梅鋼燒結(jié)豎冷爐運(yùn)行實(shí)踐

仲園

（梅山鋼鐵能源環(huán)保部，江蘇南京 210039）

引言

燒結(jié)工序能耗占鋼鐵生產(chǎn)總能耗12%，僅次于煉鐵工序。燒結(jié)生產(chǎn)一方面有大量中、低品位余熱被排放，另一方面又消耗大量電能。將中品位余熱轉(zhuǎn)換成電能回收對(duì)降低燒結(jié)生產(chǎn)能耗是十分必要的［1-5］。目前，國(guó)內(nèi)鋼廠(chǎng)采用環(huán)冷、帶冷或機(jī)上冷卻工藝對(duì)燒結(jié)礦進(jìn)行冷卻，上述冷卻工藝廢熱氣的溫度不高，回收難度大、利用率低，大部分企業(yè)對(duì)這部分余熱回收利用重視不夠，造成大量余熱資源浪費(fèi)。

梅山鋼鐵公司近年來(lái)不斷加大節(jié)能減排工作力度，挖掘企業(yè)節(jié)能減排潛力，提高企業(yè)節(jié)能技術(shù)水平。2016年初梅鋼對(duì)燒結(jié)工序進(jìn)行節(jié)能減排升級(jí)改造，3號(hào)燒結(jié)機(jī)選擇新型燒結(jié)礦豎冷爐工藝進(jìn)行減排和節(jié)能升級(jí)改造，實(shí)現(xiàn)粉塵總量減排和燒結(jié)礦顯熱高效回收利用的目標(biāo)，不僅大大改善工序生產(chǎn)環(huán)境，還充分回收燒結(jié)礦顯熱發(fā)電，為生產(chǎn)提供廉價(jià)的電能，進(jìn)一步降低燒結(jié)礦產(chǎn)品的工序成本，增強(qiáng)了市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)能力。

1 燒結(jié)豎冷工藝

1.1 豎冷工藝流程

突破環(huán)冷機(jī)局限，采用燒結(jié)礦豎式冷卻的方式對(duì)燒結(jié)礦進(jìn)行冷卻，同時(shí)配套余熱鍋爐和發(fā)電機(jī)，對(duì)燒結(jié)礦顯熱充分回收。工藝流程：熱燒結(jié)礦從燒結(jié)機(jī)尾翻料卸下經(jīng)單輥破碎機(jī)熱破碎后，燒結(jié)礦碎塊通過(guò)卸料管導(dǎo)入料車(chē)內(nèi)，料車(chē)由卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)沿斜橋提升至豎冷爐頂部?jī)A翻并卸料至爐頂料倉(cāng)，通過(guò)料倉(cāng)底部的喉管流入豎冷爐；燒結(jié)礦充滿(mǎn)爐膛，并在爐膛內(nèi)自上而下緩慢流動(dòng)，與自下而上流動(dòng)的冷卻風(fēng)進(jìn)行充分的熱交換實(shí)現(xiàn)燒結(jié)礦的冷卻。冷卻后的低溫?zé)Y(jié)礦到達(dá)豎冷爐膛底部的卸料口，在豎冷爐出料口下部設(shè)有出料機(jī)，冷卻后燒結(jié)礦礦溫150 ℃，經(jīng)出料機(jī)排至新增皮帶輸送機(jī)，輸送至原有皮帶機(jī)上。

1.2 循環(huán)煙氣流程

高壓離心循環(huán)風(fēng)機(jī)將冷卻風(fēng)從豎冷爐下部以一定壓力通過(guò)送風(fēng)配風(fēng)裝置鼓入爐體內(nèi)，自下而上流動(dòng)穿過(guò)燒結(jié)礦料層，換熱后的熱風(fēng)到達(dá)爐膛上部風(fēng)腔匯集后，經(jīng)主煙道流出，依次通過(guò)一次除塵器（粗降塵）、余熱鍋爐（熱交換生產(chǎn)蒸汽）、熱水換熱（余熱充分利用生產(chǎn)浴室熱水）、二次除塵器（多管除塵）后，氣體溫度降到80 ℃左右，最后由循環(huán)風(fēng)機(jī)送回豎冷爐進(jìn)風(fēng)通道。

完全密閉的循環(huán)方式對(duì)煙氣的含塵量要求較低，只要滿(mǎn)足風(fēng)機(jī)的要求即可，而且循環(huán)氣體帶入的熱量能夠提高煙氣的溫度，進(jìn)而提高蒸汽產(chǎn)量和發(fā)電量，提高燒結(jié)礦的熱回收效率。

2 燒結(jié)機(jī)豎冷爐設(shè)計(jì)

2.1 改造前3號(hào)燒結(jié)冷卻方式

梅鋼3號(hào)燒結(jié)198 m2帶式燒結(jié)機(jī)配套Φ30m環(huán)冷機(jī)，采用環(huán)冷機(jī)冷卻熱燒結(jié)礦。表1為3號(hào)燒結(jié)機(jī)參數(shù)及產(chǎn)品參數(shù)。

表1 3號(hào)燒結(jié)機(jī)參數(shù)及產(chǎn)品參數(shù)

2.2 傳統(tǒng)環(huán)形冷卻存在的問(wèn)題

3號(hào)燒結(jié)礦環(huán)形冷卻運(yùn)行過(guò)程主要存在以下4點(diǎn)問(wèn)題：

（1）噸礦鼓風(fēng)2 200 m3/t量大，燒結(jié)礦冷卻電耗高；

（2）無(wú)組織及有組織粉塵排放、污染嚴(yán)重；

（3）密封差，漏風(fēng)率達(dá)20%～30%；

（4）錯(cuò)流換熱，換熱不充分，風(fēng)量浪費(fèi)，導(dǎo)致余熱品質(zhì)低，余熱利用30%左右，效率低。

2.3 燒結(jié)機(jī)豎冷工藝改造

突破傳統(tǒng)環(huán)冷機(jī)局限，開(kāi)發(fā)零排放燒結(jié)礦豎式冷卻關(guān)鍵工藝技術(shù)和裝備成為燒結(jié)區(qū)域節(jié)能減排和環(huán)境綜合治理的必由之路。3號(hào)燒結(jié)機(jī)產(chǎn)量維持不變，進(jìn)行冷卻系統(tǒng)改造，采用燒結(jié)豎冷爐冷卻工藝及余熱回收技術(shù)，在燒結(jié)機(jī)熱破碎機(jī)后配置1套豎冷爐系統(tǒng)和1套余熱鍋爐系統(tǒng)，在熱燒結(jié)礦冷卻的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)燒結(jié)礦顯熱的高效回收。新建余熱鍋爐產(chǎn)生中壓、低壓蒸汽，送往電廠(chǎng)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電，同時(shí)配套減溫減壓裝置，以備發(fā)電機(jī)組故障或蒸汽品質(zhì)低時(shí)將中壓蒸汽減溫減壓后送到低壓蒸汽管網(wǎng)。

2.3.1 風(fēng)量選擇

豎冷爐循環(huán)風(fēng)量是重要參數(shù)。按目前198 m2燒結(jié)機(jī)年產(chǎn)量200萬(wàn)t，日產(chǎn)燒結(jié)礦6 000 t，燒結(jié)礦平均小時(shí)產(chǎn)量252.5 t，考慮到槽下返礦、燒結(jié)自返礦，燒結(jié)機(jī)的毛礦產(chǎn)量約為350 t/h。燒結(jié)礦入爐溫度520 ℃，出爐溫度150 ℃，爐頂廢氣溫度450～480 ℃，氣體入口溫度80～90 ℃?？諝獾谋葻嵩谙嚓P(guān)工具書(shū)中可以查到，只要測(cè)定好燒結(jié)礦的比熱就可以推算出風(fēng)量。采用DSC熱分析方法，通過(guò)對(duì)已知比熱的標(biāo)準(zhǔn)樣品與未知比熱的待測(cè)樣品的測(cè)量結(jié)果作比較，測(cè)定梅鋼燒結(jié)礦比熱值，在前面數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，利用熱量平衡估算出本豎冷爐系統(tǒng)需要燒結(jié)礦冷卻鼓風(fēng)量為30萬(wàn)～35萬(wàn)m3/h［7］。

2.3.2 配套鍋爐設(shè)計(jì)

豎冷爐配套余熱鍋爐產(chǎn)生中壓、低壓蒸汽，送往電廠(chǎng)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。配套鍋爐設(shè)計(jì)參數(shù)如表2。

2.4 豎冷爐與環(huán)冷機(jī)組技術(shù)優(yōu)勢(shì)比較

從燒結(jié)礦冷卻方式、外排廢氣溫度、噸礦冷卻風(fēng)量、余熱利用效率等角度對(duì)豎冷爐與環(huán)冷機(jī)組技術(shù)優(yōu)劣進(jìn)行對(duì)比見(jiàn)表3。

表2 3號(hào)燒結(jié)豎冷爐配套鍋爐設(shè)計(jì)參數(shù)

表3 豎冷爐與環(huán)冷機(jī)組技術(shù)優(yōu)劣對(duì)比

3 燒結(jié)豎冷爐運(yùn)行實(shí)績(jī)

2018年3月梅鋼3號(hào)燒結(jié)機(jī)豎冷爐系統(tǒng)建成，熱試和生產(chǎn)運(yùn)行以來(lái)，工藝流程順暢，豎冷爐系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，粉塵排放總量減排效果顯著，環(huán)保效果十分理想。符合國(guó)家的節(jié)約能源、提倡綠色循環(huán)經(jīng)濟(jì)的政策導(dǎo)向，其社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益顯著。

3.1 環(huán)保效果

采用豎冷爐密閉冷卻工藝實(shí)際運(yùn)行三方面環(huán)保優(yōu)勢(shì)凸顯：（1）豎冷爐工序用風(fēng)量32萬(wàn)m3/h，僅為環(huán)冷機(jī)用風(fēng)量4 600×60×4=110萬(wàn)m3/h的30%以下，實(shí)現(xiàn)總量減排。大大降低燒結(jié)礦冷卻工序的冷卻風(fēng)用量。（2）采用介質(zhì)循環(huán)冷卻工藝，介質(zhì)循環(huán)率75%，工況排放總體積量10萬(wàn)m3/h，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)總量減排。（3）與傳統(tǒng)環(huán)冷機(jī)系統(tǒng)相比，豎冷爐密閉冷卻介質(zhì)循環(huán)工藝的粉塵排放總量減少90.9%（10/110=9.1%）。運(yùn)行效果與環(huán)冷對(duì)比見(jiàn)表4。

表4 豎冷爐與環(huán)冷運(yùn)行效果對(duì)比

3.2 噸礦蒸汽回收及發(fā)電情況

（1）噸礦蒸汽回收

統(tǒng)計(jì)調(diào)試運(yùn)行以來(lái)豎冷爐噸礦蒸汽回收水平如圖1。

圖1 豎冷爐噸礦蒸汽回收

從月噸礦蒸汽回收水平看目前噸礦蒸汽回收穩(wěn)定在92 kg/t以上，豎冷爐回收燒結(jié)礦余熱工藝總體運(yùn)行是成功的，調(diào)試階段其在環(huán)保節(jié)能方面均已超越了環(huán)冷工藝。但是豎爐回收蒸汽和發(fā)電水平與設(shè)計(jì)比較仍有較大差距。表5是豎冷爐目前運(yùn)行實(shí)績(jī)和設(shè)計(jì)參數(shù)比較。

表5 豎冷爐實(shí)績(jī)和設(shè)計(jì)參數(shù)比較

（2）發(fā)電負(fù)荷

余熱鍋爐產(chǎn)生中壓和低壓蒸汽經(jīng)管道送入汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組發(fā)電，經(jīng)循環(huán)水冷卻后的凝結(jié)水經(jīng)凝泵加壓后，送至余熱鍋爐凝結(jié)水加熱器，再到除氧器，除氧后由中壓鍋爐給水泵送至余熱鍋爐蒸發(fā)器-過(guò)熱器-出口蒸汽，實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的熱力循環(huán)。發(fā)電機(jī)額定功率10 MW，采用空冷方式。設(shè)計(jì)噸礦蒸汽回收31.25 kWh/t。

自2019年11月16日開(kāi)始，豎爐配套發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電。壓力1.3～1.6 MPa、300 ℃的中壓蒸汽產(chǎn)量18～20 t/h，壓力0.3 MPa、160 ℃低壓蒸汽產(chǎn)量6 t/h，機(jī)組發(fā)電功率正常約3 800 kW，最大瞬時(shí)4 644 kW，噸礦發(fā)電量約16.8 kWh/t?？梢?jiàn)噸礦發(fā)電和設(shè)計(jì)水平相比仍偏低。

3.3 不足之處

燒結(jié)豎冷爐工藝屬于行業(yè)內(nèi)前瞻性、突破性工藝，目前沒(méi)有成熟、完善的技術(shù)和實(shí)踐可供借鑒，但由于其在環(huán)保和節(jié)能方面的優(yōu)勢(shì)，一直被行業(yè)高度關(guān)注。結(jié)合3號(hào)燒結(jié)豎冷爐生產(chǎn)運(yùn)行實(shí)際目前存在以下3方面不足：

（1）豎冷爐冷卻燒結(jié)礦的礦料布料顆粒偏析嚴(yán)重，引起循環(huán)煙氣氣流偏析嚴(yán)重；

（2）燒結(jié)礦冷礦溫度偏高、余熱回收不充分。一是廢氣溫度低于設(shè)計(jì)值，差約100 ℃；二是排礦溫度高于設(shè)計(jì)值約30 ℃。

（3）燒結(jié)機(jī)卸料溜管局部磨損較快，壽命較短，檢修和維護(hù)工作量較大。

3.4 后續(xù)改善措施

基于前期豎爐在環(huán)保和節(jié)能兩方面的優(yōu)勢(shì)，豎爐調(diào)試與整改的重點(diǎn)聚焦降低排礦溫度至150 ℃以下，降低生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，滿(mǎn)足長(zhǎng)期連續(xù)的生產(chǎn)要求。

（1）優(yōu)化排料時(shí)序控制、進(jìn)一步降低D、E排料口礦溫，使幾個(gè)排料口排礦溫度均勻，總體降低排料溫度水平，避免物料燒毀運(yùn)輸皮帶；

（2）開(kāi)展?fàn)t內(nèi)料流、氣流以及氣固換熱的優(yōu)化工作，不斷提高廢氣溫度，降低燒結(jié)礦排料溫度；

（3）高爐倉(cāng)滿(mǎn)停機(jī)、物料因素（四、五號(hào)機(jī)檢修，向大高爐供料）、閘門(mén)故障、漏料整改4個(gè)因素是造成豎爐停機(jī)故障的關(guān)鍵因素。以此為重點(diǎn)研究的方向，解決豎冷爐停機(jī)的故障時(shí)間。

4 總結(jié)

從環(huán)保和節(jié)能兩方面考慮， 梅鋼引進(jìn)燒結(jié)礦豎式冷卻工藝。豎冷爐工藝取代原先的環(huán)冷工藝，采用豎式爐體，氣固兩相在相向運(yùn)動(dòng)過(guò)程完成熱交換，高溫廢氣進(jìn)入余熱鍋爐，鍋爐配套發(fā)電機(jī)組，運(yùn)行結(jié)果顯示，豎冷爐回收燒結(jié)礦余熱工藝取得初步成功，盡管還存在不少問(wèn)題，但其在環(huán)保和節(jié)能方面均已超過(guò)之前的環(huán)冷工藝。