联鑫钢铁 2 号烧结机节能减碳生产的探索与实践分析

联鑫钢铁2号烧结机

节能减碳生产的探索与实践

陈小平1 廖云友2 盛国华2 李树章2 吴丛芳2 谢高峰2

(1.上海联顺实业有限公司,上海 202150;

2.盐城联鑫钢铁有限公司,江苏盐城 224145)

2020年、2021年，中国粗钢产量连续两年突破10亿吨，占全球粗钢产量的60%。钢铁行业是能源消耗大户和污染物排放大户，已成为大气污染防治的重点行业。烧结能耗约占全工序能耗的12%[1]，其中煤粉（焦粉）消耗和电消耗分别占烧结工序能耗的85%和6%。

随着烧结工序节能减碳受到越来越多的重视，特别是在向世界作出2030年“碳达峰”、2060年“碳中和”的承诺后，我国在烧结工序节能减碳方面进行了一系列的探索和实践，如采用兰炭替代烧结煤和焦粉[2]、烧结富氧点火[1]、负压点火[3-4]、厚床烧结[5-6]、燃料分级[7]等。但由于烧结生产是一个复杂的动态系统，上述单一技术均存在其局限性。

盐城联鑫钢铁有限公司（以下简称“联鑫烧结钢”）是一家以长流程为主的大中型钢铁企业，烧结工序能耗问题一直是公司关注的问题，受多种因素影响，其能耗降低空间有限且可持续性较差。为此，公司制定了节能减碳相关政策和要求，并结合公司及烧结工序实际情况，牵头开展了一系列烧结工序节能减碳技术研究，制定了相关措施并取得明显成效，为公司长远稳定发展提供了技术支撑，为长流程钢铁企业的可持续发展和创新发展提供了新思路。

1.工艺设计方案

联鑫钢铁2号烧结机为中钢集团石家庄工程研究院设计的198m2带式焙烧机，已运行7年多。鉴于初期设计条件的限制和长年运行，现台车老化开裂，滑道密封及机头机尾漏风严重；传统环冷机变形严重，密封效果差，故障率高，造成粉尘及余热回收效率低；烟道腐蚀严重，漏风严重；椭圆等厚筛筛分效率低，能耗高；传统点火器能耗高。通过对烧结机现状进行系统评估与研究，对各方面进行改进与提升，达到节能减碳的目标，具体实施方案见表1。

2 探索与实践

2.1烧结系统漏风控制

烧结系统漏风主要受设备质量水平、设备维护保养水平以及生产环境或条件等制约，其处理是一个长期、连续的过程[8]。2号烧结机头尾密封不良，台车变形严重，滑道密封效果差，烟道及风箱腐蚀，漏风严重，导致烧结系统漏风严重，烟道系统负压低，能耗高，烧结矿返矿率高（主要是烧结矿强度低）。为此制定了相应的技术改造措施。实施后，烧结烟道系统负压明显改善（如表2所示），有利于提高烧结矿质量，降低煤耗。

2.2 点火系统升级改造

为了解决点火系统点火温度低、温度分布不均匀、点火压力高等问题，对点火系统进行了技术升级改造，具体情况如下：

（1）将传统点火器更换为节能点火器。传统点火器存在台车两侧点火温度低、中间点火温度高，点火器燃烧器易堵塞，煤气燃烧不充分，造成表面烧结、返矿较多等问题。针对此问题，采用节能点火器，燃烧器为旋切式，增加了煤气与空气的接触面积，使煤气燃烧更充分。旋切式燃烧器拆装方便，易于定期清理，消除或减少了堵塞现象。节能点火器投入使用后，点火温度提高10℃，能耗指标得到改善，如表3所示。

（2）将传统点火方式改为微负压点火。微负压点火装置通过增加负压控制挡板来控制烧结过程中的风量，并在1~3号风箱各支管上增加一组电动截止阀，实现风箱间通风的适时切换。同时将1~3号风箱的运行负压数据传入主控室进行远程控制，实现烧结机微负压点火生产。该装置投入使用后，在生产过程中可形成稳定可靠的微负压点火方式，实现气料分离[3]，满足厚料层工况下良好的透气性，同时提高烧结生产的稳定性和可靠性，节约能耗，降低生产成本。运行参数见图1、表4。

2.3环冷机升级改造

原有环冷机密封效果差（机械密封）、冷却效果差、噪声大、耗电大、故障率高（易变形），而现有中冶长天高效节能环冷机密封效果好（液封）、冷却效果好、噪声小、耗电少、故障率低（轨道滑道采用同轴式，运行中不易变形），维护方便快捷（模块化结构，拆装简单）。高效节能环冷机投运后，烧结矿出料温度由120℃降低到70℃，锅炉蒸汽回收量增加5t/h，电耗降低3.5kWh/t（详见表5），同时解决了无组织排放问题[9]，具有良好的经济效益和社会效益。

2.4 筛查系统升级改造

筛分系统原采用椭圆等厚筛，筛分效果差、耗电量大、环保效果差、维修频率高、工作量大。改用高效节能多频筛后，除消除了椭圆等厚筛的弊端外，还具有维修简单、噪音小、密封效果好、耗电量低等特点。原椭圆等厚筛使用时，整个筛子（筛体和筛板）振动；改用节能多频筛时，筛板振动，而筛体不振动，振动所需负荷减少。原有4台90千瓦电机更换为10台7.5千瓦电机，每年可节约用电量约225.72万度，节约标准煤277.6吨。

筛分系统升级改造后，垫层料粒径由10～20 mm减小到5～15 mm，厚度保持不变（小颗粒绝对数量的增加弥补了大颗粒的减少），筛分效果好，料层透气性提高，烧结矿层温升速率加快，有利于铁酸钙液相的形成[10-11]，提高了烧结矿滚筒强度，从而提高了烧结矿产率，达到了降低固体燃料消耗、节省电力的目的。

2.5 强化偏析分布与厚层烧结

2.5.1 加强隔离织物

偏析分配需要解决的问题是烧结台车的边缘效应和台车中部料层自动蓄热问题。强化造粒后如果不采用偏析分配，台车两侧料层透气性好，燃烧很快，烧结矿强度差。由于自动蓄热效应，中部料层尾段红火层厚度超过料层厚度的2/3，料层透气性差，燃烧缓慢，到尾部仍有燃烧。现有研究表明[12]，厚料层烧结表面温度为1100~1200℃，由于蓄热效应，下层温度高达1600℃，造成过烧，导致成品矿强度低、产量低。 因此强化造粒后需进行偏析分配，解决烧结机的边缘效应和自动蓄热问题。烧结生产中偏析分配存在两个常见问题：一是圆辊分配器上方料仓内有堆尖，使偏析分配不充分；二是九辊偏析分配器角度不合适，起不到筛分作用。因此对梭式给料机和九辊偏析给料机进行可视化监控，有利于强化偏析给料。

偏析给料的效果可以通过给料装置小车上的观察仪器进行观察分析，进行检查和监督，给料效果一般在主控室的屏幕上显示，还可以通过边缘效应、尾段红火层厚度等进行判断分析，看是否超过料层总厚度的1/3，以便及时发现、调整、改进。

2.5.2厚层烧结

厚层烧结主要通过提高烧结过程中的蓄热能力来降低碳耗，同时减少表面烧结返矿量，提高烧结矿的还原性；烧结层厚度、碳水分布、混合料透气性是烧结生产的主要工艺参数。层厚度是基础，碳水分布是保证，混合料透气性是关键。层厚度既影响烧结生产中的固体燃料耗量，又影响透气性、垂直烧结速度和强度。如果层透气性差，只能通过强化造粒等措施，提高层透气性，以增加层厚度；在条件允许的情况下，应尽量增加层厚度，进一步降低烧结生产的固体燃料耗量。

联钢2号烧结机600、700、750mm厚层烧结试验结果见表6，可见，层厚对烧结矿消耗和质量影响较大，在增加层厚的同时，应采取措施提高层的透气性，以保证厚层烧结工艺能连续实施。

（1）提高原料层的透气性

①适当增加生石灰配比，改善料层透气性。近年来，随着国家环保政策日趋严格，公司对石灰石粉的采购量大幅增加，导致烧结配料中石灰石配比过高，混合料制粒效果差，影响料层透气性。因此，我们加强进厂原料质量管理，降低石灰石粉含量，将生石灰配比由3.5%（质量分数，下同）提高到5.0%，取得良好效果。但随着生石灰配比的逐步提高，料层透气性的改善效果越来越不明显，达到6.5%～7.0%时，剔除石灰石粉，料层透气性仍然有一定程度的下降。 其根本原因是：当生石灰掺量不高时，提高生石灰掺量会加强生石灰的亲水胶体作用和凝聚作用，从而增强球的强度和致密性，增加湿容量，减少球的破损；当生石灰掺量提高到一定程度时，其消​​化后的比表面积急剧增加，剧烈放出消化热，造成水分剧烈蒸发，体积膨胀而使球破碎，进而恶化料层透气性。

②添加6%红土镍矿，提高料层透气性。红土镍矿（褐铁矿的一种）经烘干后，含水量（主要是结晶水）仍达20%左右，粘结性好，亲水性好，成粒性能好，提高了料层透气性。同时由于红土镍矿是难分离的多金属共生矿，价格便宜，对提高铁水质量和成品钢质量有很大作用[13-15]。因此，添加一定比例的红土镍矿，具有提高料层透气性、降低成本、提高产品质量的三重作用。

（2）采用立式松土器，提高料层的透气性

为了达到烧结后料层厚（大于650mm）的目的，不少企业在台车后加装横向松料器，以提高烧结料层的透气性，但提高透气性的效果并不是很理想。

试验研究发现[5]，厚层烧结加设垂直松料器，对改善料层透气性有较好的效果，有效空气量可提高30%～45%，垂直烧结速度可提高14.5%～23.6%，成品矿转鼓指数可提高1.17%，固体燃料消耗可降低0.5kg/t，该措施具有较大的推广价值。

（3）合理的垂直烧结速度

合理的碳、水分布是形成合理的水分凝结区（过湿层）和燃烧区宽度、降低阻力、提高垂直烧结速度的关键措施之一。试验研究发现[16]，随着负压的增加，瞬时气体流量增大，垂直烧结速度增大。通过调节负压，可以改变烧结过程中各时段或各区域的烧结速度。

联鑫2号烧结机生产实践表明，料层厚度由600mm增加到750mm，料层厚度每增加100mm，固体燃料消耗可降低3.13kg/t。

3 效果分析

联钢2号烧结机通过采取烧结系统漏风控制，点火系统、筛分系统、环冷机改造，布料系统工艺及料层厚度改进等一系列技术措施，取得了良好的经济效益和良好的节能减碳效果，如表7所示。

（1）烧结系统漏风控制措施适当、有效，烟道负压由原来的13.3kPa提高到16.2kPa（表2），对提高烧结矿质量、降低烧结返矿率有明显效果。

（2）采用微负压点火技术后，高炉煤气单耗降低15.0m3/h（表4），年节约费用375万元；年节省备件费用20万元；维护费用及强度降低。

（3）采用高效节能环冷器后，现场环境明显改善，肉眼观察不到粉尘；锅炉蒸汽回收能力提高5t/h，电耗降低3.5kWh/t（表5）。

（4）使用节能多频筛，将原有4台90kW振动筛电机替换为10台7.5kW电机，每年可节电约225.72万度，节约标准煤277.6吨，减少二氧化碳排放692.06吨。

（5）采用“提高原始料层透气性”“强化偏析分布”“增加料层厚度”等技术措施后，垂直烧结速度明显提高，烧结矿返矿率明显降低，固体燃料消耗降低10.1kg/t（表7），具有良好的经济效益和社会效益：年经济效益9090万元（按年产烧结矿300万吨，烧结煤价1500元/t计算）。

4。结论

（1）烧结系统漏风治理后，烟道负压由13.3kPa提高到16.2kPa，对提高烧结矿质量、降低烧结返矿率有明显效果。

（2）烧结工序通过节能减碳技术创新，取得了良好的经济效益和节能减碳效果（节约固体燃料10.1kg/t、节约用电3.88kWh/t、节约煤气18.3m3/t，减少CO2排放8.58万吨/年）。

（3）烧结工序节能减碳是一项长期任务，需要不断实践创新，探索出更好的节能减碳技术路径，为早日实现“碳达峰”和“碳中和”贡献力量。

参考

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