青特鋼燒結(jié)過(guò)程熱平衡分析

陳國(guó)濤，鄭向國(guó)，仲常維，楊小建

（青島特殊鋼鐵有限公司，山東 青島266409）

青特鋼燒結(jié)過(guò)程熱平衡分析

陳國(guó)濤，鄭向國(guó)，仲常維，楊小建

（青島特殊鋼鐵有限公司，山東 青島266409）

從青特鋼燒結(jié)能源消耗實(shí)際出發(fā)，通過(guò)燒結(jié)過(guò)程熱量平衡分析，采取提高焦粉合格率、提高混合料低水穩(wěn)定率，降低環(huán)冷機(jī)漏風(fēng)，改善燒結(jié)料面過(guò)熔現(xiàn)象，降低焦?fàn)t煤氣單耗32%，大煙道溫度降低5～10℃，降低成本11.34元/t礦。

燒結(jié)熱量平衡；環(huán)冷機(jī)；燒結(jié)料面；煙道溫度

1 前言

青島特殊鋼鐵項(xiàng)目于2012年12月31日獲得國(guó)家發(fā)改委正式核準(zhǔn)。項(xiàng)目總投資164億元，產(chǎn)能300萬(wàn)t/a。2015年11月正式投入試生產(chǎn)，配備大型機(jī)械化封閉原料場(chǎng)，240m2燒結(jié)機(jī)2臺(tái)。為更好掌握及降低青特鋼燒結(jié)工序能源消耗，了解目前燒結(jié)工序能源利用水平，合理評(píng)價(jià)燒結(jié)工序熱利用狀況，通過(guò)對(duì)燒結(jié)過(guò)程熱量進(jìn)行定量分析，找出目前燒結(jié)工序能源使用中的不足，尋求青特鋼燒結(jié)節(jié)能降耗措施。

2 燒結(jié)過(guò)程物料平衡及熱量平衡分析

熱量平衡計(jì)算分析中，物料平衡采用月度報(bào)表中投入數(shù)據(jù)及產(chǎn)出數(shù)據(jù)，期間工藝參數(shù)采用月度平均值，部分熱量計(jì)算根據(jù)熱量定律，以混合料燒結(jié)為界面，燒結(jié)之前為熱量收入項(xiàng)，燒結(jié)之后為熱量支出項(xiàng)，根據(jù)熱量平衡原則對(duì)熱量收入與支出項(xiàng)進(jìn)行分析比較。

2.1 燒結(jié)過(guò)程物料平衡數(shù)據(jù)及工藝參數(shù)

熱平衡當(dāng)月生產(chǎn)燒結(jié)礦204621.16 t，消耗焦?fàn)t煤氣1000 000m3，當(dāng)月燒結(jié)投入產(chǎn)出月報(bào)表如表1所示。其中當(dāng)月混勻料堆197581.54 t，干基混勻料182328.25 t，含瓦斯灰1222.67 t，瓦斯灰中含碳22%；燒結(jié)生產(chǎn)過(guò)程中點(diǎn)火助燃風(fēng)量、主抽風(fēng)量總量無(wú)統(tǒng)計(jì)，點(diǎn)火助燃風(fēng)平均流量為8000m3/min，主抽風(fēng)量平均為11600m3/min；計(jì)算得點(diǎn)火助燃風(fēng)噸礦消耗1745.27m3/t；主抽風(fēng)噸礦消耗2530.65m3/t。

熱平衡期間當(dāng)月工藝參數(shù)平均值，燒結(jié)機(jī)頻率15.68 Hz，混合料水分7.72%，混合料溫54.54℃，點(diǎn)火溫度1177.96℃，大煙道溫度157.14℃，16#風(fēng)箱溫度402.64℃。用紅外測(cè)溫測(cè)得燒結(jié)礦（環(huán)冷前）溫度為700℃。熱平衡分析過(guò)程中一些測(cè)定數(shù)值及比熱，焦?fàn)t煤氣發(fā)熱量17556 kJ/m3，固體燃料發(fā)熱量25898.8 kJ/kg，混合料比熱837.4 kJ（/t·K），燒結(jié)礦比熱840 kJ（/t·K），水比熱4200 kJ（/t·K），水蒸氣比熱2080 kJ（/t·K），空氣比熱1.3004 kJ（/m3·K），燒結(jié)機(jī)臺(tái)車質(zhì)量7740.5 kg。

表1 燒結(jié)月投入產(chǎn)出情況

2.2 熱平衡計(jì)算

根據(jù)熱量守恒定律知，燒結(jié)熱量收入量等于燒結(jié)熱量支出量。本次熱量平衡以混合料燒結(jié)為界面，燒結(jié)之前各物料熱量總和為熱量收入項(xiàng)，見(jiàn)表2。燒結(jié)之后各物料熱量總和為熱量支出項(xiàng)見(jiàn)表3。

2.3 熱平衡分析及生產(chǎn)中存在問(wèn)題

表2 燒結(jié)熱量收入項(xiàng)

青特鋼燒結(jié)工序投產(chǎn)1 a以來(lái)，各主要工藝設(shè)備運(yùn)行正常，各物料秤、運(yùn)行參數(shù)等真實(shí)可靠，數(shù)據(jù)在允許誤差范圍內(nèi)。通過(guò)本次燒結(jié)熱量平衡分析計(jì)算以及現(xiàn)場(chǎng)觀察，發(fā)現(xiàn)燒結(jié)生產(chǎn)中存在的一些問(wèn)題。

表3 燒結(jié)熱量支出項(xiàng)

1）從熱平衡表中可以看出，燒結(jié)熱量收入項(xiàng)中固體燃料消耗占比最大，比例為82.10%；其次為焦?fàn)t煤氣消耗，比例為5.60%。燒結(jié)礦、鋪底料及內(nèi)返礦合計(jì)為燒結(jié)餅，燒結(jié)熱量支出項(xiàng)中，燒結(jié)餅帶走熱量最大為54.29%，其次為煙道廢氣帶走熱量比例為32.09%，混合料水分帶走熱量比例為13.62%。燒結(jié)工序余熱利用時(shí)，應(yīng)充分考慮利用燒結(jié)餅中所含熱量，其次考慮煙道廢氣熱量的利用。目前青特鋼燒結(jié)在余熱利用方面，只利用了環(huán)冷機(jī)一段燒結(jié)餅熱量用于發(fā)電，環(huán)冷機(jī)二、三段燒結(jié)餅熱量及煙道廢氣熱量未開(kāi)發(fā)利用。

2）焦?fàn)t煤氣單耗85848.84 kJ/t，大于燒結(jié)廠設(shè)計(jì)規(guī)范，規(guī)范中規(guī)定，采用焦?fàn)t煤氣、天燃?xì)鉃辄c(diǎn)火燃料時(shí)煤氣單耗應(yīng)≤0.065 GJ/t。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀察，燒結(jié)料面存在過(guò)熔現(xiàn)象，見(jiàn)圖1。了解現(xiàn)場(chǎng)崗位操作情況，崗位操作人員擔(dān)心點(diǎn)火煤氣流量降低，燒結(jié)機(jī)臺(tái)車兩側(cè)料面因?yàn)檫吘壭?yīng)，點(diǎn)火效果不好，從而影響燒結(jié)礦強(qiáng)度；現(xiàn)場(chǎng)焦?fàn)t煤氣電動(dòng)調(diào)節(jié)閥門開(kāi)度為10%左右，設(shè)備選型偏大，主控工可調(diào)范圍偏小，并且操作起來(lái)焦?fàn)t煤氣流量波動(dòng)大，降低焦?fàn)t煤氣只能靠現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)手動(dòng)閥門，不利于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制。

圖1 燒結(jié)機(jī)表面過(guò)熔局部

3）青特鋼燒結(jié)工序環(huán)冷余熱發(fā)電情況測(cè)算。青特鋼燒結(jié)工序環(huán)冷首段余熱用于發(fā)電，在燒結(jié)工序熱平衡表中，燒結(jié)餅帶走的顯熱占熱支出的54.29%，總熱量計(jì)830261.88 kJ/t。燒結(jié)工序環(huán)冷首段熱量用于發(fā)電，假設(shè)環(huán)冷機(jī)首段位置燒結(jié)餅冷卻溫度降為300℃，則環(huán)冷機(jī)首段位置燒結(jié)餅發(fā)生的交換熱量為474435.36 kJ/t，不考慮環(huán)冷機(jī)漏風(fēng)，假設(shè)余熱發(fā)電效率為20%，則理論上環(huán)冷機(jī)首段燒結(jié)餅可發(fā)電量為26.35（kW·h）/t。參考2015年度燒結(jié)球團(tuán)技術(shù)匯編可知，青特鋼燒結(jié)余熱發(fā)電離行業(yè)先進(jìn)指標(biāo)相差甚遠(yuǎn)。青特鋼燒結(jié)環(huán)冷發(fā)電量設(shè)計(jì)為16（kW·h）/t，實(shí)際發(fā)電量?jī)H為 2（kW·h）/t，環(huán)冷余熱發(fā)電量遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)發(fā)電量、本次熱平衡測(cè)算理論發(fā)電量以及行業(yè)先進(jìn)指標(biāo)水平。

4）在本次燒結(jié)工序熱平衡分析過(guò)程中，燒結(jié)生產(chǎn)過(guò)程存在部分影響熱量平衡因素。青特鋼燒結(jié)工序由于燃料破碎液壓系統(tǒng)問(wèn)題，焦粉破碎粒度較差，濕基粒度檢測(cè)僅為71%，對(duì)本次熱量平衡存在一定影響。燒結(jié)工序混合料為紅外在線測(cè)水，因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)粉塵、蒸汽環(huán)境因素影響及外包維護(hù)保養(yǎng)不及時(shí)，紅外在線測(cè)水效果差，混合料水分波動(dòng)未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，對(duì)本次熱量平衡存在一定影響。

5）青特鋼燒結(jié)工序本次熱量平衡中忽略返礦中殘?zhí)苛考皻執(zhí)慨a(chǎn)生的熱量，忽略了熱平衡中各物質(zhì)在不同溫度及壓力下比熱容的變化。主抽風(fēng)量與助燃風(fēng)量為平均數(shù)，無(wú)月累計(jì)。

6）本次熱量平衡計(jì)算中收入項(xiàng)與支出項(xiàng)接近，差值中包含臺(tái)車箅條等散熱因素。通過(guò)對(duì)燒結(jié)機(jī)臺(tái)車箅條等設(shè)備散熱估算，可認(rèn)為熱量平衡中差值偏小。由此可判斷，本次熱平衡測(cè)算中，或者熱量收入項(xiàng)數(shù)值偏小，或者支出項(xiàng)數(shù)值偏高。焦?fàn)t煤氣月消耗量為集團(tuán)公司平衡后數(shù)值，根據(jù)儀表顯示及現(xiàn)場(chǎng)情況，可能存在低估10%的誤差。

3 節(jié)能措施及建議

1）合理降低焦?fàn)t煤氣單耗，做好燒結(jié)工序焦?fàn)t煤氣點(diǎn)火，調(diào)整好焦?fàn)t煤氣、空氣的空燃比，保障點(diǎn)火溫度及點(diǎn)火強(qiáng)度。在燒結(jié)機(jī)臺(tái)車兩側(cè)加平料板、壓料輥，增強(qiáng)在線監(jiān)督燒結(jié)機(jī)表面點(diǎn)火情況，減少燒結(jié)機(jī)表面點(diǎn)火局部過(guò)熔現(xiàn)象；針對(duì)焦?fàn)t煤氣電動(dòng)調(diào)節(jié)控制閥門偏低且不利于調(diào)整的情況，利用檢修機(jī)會(huì)更換調(diào)節(jié)閥，使焦?fàn)t煤氣量降低。對(duì)焦?fàn)t煤氣每日使用情況納入考核，通過(guò)行政手段，降低焦?fàn)t煤氣耗用。

2）余熱發(fā)電設(shè)備運(yùn)行不正常，局部設(shè)計(jì)不合理，發(fā)電量?jī)H為2（kW·h）/t，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于本次熱平衡分析理論發(fā)電數(shù)值。燒結(jié)工序余熱發(fā)電系統(tǒng)存在巨大節(jié)能空間，是下一步節(jié)能的主要方向。余熱發(fā)電送風(fēng)管道及收風(fēng)管道等存在缺陷，設(shè)備密封、保溫設(shè)施不合理。召集相關(guān)專家對(duì)其進(jìn)行論證，余熱保溫設(shè)施已拆除，對(duì)重點(diǎn)密封設(shè)施已進(jìn)行改造。余熱發(fā)電量較熱量平衡分析期間有所提高，后續(xù)余熱發(fā)電設(shè)計(jì)改造等相關(guān)事宜正逐步展開(kāi)。潛在的效益計(jì)算：按設(shè)計(jì)發(fā)電量計(jì)算，噸礦在現(xiàn)有基礎(chǔ)上電費(fèi)降低9.94元。

3）大煙道溫度157℃，與行業(yè)普遍控制范圍相比明顯偏高，統(tǒng)一執(zhí)行操作標(biāo)準(zhǔn)，適當(dāng)降低大煙道溫度5～10℃，有利于熱量支出項(xiàng)降低，進(jìn)而減少燒結(jié)礦能源消耗。

4）從熱平衡分析可以看出，混合料中水分帶走大量熱量，在造球允許條件下，厚料層操作，盡量適度降低混合料水分含量，可以有效降低能源消耗（燃料消耗）。

5）焦粉破碎粒度差，燃料破碎系統(tǒng)液壓設(shè)備存在問(wèn)題，通過(guò)采購(gòu)液壓設(shè)備解決燃料破碎粒度問(wèn)題。對(duì)紅外測(cè)水及混合料水分波動(dòng)情況，通過(guò)考察學(xué)習(xí)，決定引進(jìn)微波測(cè)水及智能加水控制系統(tǒng)，通過(guò)智能控制系統(tǒng)，減少實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程水分波動(dòng)。

6）通過(guò)熱量平衡計(jì)算，燒結(jié)熱效率還存在提高空間。環(huán)冷機(jī)首段余熱發(fā)電后，燒結(jié)礦還有部分熱量?jī)r(jià)值可開(kāi)發(fā)利用。建議環(huán)冷二三段燒結(jié)礦余熱利用制取蒸汽/熱水或用于熱風(fēng)燒結(jié)。煙道煙氣帶走熱量占總熱量的32.09%，此部分可充分余熱利用，特別是機(jī)尾風(fēng)箱溫度的顯熱，建議制取蒸汽/熱水或用于熱風(fēng)燒結(jié)。亦可參照日照鋼鐵煙道煙氣（燒結(jié)機(jī)尾風(fēng)箱）余熱用于發(fā)電，燒結(jié)噸礦發(fā)電約2（kW·h）/t，可降低燒結(jié)礦成本1.4元/t。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)青特鋼燒結(jié)熱平衡分析，采取上述措施，對(duì)以后的燒結(jié)生產(chǎn)提供有力的理論支撐。焦?fàn)t煤氣使用單耗降低32%；焦粉合格率提高、混合料低水分穩(wěn)定率有利于固體燃耗的降低；改善余熱發(fā)電，可降低成本9.94元/t礦；大煙道溫度可降低5～10℃；燒結(jié)機(jī)煙道溫度發(fā)電，可降低成本1.4元/t礦。

[1] 武軼，金俊，李小靜，等.二鐵燒結(jié)過(guò)程熱平衡分析[J].安徽冶金，2014（.2）：31-34.

[2] 孟建忠，黨榮富.燒結(jié)熱平衡與節(jié)能降耗[J].燒結(jié)球團(tuán)，1998.（1）：18-22.

學(xué)會(huì)動(dòng)態(tài)

2017年燒結(jié)煙氣脫硝及綜合治理技術(shù)交流研討會(huì)在山西臨汾召開(kāi)

2017年8月24、25日，2017年燒結(jié)煙氣脫硝及綜合治理技術(shù)交流討會(huì)在山西臨汾召開(kāi)，來(lái)自全國(guó)冶金行業(yè)及國(guó)內(nèi)知名環(huán)保企業(yè)的229名代表參加了會(huì)議。山西省金屬學(xué)會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)安俊德向大會(huì)致歡迎辭，會(huì)議由河北省金屬學(xué)會(huì)張敬民副秘書(shū)長(zhǎng)主持。

環(huán)保部2017年6月13日發(fā)布的《鋼鐵燒結(jié)、球團(tuán)工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》等20項(xiàng)國(guó)家污染物排放標(biāo)準(zhǔn)修改單的公告（征求意見(jiàn)稿）中，明確氮氧化物限值調(diào)整為100mg/m3，鋼鐵行業(yè)將面臨巨大的脫硝壓力。為了鋼鐵行業(yè)積極應(yīng)對(duì)環(huán)保新政策，進(jìn)一步總結(jié)我國(guó)煙氣綜合治理及脫硝技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，借鑒其他兄弟單位的成熟經(jīng)驗(yàn)，推廣應(yīng)用各種新技術(shù)、新設(shè)備、新材料，促進(jìn)相關(guān)行業(yè)大氣污染物治理，山西省金屬學(xué)會(huì)聯(lián)合河北、山東、河南、江蘇、安徽、天津、陜西等地方金屬學(xué)會(huì)主辦了本次會(huì)議。會(huì)議以鋼鐵行業(yè)燒結(jié)煙氣脫硝研討為主題，就當(dāng)前燒結(jié)機(jī)煙氣脫硝技術(shù)在鋼鐵業(yè)的應(yīng)用、運(yùn)行情況及技術(shù)解讀等一系列熱點(diǎn)議題展開(kāi)討論。

北京科技大學(xué)蒼大強(qiáng)教授參加了會(huì)議并做了《國(guó)內(nèi)外鋼鐵工業(yè)燒結(jié)煙氣脫硝新方法-新技術(shù)》專題講座。他總結(jié)了國(guó)內(nèi)外鋼鐵工業(yè)燒結(jié)煙氣脫硝新方法、新技術(shù)，提出新常態(tài)需要新思維和新方法，強(qiáng)化創(chuàng)新意識(shí)和方法是顛覆性思路產(chǎn)生的基礎(chǔ)，強(qiáng)化基礎(chǔ)研究是顛覆性技術(shù)產(chǎn)生的基礎(chǔ)；解決鋼鐵行業(yè)燒結(jié)煙氣脫硝要開(kāi)發(fā)源頭，過(guò)程抑制和多種污染協(xié)同處理技術(shù)。他強(qiáng)調(diào)指出鋼鐵工業(yè)節(jié)能減排已經(jīng)進(jìn)入了工藝裝備需要變革的時(shí)代，節(jié)能減排任務(wù)落在冶金專業(yè)人的身上。

冶金工業(yè)規(guī)劃研究院環(huán)保中心程琳教授特別針對(duì)發(fā)布的《鋼鐵燒結(jié)、球團(tuán)工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》等20項(xiàng)國(guó)家污染物排放標(biāo)準(zhǔn)修改單的公告（征求意見(jiàn)稿）向鋼鐵企業(yè)提出了應(yīng)對(duì)建議，并對(duì)新排污許可制度進(jìn)行了深度解讀。

安徽工業(yè)大學(xué)、太原鋼鐵（集團(tuán)）公司、寶鋼（集團(tuán)）公司在大會(huì)介紹了他們的燒結(jié)煙氣脫硝技術(shù)研究成果，12家環(huán)?？蒲泻蜕a(chǎn)企業(yè)介紹了他們?cè)谠擃I(lǐng)域最新研發(fā)的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)。

大會(huì)組織代表參觀了山西建邦鋼鐵集團(tuán)有限公司和山西立恒鋼鐵股份有限公司燒結(jié)煙氣脫硝和工業(yè)污水凈化處理生產(chǎn)技術(shù)裝備。

（山東金屬學(xué)會(huì)秘書(shū)處）

Heat-balance Analysis of the Sintering Process for Qingdao Special Steel

CHEN Guotao,ZHENG Xiangguo,ZHONG Changwei,YANG Xiaojian

（Qingdao Special Iron and Steel Corporation Limited,Qingdao 266409,China）

Based on the actual use of sintering energy consumption of Qingdao Special Steel,the heat equilibrium was analyzed for sintering process.By improving the qualified rate of coke powder and themixture water stability rate low and reducing the cooler air leakage,the sintering burden overmelting phenomenon was improved.The consumption of coke oven gas 32%,the flue temperature is 5-10 degrees centigrade and the cost of 11.34 Yuan/tmine were reduced.

Heat-balance for sintering,energy saving

TF046.4

B

1004-4620（2017）04-0025-03

2017-03-24

陳國(guó)濤，男，1980年生，2003年畢業(yè)于武漢科技大學(xué)礦物加工專業(yè)。現(xiàn)為青島特殊鋼鐵有限公司工程師，主要從事燒結(jié)工藝技術(shù)工作。