國球團能耗工序能耗情況表(前15名)

表2 2020年SG球團各項指標工序能耗 kgce/t

降低工序能耗是在“能耗雙控”背景下球團行業(yè)急需解決的關鍵問題。降低帶式焙燒機球團生產(chǎn)工序能耗，關鍵是提高設備的利用系數(shù)，提高設備作業(yè)率和優(yōu)化生產(chǎn)工藝，降低非必要環(huán)節(jié)能量消耗?；谶@個指導思想，SG球團生產(chǎn)線對帶式焙燒機球團生產(chǎn)的全流程進行認真剖析，并找出了幾點問題：①原料的儲存不科學不規(guī)范，原料的干燥與預處理環(huán)節(jié)產(chǎn)生了大量的非必要耗能；②造球穩(wěn)定性需要進一步加強；③焙燒制度與高爐實際生產(chǎn)需要不匹配；④煙氣處理環(huán)節(jié)能力富余。

這些問題也基本上都是業(yè)內(nèi)帶式焙燒機生產(chǎn)現(xiàn)場的共性問題，針對這些問題，SG提出了鐵精礦原料分區(qū)儲存，智能造球系統(tǒng)改造，優(yōu)化焙燒制度，降低脫硫脫硝耗能等措施的設想，并進行現(xiàn)場生產(chǎn)實踐論證。

2 降低球團工序能耗的主要措施

2.1 強化原料的儲存管理

SG球團生產(chǎn)所需的鐵精礦的主要來料方式包括火車運輸進廠、管帶機輸送進廠以及汽車運輸進廠三種方式，火車和管帶機統(tǒng)一運輸?shù)交疖噹欤囘\輸?shù)狡噹?。為了防止粘料，滿足后續(xù)輥磨、混勻等工序的要求，通常采用干燥機進行干燥，尤其是雨季時，干燥機的使用不僅保證了高壓輥磨機的輥磨效果，也對下游造球工藝的穩(wěn)定起到至關重要的作用。但是，并非所有的鐵精礦原料都需要干燥，當鐵精礦水分小于造球水分，且能滿足輥磨、混勻要求時，就不需要進行精礦干燥。

在生產(chǎn)前期，由于缺乏制度的約束和嚴格的管理，生產(chǎn)現(xiàn)場操作工、行車工對進廠鐵精礦原料隨地儲存，導致混合料水分忽上忽下，極不穩(wěn)定，干燥機又長期處于負荷狀態(tài)，大大消耗了高爐煤氣和干燥機電耗。

基于以上考慮，生產(chǎn)車間制定鐵精礦原料儲存管理辦法，且嚴格執(zhí)行，保證了操作工、行車工能按照干濕分離的原則對進廠鐵精礦進行分區(qū)儲存。同時，靈活調整火車庫、汽車庫造球精粉的混合比例，保證鐵精礦綜合水分控制在9%以內(nèi)，減少干燥機使用次數(shù)。從2021年下半年開始，生產(chǎn)線就停用了干燥機，僅在雨季短時間使用，干燥機使用時間同比下降了近25%，大幅減少了高爐煤氣和電量的消耗。

2.2 智能造球系統(tǒng)

造球穩(wěn)定性是降低工序能耗的關鍵，生球濕返率低，生球粒級均勻，帶式焙燒機運行穩(wěn)定，五大風機調節(jié)少，工序能耗低[7]。生產(chǎn)線現(xiàn)有4個Ф7.5 m造球盤，生產(chǎn)初期，由于進廠鐵精礦原料不夠穩(wěn)定，造球工操作水平又參差不齊，不僅造球不夠穩(wěn)定，濕返率波動大，同時調整速度慢，工作強度大。為了解決落后的人工造球方式，進一步提高生球質量和降低濕返率，生產(chǎn)線引進球團智能造球系統(tǒng)。智能造球的工作原理：根據(jù)高清攝像頭采集到的生球數(shù)據(jù)，依靠數(shù)據(jù)庫的對比和計算，快速分析，快速判斷并及時調節(jié)水分，從而提高生球粒徑均勻性和降低濕返率，見圖1。

圖1 智能造球系統(tǒng)實時采集到的生球照片及其粒徑分析結果

智能造球系統(tǒng)運行后，生球濕返率<20%，生球粒徑控制在8～14 mm粒級占比80%以上，10～12.5 mm粒級占比55%以上，能夠根據(jù)生產(chǎn)實際需求自主調節(jié)生球的粒度，且調節(jié)時間不超過10分鐘。

2.3 優(yōu)化焙燒制度

業(yè)內(nèi)普遍現(xiàn)象是球團生產(chǎn)與高爐生產(chǎn)是各自相互獨立的，球團生產(chǎn)沒有考慮高爐冶煉的實際需要，一味地追求抗壓強度、還原度、還原粉化率等指標，這造成成品球的性能指標嚴重富余，球團生產(chǎn)耗能較高。SG球團生產(chǎn)線此前一直根據(jù)外購球團礦的物理特性技術指標標準生產(chǎn)球團礦，其抗壓強度保持在≥2 500 N/個，導致高爐爐況嚴重不順。究其原因，主要是此前外購球團礦高爐入爐比相對較低(約5%)，隨著自產(chǎn)球團礦逐步替代外購球團礦，且入爐比例逐漸提高(約15%～20%)，此前那種高抗壓強度的球團礦已不能滿足SG高爐生產(chǎn)的需求。

基于此，生產(chǎn)線通過不斷調整球團礦冶金性能，以滿足高爐生產(chǎn)需求為第一要務，最終得出：在自產(chǎn)球團礦高爐入爐比15%～20%情況下，球團礦抗壓強度維持在2 000～2 500 N/個，還原度保持在70%以上時，高爐還原性能好、運行穩(wěn)定、順行。此時，焙燒溫度可從原先的1 270 ℃逐步降至1 200 ℃左右，大幅減少了焦爐煤氣消耗。

2.4 脫硫、脫硝系統(tǒng)降低工序能耗實踐

據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，脫硫系統(tǒng)電耗占球團總電耗的16%，脫硝系統(tǒng)電耗占總電耗的8%(不含主抽風機)，脫硫、脫硝工序能耗占球團生產(chǎn)總能耗的26%。因此，降低脫硫、脫硝系統(tǒng)的工序能耗對于降低帶式焙燒機球團生產(chǎn)工序能耗具有重要意義。

1)為了有效降低脫硫系統(tǒng)耗電量，一方面，進一步利用風流系統(tǒng)中的熱能和風能，在帶式焙燒機回熱管道和主引風機管道間設置旁通，不僅可調節(jié)干燥段溫度，同時能夠進一步提高脫硫塔入口煙氣溫度，提高脫硫效率；另一方面，嘗試脫硫主機低負壓運行模式，不斷降低脫硫煙道入口負壓，在不影響脫硫、脫硝效率的情況下，最終將脫硫煙道入口負壓由原有的1.5 kPa降至1.0 kPa，實現(xiàn)節(jié)電。

2)脫硝系統(tǒng)采用的是選擇性催化還原技術(SCR)，而影響脫硝效率的主要因素為催化劑類型和催化溫度[8]。催化劑類型經(jīng)選擇、安裝之后，短時間內(nèi)一般很難再做調整，因此催化劑溫度成為探索降低脫硝系統(tǒng)工序能耗的主要手段。生產(chǎn)線采用錳系催化劑，催化溫度在230～280 ℃。生產(chǎn)前期，為了保證脫硝效果，催化溫度始終保持在>258 ℃，隨著生產(chǎn)經(jīng)驗不斷積累，在不影響脫硝效果的前提下，逐步降低催化溫度，由原來的258 ℃降至235 ℃，降低了高爐煤氣消耗和電耗。

3 節(jié)能效果

通過采取上述攻關措施，球團工序能耗指標完成情況見表3。由表3可見，攻關措施取得了明顯的效果，每月工序能耗逐步降低，并保持在較低水平。2021年球團工序能耗控制為21.80 kgce/t，在同行業(yè)27家企業(yè)中排名第2名(見表4)。

表3 2020、2021年球團工序能耗指標 kgce/t

表4 2021年全國球團能耗工序能耗情況表(前5名)

4 結語

1)SG球團生產(chǎn)線對帶式焙燒機球團生產(chǎn)的全流程生產(chǎn)高耗能的原因進行認真剖析，找出了原料的儲存不科學不規(guī)范，原料的干燥與預處理環(huán)節(jié)產(chǎn)生了大量的非必要耗能；造球穩(wěn)定性需要進一步加強；焙燒制度與高爐實際生產(chǎn)需要不匹配；煙氣處理環(huán)節(jié)能力富余等行業(yè)共性問題。

2)針對這些問題，SG球團通過一系列嘗試和探索，總結出從原料到成品球團的全流程降低帶式焙燒球團生產(chǎn)工序能耗的方案，具體包括鐵精礦原料分區(qū)儲存，智能造球系統(tǒng)改造，優(yōu)化焙燒制度，降低脫硫脫硝耗能等措施。

3)經(jīng)過2021年的歷時一年的現(xiàn)場實踐驗證，SG降低帶式焙燒球團工序能耗的方案取得了良好的節(jié)能效果，與2020年相比，球團工序能耗降低5.74 kgce/t，達到21.80 kgce/t，能耗指標居于國內(nèi)同行前茅。