北營400m²燒結(jié)節(jié)能環(huán)保生產(chǎn)實踐

劉緒明

（本鋼集團北營煉鐵廠  遼寧  本溪  117017）

摘  要：北營煉鐵廠400m² 燒結(jié)是響應(yīng)國家實施節(jié)能減排淘汰落后產(chǎn)能的號召，由中冶長天總包，于2015年初投產(chǎn)的大燒結(jié)，采用余熱利用和除塵脫硫等新工藝，設(shè)計年產(chǎn)500萬噸優(yōu)質(zhì)燒結(jié)礦直供3200m³高爐，年回收余熱8000萬kwh，并煙氣除塵脫硫。為進一步挖潛降耗，從2017年末開始，依靠科技進步，實施燒結(jié)全過程精準操作，在保證燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量的前提下推行低溫燒結(jié)法，燒結(jié)生產(chǎn)呈現(xiàn)出產(chǎn)質(zhì)量與工藝結(jié)構(gòu)、環(huán)保和經(jīng)濟效率相得益彰的良好局面。

關(guān)鍵詞：低溫燒結(jié)，熱量，供料，黏結(jié)相，余熱利用，除塵脫硫，環(huán)境保護

近年來，隨著我國供給側(cè)改革的深化：去產(chǎn)能調(diào)結(jié)構(gòu)，水電等能源介質(zhì)階梯價格，環(huán)保考核漸行漸嚴，鋼鐵企業(yè)正面臨著生存發(fā)展的嚴冬。提升產(chǎn)質(zhì)量、挖潛降耗，推行綠色環(huán)�？沙掷m(xù)生產(chǎn)模式已經(jīng)刻不容緩。北營煉鐵廠400m2 燒結(jié)依靠科技進步通過對原料處理等燒結(jié)全工藝過程進行細控制：找到了保證燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量前提下的低溫燒結(jié)方法，取得了低碳環(huán)�？沙掷m(xù)發(fā)展的預(yù)期。本文擬實踐方面進行粗淺總結(jié)。

1 低溫燒結(jié)

1.1 低溫燒結(jié)的基本原理

鐵礦粉固結(jié)的原動力是熱量。礦粉和熔劑在熱量作用下發(fā)生固相反應(yīng)產(chǎn)生低熔點物質(zhì)。隨著溫度進一步提高低熔點物質(zhì)軟化粘結(jié)產(chǎn)生黏結(jié)相，黏結(jié)相包裹未熔物，然后結(jié)晶冷卻、篩分整粒后得到成品燒結(jié)礦，燒結(jié)過程由上至下按物態(tài)變化分為5帶：燒結(jié)礦帶、燃燒帶、預(yù)熱帶、干燥帶和過濕帶。低溫燒結(jié)就是要在保證黏結(jié)相量夠質(zhì)好的前提下，盡量降低燒結(jié)溫度水平，即：減少熱量支出，以降低燃耗。

固定碳燃燒產(chǎn)生熱量占總熱量的一半以上，是燒結(jié)廠挖潛降耗的重要著力點。非碳燃燒熱量收入主要有由料溫帶進的熱量、氧化物的氧化放熱和料層的自動蓄熱等。

1.2 低溫燒結(jié)的過程控制

1.2.1 穩(wěn)定供料

400m² 燒結(jié)的供料系統(tǒng)是15萬噸級大循環(huán)混勻庫供料作業(yè)。主料是周邊粉和外購粉，輔料是小品種料。供料工藝如圖1所示。

圖1 供料系統(tǒng)工藝流程

周邊粉是自產(chǎn)于鞍遼鐵礦區(qū)的精礦，含有7.6%左右的水分，冬天易凍結(jié)成塊，使用之前首先要進原料庫房進行解凍作業(yè)。

外購粉如巴西粉和Pb粉等大宗物料是富礦，按理化性能分批次進場地，分堆存放。

小品種料是除塵灰、煉鋼塵泥、回爐鐵篩選物和氧化鐵皮等我廠回收廢料，通過受料池、礦槽、圓盤和電子皮帶稱方式按一定的配比配合而成。                                                      

燃料是我廠碎焦。入廠原料條件見表1                                        

表1 原燃料條件

各種含鐵原料在經(jīng)過一次配料后送往混勻庫，做進一步混勻，再用膠帶機供往配料礦槽。

供料系統(tǒng)采用大型機械自動化處理物料，工序節(jié)點上注重加強漏嘴-篦條功能管理，去除雜物。使配料時鐵原料成為一種含鐵“勻礦”，其成分波動很小�；旌狭�TFe振幅小于0.3%，水分振幅小于0.5%，粒度均勻^[1]。

1.2.2 低水分操作

2018年初通過低水操作實驗，摸索到了合適的水分值。水分在燒結(jié)過程中的作用之一是潤濕物料造球，以改善燒結(jié)料層的透氣性，需要根據(jù)原燃料條件等因素來定。現(xiàn)在與以前相比：原料條件已經(jīng)發(fā)生了很大的變化：細磨精礦粉由當初的30%下降到了15%，取而代之的是外購富礦粉占80%左右。外購礦是紅礦，具有粒度粗、疏水性和燒損大的特點，物料的初始粒度組成客觀上要求水分稍低一點。17#風箱和大煙道的溫度和負壓在實驗期間淋漓盡致的表現(xiàn)出透氣性變化來。如表2所示。

表2 不同水分實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計

水分低于6.00%時，混合料小粒級量明顯聚升，料層在抽風作用下明顯變薄，出點火器就能看出來。透氣性不好，風箱拐點溫度稍后移半個風箱。

水分高于6.40%時，須要加燃料配比，大煙道溫度升高。這是由于水分在自上而下遷移時傳導(dǎo)的熱量增多的緣故。

現(xiàn)階段合適的水分在6.05%～6.40%之間，既能滿足低溫燒結(jié)對透氣性的要求又能兼顧余熱利用需求高溫廢氣而除塵脫硫需求低溫廢氣的要求。水資源在我國北方大部分地區(qū)，尤其是在有一定海拔高度的400m2 燒結(jié)顯得特別珍貴，節(jié)約用水，就等于提升了企業(yè)的經(jīng)濟效率。

1.2.3 提高設(shè)備作業(yè)率

400m² 燒結(jié)的設(shè)備分類按大小可分為大型設(shè)備和一般設(shè)備，主抽風機和燒結(jié)機柔性傳動等是大型設(shè)備；按損壞速度可分為易損件和一般件，單輥破碎機和橢圓等厚篩等是易損件；按電壓可分為高壓設(shè)備和低壓設(shè)備，混三膠帶機和混合機等是高壓設(shè)備，400m² 燒結(jié)除了不斷完善值班室儀表監(jiān)控外還十分注重巡檢效果；設(shè)備出現(xiàn)事故要按順序追究當事人責任，這樣分門別類的、有側(cè)重點的要求維檢和崗位對所屬設(shè)備運行必須要心中有數(shù)，精準維護。

1.2.4 定機速低溫燒結(jié)

機速定為2.1m/min，機速穩(wěn)定是燒結(jié)5帶穩(wěn)定的前提，出現(xiàn)波動要分析原因，及時糾正。

研究表明：固相反應(yīng)生成的低熔點礦物鐵酸鈣在溫度為1250℃-1280℃之間時有30%-40%的生成量，成交織狀結(jié)構(gòu)，以此黏結(jié)相固結(jié)的燒結(jié)礦具有強度高還原性好的特點。鐵酸鈣的生成和發(fā)育與溫度、礦物組成、粒度、高溫保持時間和料層氣氛有關(guān)。尤其以溫度為最，溫度稍高時鐵酸鈣下降、針狀變板狀，燒結(jié)礦強度升高，還原性下降。與傳統(tǒng)熔煉型燒結(jié)相比，燒結(jié)溫度下降30℃，節(jié)約燃料^[2]。

大煙道溫度、負壓、機尾斷面和成品礦等現(xiàn)場狀況綜合判斷燒結(jié)過程進行情況。

2 余熱利用

2.1 余熱項目運行

400m2燒結(jié)的余熱是燒結(jié)機翻下的灼礦，采用鼓風式環(huán)冷機進行強制冷卻時產(chǎn)生的高溫熱風，其利用項目有倆個。一期高溫段工程與燒結(jié)本體工程由中冶建筑公司同時承建，主要設(shè)備為：1臺（43t/h+18t/h） 雙溫雙壓余熱鍋爐和1臺10MW發(fā)電機 ^[3]。如圖2所示。    

圖2 余熱利用工藝流程

環(huán)冷機上的高溫廢氣在循環(huán)風機的作用下通過高參數(shù)過熱器（前置于環(huán)冷機風罩上）時被分成能量不等熱氣流分別與不等壓力的蒸發(fā)器（鍋爐）進行熱交換后變?yōu)榈蜏貜U氣，再返回環(huán)冷機冷卻燒結(jié)礦，這種周而復(fù)始不斷循環(huán)的吸熱放熱過程，就完成了燒結(jié)礦余熱利用的轉(zhuǎn)換。

二期低溫段工程由本溪北方工業(yè)裝備公司承建與2017年末投入運行。環(huán)冷低溫段的廢風流經(jīng)熱管換熱器，加熱流體介質(zhì)，變成低溫氣體后，再排入大氣。

2.2 燒結(jié)操作微調(diào)

為提高余熱利用效率，燒結(jié)操作進行微調(diào)：燒結(jié)過程終點往后挪一個風箱位置。原理：在固體燃耗不變的前提下，燒結(jié)煙氣帶走少部分熱量，更多的熱量滯留在燒結(jié)礦里，通過環(huán)冷機時產(chǎn)生高溫廢氣供余熱利用。即：燒結(jié)礦冷卻結(jié)晶過程搬家到環(huán)冷機高溫段。

有一個問題是：燒結(jié)礦的強度會不會下降。經(jīng)統(tǒng)計：終點后挪一個風箱就等于是減少了燒結(jié)礦結(jié)晶時間2 min，大煙道溫度下降5℃；環(huán)冷一段溫度上升30℃，可多產(chǎn)生蒸汽20t/d；但成品燒結(jié)礦小于10mm粒級增加了2.3&；RDI增加了1.7%,高爐順行受到一定的影響。必須要采取果斷措施來保證燒結(jié)過程充分，比須要保證燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量。

環(huán)冷1#鼓風機和2#鼓風機之間有16個臺車35m長的距離為環(huán)冷一段，溫度最高，既是燒結(jié)礦結(jié)晶過程控制的關(guān)鍵點，又是余熱利用的重點部位。從12月中旬開始，下調(diào)環(huán)冷速比：0.7，上調(diào)料層厚度200mm，并調(diào)整鼓風機進風參數(shù)，實行慢機速厚料層操作。同時加強環(huán)冷罩子密封，減少漏風。多方面營造出類似燒結(jié)礦結(jié)晶過程的條件。如表3所示

表3環(huán)冷機操作對比統(tǒng)計

2017年12月中旬惡化的燒結(jié)礦質(zhì)量指標，迅速得到了有效糾正。如表4所示

表4 燒結(jié)礦質(zhì)量和余熱利用統(tǒng)計

注：燒結(jié)終點挪后方案是從12月9日開始的。‚11月余熱項目只產(chǎn)氣不發(fā)電。

2.3 余熱利用效率分析

余熱利用的熱風來源于環(huán)冷機，經(jīng)利用后又返回環(huán)冷機，進行了流體介質(zhì)能源的密閉式循環(huán)再利用，避免了能源浪費，在非采暖季生產(chǎn)電量并入東北國家電網(wǎng)，采暖季生產(chǎn)蒸汽供廠區(qū)使用，沖抵了部分能源量，同時避免了二次揚塵。還可以少轉(zhuǎn)一臺900KW的鼓風機。取得了良好的循環(huán)經(jīng)濟效益。

3 除塵脫硫

3.1 除塵系統(tǒng)運行

400m² 燒結(jié)全采用干式密閉性除塵措施來治理工廠揚塵現(xiàn)象，分為機頭除塵和布袋電除塵。如表5所示。

表5 除塵運行參數(shù)統(tǒng)計表

凡有揚塵的地方都有收塵罩子。

連接在燒結(jié)機風箱下面的大煙道是機頭電除塵的前置粗除塵設(shè)備。廢氣進入大煙道后流速降低，流動方向改變，在重力和慣性力的作用下把大顆粒粉塵分離出去后進入高壓電場。煙氣在穿過正負兩極8kv高壓直流電場間發(fā)生電離現(xiàn)象，氣流中的粉塵荷電，在靜電、抽力和重力作用下，大部分帶負電的粒子飛向集電極。少量帶正點的粒子飛向放電極。這樣含塵氣體中的粉塵與氣體分離，氣體得到凈化后送往脫硫工藝做進一步處理。當帶電粒子到達兩極時，粒子將其所帶電荷放出并沉積在電極上，經(jīng)過一定時間，由振打裝置將其去除，落入設(shè)在除塵器下邊的漏斗中。

布袋除塵與電除塵不同的是由收塵點匯集的含塵廢氣不經(jīng)電場而是穿過覆膜濾料布袋得到凈化后直接排入大氣中。粉塵則被阻留布袋外面、定期反吹并落入下面的灰斗中。

除塵灰定期通過雙重卸灰閥運用氣力輸送管道送到配料倉，作為原料小料使用。

3.2 除塵系統(tǒng)效率

鐵礦粉造塊工廠不可避免會產(chǎn)生大量的含塵廢氣，必須要進行有效的捕集和處理。否則，管路系統(tǒng)將會堵塞，風機將被磨損，設(shè)備的使用壽命將會降低，而且造成資源浪費。干式除塵器與濕式除塵設(shè)備相比有耗能少，除塵效率高的優(yōu)點。

3.3 脫硫系統(tǒng)運行

燒結(jié)廢氣廢氣中還含有SO₂等有害成分，會造成大氣污染環(huán)境污染 ^[4]。

400m² 燒結(jié)脫硫系統(tǒng)（中節(jié)能六合天融環(huán)�？萍加邢薰�司總包的FGD裝置）緊隨燒結(jié)主體投產(chǎn)而投產(chǎn)，采用濕式石灰石-石膏法脫硫工藝，主要包括脫硫塔本體、石膏脫水和煙氣除霧系統(tǒng)。設(shè)計95%以上的脫硫效益。脫硫副產(chǎn)品--石膏可直接外銷。如圖3所示。

圖3 脫硫工藝流程

在吸收塔中部區(qū)域，燒結(jié)煙氣與脫硫漿液做逆向接觸運動。煙氣里的硫氧化物等酸性物與漿液里的鹽類化合物發(fā)生氣體化學反應(yīng)，而去除大氣污染物之一硫化物。主要反應(yīng)式有                                                                      

吸收：SO₃+H₂O→H₂SO₄    

吸收SO₂后的漿液在重力作用下滴入下部循環(huán)氧化區(qū)（漿液池），亞硫酸鈣被鼓入的空氣氧化成硫酸鹽，硫酸鹽結(jié)晶水后成石膏，主要反應(yīng)式有：

中和：CaCO₃+H₂SO₄→CaSO₄+CO₂+H₂O

氧化：2CaSO₃+O₂→2CaSO₄        

結(jié)晶：CaSO₄+2H₂O→CaSO₄·2H₂O  

吸收區(qū)上部安裝有三級除霧器，當帶有一定液滴的煙氣以一定的速度通過除霧器通道是，由于煙道本身彎曲的特殊結(jié)構(gòu)，迫使煙氣在運動中連續(xù)的改變方向，并在慣性力和摩擦力的作用下實現(xiàn)氣液分離。出口煙氣環(huán)保達標后直接外排大氣。

3.4 環(huán)境意義

燒結(jié)煙氣通過煙氣脫硫系統(tǒng)作用后由濁變清，滿足了國家環(huán)保部門對工業(yè)企業(yè)大氣污染排放標準的要求^[5]，見表6脫硫設(shè)施運行報表統(tǒng)計。

表6脫硫設(shè)施運行報表統(tǒng)計

脫硫效率達到了97.5%。每年按350天，作業(yè)率100%計，可大約算出減少排放量SO₂：6400t，粉塵：265t和NO_x：1300t，消除了酸雨等大氣污染現(xiàn)象。

4 實踐效果

北營煉鐵廠400m²燒結(jié)重視原料條件、工藝銜接和設(shè)備運行的基礎(chǔ)性作用，在保證燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量的前提下，堅持低溫燒結(jié)，靈活調(diào)整操作，取得了不俗的效果。

固體碳燃耗維持在50.50 kg/t左右，同比降低了1.2%。算成經(jīng)濟效率：市場價格每年175萬元。

回收粉塵和余熱，取得了較好循環(huán)經(jīng)濟效率。

工業(yè)危廢有效可控排放，實現(xiàn)了碧水藍天。

5 結(jié)束語

鐵礦粉燒結(jié)工藝作為鋼鐵系統(tǒng)的一部分，擔當了推行低碳環(huán)�？沙掷m(xù)生產(chǎn)的重要角色。北營煉鐵廠400m²燒結(jié)團隊認識到自身使命和價值、依靠科技進步進行精準工藝操作，從而減少了燒結(jié)系統(tǒng)熱量支出，增加了非碳燃燒熱量收入，開展了熱量循環(huán)利用和廢氣無污染處理，達到降低固定碳消耗、提高效能的目的，構(gòu)建出了清潔低碳、安全高效、可持續(xù)的優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)、能源循環(huán)和環(huán)保體系。挖潛降耗實施低成本戰(zhàn)略是企業(yè)永恒的課題，不能停息。如何提高蒸汽加熱料溫的效率等問題，有待于大家進一步研究。

參考文獻

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