我国烧结工序能耗现状及节能技术和措施

我国烧结工序能耗现状及节能技术和措施

我国的钢铁生产流程以高炉-转炉长流程为主，而高炉的炉料以烧结矿为主，因此，随着我国钢铁产量的高速增长，我国的烧结矿产量也增长迅猛，2001—2008年全国重点企业生铁产量和烧结矿产量见图1。

 

我国钢铁工业的快速发展，在一定程度上是以消耗大量资源和牺牲环境为代价的，钢铁工业的能源消耗总量也持续上升，钢铁工业的节能降耗工作日益引起企业和相关部门的关注。烧结工序能耗在吨钢综合能耗中约占10%，仅次于高炉炼铁。因此，降低烧结工序能耗对降低钢铁生产的吨钢综合能耗，节约生产成本，提高企业市场竞争力具有重要意义。

1、我国烧结工序能耗现状

2008年6月1日实施的"粗钢生产主要工序单位产品能源消耗限额"国家标准(GB21256-2007)中对烧结工序能耗进行了重新定义，并对烧结工序的能耗统计范围进行了重新界定(见图2)，同时给出了烧结工序在两种电力折标准煤系数下的限额值，准入值和先进值(见表1)。

 

该限额标准中，烧结工序能耗的统计范围包括生产系统(从熔剂，燃料破碎开始，经配料，原料运输，工艺过程混料，烧结机，烧结矿破碎，筛分等到成品烧结矿皮带机进入炼铁厂为止的各个生产环节)，辅助生产系统(机修，化验，计量，环保等)和生产管理及调度指挥系统等消耗的能源量，扣除工序回收的能源量，不包括直接为生产服务的附属生产系统(如食堂，保健站，休息室等)消耗的能源量。

2000—2005年，我国大中型重点企业的烧结工序能耗从69.50kgce/t下降到64.83kgce/t,降低幅度为6.72%.2006年以后，由于国家将电力折标准煤的系数从0.404kgce/t调为0.1229kgce/t，导致钢铁工业能源统计数据中出现不可比性，出现了2006年以后的工序能耗值与2005年相比大幅度下降的现象，如图3所示。

 

因此，2006年以后的数据若要与以前的数据进行对比，应将其还原到相同电力折标准煤系数后才有意义。

虽然我国重点企业的烧结工序能耗逐年降低，但是各企业之间的能耗水平相差很大。2006年重点企业烧结工序能耗的先进值为40.03kgce/t，而落后值则高达76.24kgce/t，两者相差达36.21kgce/t，平均值55.18kgce/t。若以2006年烧结矿产量4.3亿t计算，烧结工序能耗从平均值55.18kgce/t下降到40.03kgce/t，则烧结工序可节约651.5万tce。由此可以看出，我国烧结工序节能的潜力是很大的。

2、烧结工序节能方向和技术措施

2.1烧结工序的节能方向

经过调研多家企业烧结工序的能源消耗情况，得到烧结工序能源消耗的典型结构。烧结工序能耗中固体燃料占79.80%左右，电力消耗13.49%紧跟其后，再次是点火煤气的消耗6.49%，其它能源消耗占不到0.23%。因此，烧结工序的节能工作应着重从降低固体燃料消耗，电耗及点火煤气的消耗出发。

另外，研究表明，烧结机主烟道烟气余热占烧结工序能耗的13%—23%，冷却机废气余热占烧结工序能耗的19%—35%，两者之和高达50%，理论二次能源的产生量为1.62GJ/t.可见，烧结厂余热回收的潜力很大，回收的重点应为烧结废(烟)气余热和烧结矿显热回收。

2.2烧结工序的节能技术和措施

2.2.1降低固体燃料消耗

在烧结工序能耗构成中，固体燃料消耗约占烧结工序能耗的80%。因此，最大幅度地降低烧结过程中的固体燃料消耗对于降低烧结工序能耗具有重大意义。

(1)提高料层厚度

生产实践证明，烧结料层厚度对于提高产量，降低能耗有重大的影响。有研究表明当料层高度为180—220mm时，蓄热量只占燃烧带热量总收入的35%—45%，当料层高度为400mm时，蓄热量达55%—60%，当料层达到700mm以上时，则蓄热量更多。因此，通过提高料层厚度，充分利用烧结过程的自动蓄热，可以降低烧结料中的固体燃料用量。根据生产实践，料层每增加10mm，固体燃料消耗可降低1—3kg/t。如宝钢2号烧结机495m2料层厚度由500mm提高到630mm，工序能耗由72.14kgce/t降到55.3kgce/t.

(2)燃料分加，改善固体燃料的燃烧条件

加强原料的混合制粒后，传统的燃料添加方式会造成矿粉深层包裹燃料，从而妨碍燃料颗粒的燃烧。通过把燃料在一混，二混分别添加，以燃料为核心外裹矿粉的颗粒数量及深层嵌埋于矿粉粘附层里的燃料数量会受到限制，大多数燃料附着在球粒表层，甚至明显暴露在外，从而处于极有利的燃烧状态。因此，燃料分加有利于燃料的充分燃烧，能改善燃烧效果，降低固体燃耗。日本新日铁釜石制铁所170m2烧结机采用焦粉分加技术后，焦粉消耗由原来的60.0kg/t降至56.3kg/t.

(3)偏析布料与双层配炭烧结

烧结料层的自动蓄热作用会使下部料层温度高于上部料层。生产实践证明，上层烧结温度一般仅有1100——1200℃，最下层则可高达1600℃。这会使下部烧结料发生过烧现象，既影响了产品质量又浪费了能量。采用偏析布料及多层配炭烧结不仅可以避免烧结料发生过烧的情况，而且可以降低固体燃耗。

(4)提高混合料温度

烧结混合料温度较低时，水汽在料层中会形成过湿现象，使烧结料层透气性变坏。提高混合料层温度，使其达到露点温度以上，可以显著减少或消除水汽在料层中的冷凝量，改善料层的透气性，使燃烧速度加快，提高台时产量，并且由于部分显热可部分代替固体燃料的燃烧热，因此也可以降低固体燃料的消耗。混合料预热的主要手段有热返矿，蒸汽预热，配加生石灰和使用烧结废气。实践表明：生石灰配加量为2%~3%时，混合料温度提高4℃以上，固体燃耗可降低2—3kg/t.

(5)强化制粒

强化混合料制粒是强化烧结生产和节能的主要手段之一，值得高度重视。强化制粒工艺，改善混合料的粒度组成，减少混合料中小于3mm粒级的含量，增加3—5mm粒级的含量，使混合料粒度趋于均匀，可明显改善烧结料层的透气性，提高料层厚度，改善烧结矿强度，降低能耗。生产中，可采用延长混合制粒时间，添加生石灰或粘结剂，小球烧结和精矿预制粒等措施，实现强化制粒。

(6)提高成品率以降低固体燃耗

采用多种有效措施，其中包括加强原料中和，稳定烧结作业等措施，提高成品率，以一定的固体燃料配加量生产尽可能多的烧结矿，可以达到降低单位烧结矿固体燃料消耗的目的。同时，随着成品率的提高，返矿量减少，用于烧结返矿的能量减少，进一步促使固体燃耗下降。研究表明：生产中每烧结1t返矿需消耗35kg固定碳.

2.2.2降低电耗

电力消耗在烧结工序中的比例仅次于固体燃料消耗，抽风机则是烧结厂最大的耗电设备，其电耗约占烧结生产总电耗的80%，而影响抽风机电耗的重要因素是烧结机的漏风率。烧结机的漏风率过大，不仅电耗增加，还使生产率下降，工作环境恶化。因此，降低电耗的关键是降低烧结机漏风率和提高作业率，减少主抽风机的空转率。

我国的烧结机漏风率较高，平均漏风率在50%左右，其主要原因是密封装置设计不合理，密封材料和设备使用寿命短。因此，应进一步加强对机头机尾两端的密封和滑道的密封，研制密封性好，使用寿命长的密封装置。对于边缘漏风，则可采取适当增加边缘料水分，同时使用压辊压实边缘的做法来减少漏风。资料显示:漏风率减少10%，可增产5%—6%，每吨烧结矿可减少电耗2kWh，成品率提高1.5%—2.0%，同时可减少噪声，改善环境。

日本新日铁大分厂2号烧结机采用降低漏风率措施后，漏风率降低了12.5%，电耗降低了1.96kWh/t，相当于每降低10%的漏风率，电耗降低1.56kWh/t；梅山烧结厂将漏风率从71.14%降至42.99%后，电耗降低了4.33kWh/t，相当于降低10%的漏风率，电耗降低1.54kWh/t.

2.2.3降低点火煤气消耗

点火煤气消耗大约占烧结总能耗的6.5%,尽管比例不大，但是降低点火煤气消耗也是烧结

节能的一个重要方面。

(1)采用新型节能点火炉，选择合理的点火参数

上世纪80年代以来，日本相继成功开发了一系列节能型点火炉，其中线性烧嘴，多缝式烧嘴及面燃式烧嘴是日本应用最为成功的节能型烧嘴。高效低燃耗点火器的特点是：采用集中火焰直接点火技术，缩短点火器长度，降低炉膛高度(400—500mm)，点火器容积缩小，热损失减少，从而降低点火煤气的消耗.

(2)预热助燃空气

利用热废气作为点火炉的助燃空气或者作为热源预热助燃空气，可以降低点火煤气消耗。资料显示，如果将助燃空气预热到300℃，理论上可以节约点火煤气24%.

2.2.4加强烧结余热回收

烧结余热主要是指烧结机的废气余热和冷却机废气带出的烧结矿显热，其中，烧结机机尾风箱热废气温度达300—400℃，冷却机前段的废气温度也达400℃左右，如何高效利用这部分余热已成为钢铁行业普遍关注的课题之一。

(1)用冷却器的排气代替烧结机点火器的助燃空气或用于预热助燃空气，降低点火煤气消耗，或者进行热风烧结，降低固体燃料消耗和改善烧结矿质量；

(2)将排气直接用于预热烧结混合料，以降低固体燃料消耗；

(3)利用余热锅炉产生蒸汽或提供热水，直接利用；

(4)将余热锅炉产生的蒸汽，通过透平转换成电力。

目前，国内钢铁企业多以前三种方式回收利用烧结余热，没有充分体现烧结烟气余热的价值，而且对已回收的余热利用也不充分，造成能源的二次浪费。

笔者认为，应该在保证烧结正常生产的前提下，采取梯级利用的原则将热量重新分配，提高废气余热品质和利用价值，这是提高烧结能源利用效率，降低烧结工序能耗的途径之一。随着余热发电技术的日趋成熟，国内已有成功的案例。因此，可回收烧结机尾和冷却机前段的高温烟气余热进行发电，提高能源的利用效率。对于冷却机后段等低温烟气，以蒸汽或预热混合料和助燃空气等方式进行回收利用。

3、结论

降低固体燃料消耗是烧结厂节能的首要环节，降低电力和点火煤气消耗是烧结厂节能工作的重要组成部分。通过应用节能技术及工艺措施进一步降低烧结工序的能源消耗，以缓解钢铁企业的节能压力，尤其是应注重烧结余热发电技术的推广和应用，提高烧结余热的回收利用效率。