關于TGS 窯對鋼鐵廠產能置換優化的研究

張亞魁，郭明軍

燕山鋼鐵廠現有8 座140m3氣燒豎窯，于2006 年建成投產，煅燒工藝裝備及環保設施均按照當時行業要求及國家政策相關標準建設。隨著生產工藝的進步及鋼鐵產業的升級，現有的氣燒豎窯面臨工藝裝備落后、能耗高、設備陳舊、自動化程度低、環保排放不達標等問題，亟需進行升級改造。在國家推動鋼鐵等行業超低排放改造的工作任務要求下，燕鋼結合本公司實際情況，擬在新區1#窯主控室南側，置換新建一座TGS 活性石灰窯，逐步淘汰現有的氣燒豎窯。

為了符合國家環保要求項目建設以提高資源、能源利用率為核心，降低能源、水資源消耗，將污染物發生量降到最小。在優先考慮減少資源、能源消耗和污染物產生的基礎上，實現資源的高效利用和循環利用，最大限度減少廢棄物排放。再結合現有的實際生產需求，燕鋼現有300m2燒結機3 臺，180T 轉爐4座，在實際生產過程中，上述兩個生產系統需要消耗大量的白灰。因此保證高質高量的優質白灰對整個鋼鐵廠穩順生產十分有必要，TGS 窯生產技術成熟、產品質量穩定、能耗低、環境友好，采用高爐煤氣生產穩定可靠，其裝備自動化控制水平高，在國內已有多個工程的使用經驗，技術上是可行的。

TGS 窯是燕山鋼鐵公司適應自身發展需要的新建項目，公司有多個大型工程項目的建設經驗，各職能機構及專業部門配備齊全，工程建設、生產組織、技術質量管理等工作均有高素質的專業技術人員，與工程建設的總包單位及施工單位同步管理，還可降低人力和管理成本，組織上是可行的。

1 能耗分析

1.1 概述

本工程主要建設內容包括1 座日產550t/dTGS 石灰窯以及相應的原料、成品及公輔設施。車間內載能體為燃料、電、新水、氮氣等。TGS 窯煅燒工藝合理，其結構設計巧妙，極大限度地利用了熱量，就豎窯系統而言，僅有三處熱源因溫度不高（熱焓低）或回收困難而散失，具體為：

（1）成品出料溫度＜150℃。

（2）經煙囪排出廢氣溫度＜170℃。

（3）窯殼散熱，一般在40℃左右，最高不大于100℃。

除上述三處熱量散失外，其余熱量均得到充分的回收利用。

TGS 窯的工序能耗僅為157.77kgce/t 灰，而目前國內絕大部分老式石灰豎窯煅燒工序能耗大體在230kg ～250kg 標煤/t灰左右，比較起來節能效果在30%以上。

為了能夠在生產過程中降低能源消耗在保證選用設備達到生產要求時，要選用達到國家一級能效標準的產品及設備。

1.2 能耗計算

由上述能耗計算表可見，車間工序能耗為157.77kgce/t 灰。

2 原料和燃料

2.1 原料分析

TGS 窯所用原料為經破碎、篩分后粒度為40mm ～80mm合格的石灰石。

表2 石灰石理化指標表

石灰石采用PS530 及以上石灰石，石灰石850℃熱膨脹小于1.5%。

石灰石煅燒過程中，在分解反應、溫度差、壓力等條件的作用下，石灰會發生爆裂現象。爆裂可分三級，表面有輕微裂紋，為輕度爆裂；裂紋寬度超過2mm，深度超過厚度的二分之一，為中度爆裂；裂為兩塊以上，為重度爆裂。輕度爆裂不影響石灰的產量、質量；中度爆裂不應超過1/10；重度爆裂不允許。

石灰石/石灰物料平衡計算參數：

（1）生產能力：550t/d。

（2）年工作日：330 天（每天3 班8h 制）。

（3）年出窯石灰量：181500t。

（4）入窯的單位原料消耗量：1.8t 石灰石/t 石灰。

（5）原料石灰石篩分損失率：10%。

石灰石/石灰平衡下表。

表1 項目能源消耗表

表3 物料平衡表

圖1 TGS 窯各子系統工藝流程圖

2.2 燃料分析

石灰車間所用燃料為高爐煤氣，供石灰窯焙燒，高爐煤氣發熱值約為3200kJ/Nm3。高爐煤氣由廠區高爐煤氣管道送來，在煤氣加壓站加壓后送往石灰窯。高爐煤氣總單耗按4.40GJ/tp設計，按年產18.15 萬噸產品計算，高爐煤氣消耗量見下表4。

表4 高爐煤氣消耗量一覽

3 工藝流程

總平面布置。

（1）總平面布置原則。滿足工藝流程要求，物料順向短捷，布置緊湊合理，動力及除塵設施盡量靠近用戶，滿足國家有關規范要求。

（2）設施組成。石灰窯系統主要由以下設施組成：受料槽、碎料倉、窯前倉、窯本體、風機房、卷揚機、成品倉、通廊等工藝建構筑物；以及電氣樓、煤氣加壓站、原料袋式除塵器、成品袋式除塵器、豎窯煙氣袋式除塵系統、循環水泵房、凈環水水池等公輔設施。

（3）平面布置。石灰窯系統平面布置依據工藝流程、物料流向、場地大小、與周邊規劃設施的關系等條件綜合考慮。

將TGS 石灰窯布置在1#套筒窯東側場地，新建設施受料槽、碎料倉、窯前倉、窯本體、風機房、卷揚機等布置在現有原料大棚區域。根據現場踏勘，1#套筒窯配電主控室東側由北到南依次布置受料槽、碎料倉、窯前倉和石灰窯本體；石灰窯本體正南側布置風機房，正東側布置卷揚機，成品倉緊鄰經二路布置。除塵系統、電氣樓及煤氣加壓站就近布置在各用戶點周邊，原料棚利用現有廠房。對現有石灰石原料大棚緊靠1#套筒窯成品倉處進行改造；拆除部分煉鋼配料棚。

整個石灰窯生產工藝流程合理，物料流向順暢便捷，并結合了場地的特點。動力、除塵、等公用輔助設施靠近負荷中心，有效縮短外部管線長度，利于節省投資，功能清晰，布置緊湊。

以上各工序相互配合，協調工作，可以穩順的生產高質高量的白灰

4 污染控制措施

4.1 廢氣

根據設計規模和工藝特點，按照環境保護標準要求，設計對本工程廢氣產生點采取污染控制措施，具體如下：

（1）對散發粉塵的工藝設施采取有效的塵源密閉措施，同時設置機械抽風，以控制粉塵外逸。

（2）選用先進高效的脈沖袋式除塵器設備對含塵氣體凈化處理，除塵設備捕集下的粉塵全部回收利用。

（3）生產使用高爐煤氣作為燃料，SO2來源主要為原料中的硫含量，其含硫非常少，且CaO 本身是一種脫硫劑，能與SO2反應生成CaSO4，TGS 窯煙氣中SO2能達標排放。設置先進高效的袋式除塵器設備對TGS 窯煙氣進行凈化，而后通過煙囪排放。

本工程廢氣污染控制措施及排放情況見表5。

表5 鋼鐵廠產生廢氣排放情況及控制措施

表中結果說明，在落實本工程采取的廢氣治理措施后，本工程污染物排放濃度滿足《煉鋼工業大氣污染物排放標準》（GB28664-2012）的規定和業主的有關要求（除塵排放≤10mg/Nm3）。

4.2 廢水

本工程循環水系統用水最高日1680m3/d；生產新水系統最高日240m3/d；生活水系統最高日8m3/d。生產新水主要供給除塵系統用水、循環系統補充水及各平臺車間清掃地坪等。

排水采用雨、污水分流制。

生活污水經化糞池處理后排入廠區生活污水管道進入總廠污水處理系統處理，其它洗滌廢水就近排入廠區雨水明溝。原料受料槽等車間的地下積水設置排污泵直接排至廠區雨水排水系統。

4.3 固體廢物

廢渣主要來自石灰石篩分的廢料，廢料有汽車外運或者是采用皮帶機直接送到所需的使用場所，可作為燒結生產原料或建筑用材料；窯原料袋式除塵系統收集的粉塵通過刮板機輸送至碎料倉回收；成品袋式除塵系統收集的粉塵通過刮板機輸送至成品礦倉回收；豎窯煙氣袋式除塵系統收集的粉塵通過刮板機輸送至窯成品皮帶回收。上述除塵系統的除塵灰全部都能夠在下道工序中使用和消耗，因此，不會產生固廢情況。

本項目所產生的生活垃圾在廠內收集后，由環衛部門統一收集處理處置。

4.4 噪聲

本工程主要噪聲污染源包括羅茨風機、引風機、加壓機及振動篩分設備等。本工程優先選用低噪聲設備或自帶消聲器的設備；對振動性強噪聲安裝設備實施基礎隔振或減振；對噪音較高的工作場所設置隔音房；大型除塵系統風機出口配備消聲器；振動篩分設備為自動控制，操作崗位遠離噪聲源等。

通過采取以上措施，可大大減少噪聲對周圍環境的影響，廠界噪聲可達到《工業企業廠界環境噪聲排放標準》（GB12348-2008）3 類標準要求。

5 結果與討論

5.1 TGS 窯所產高質量白灰對下道工序的益處

TGS 窯采用高爐煤氣為燃料生產高品質活性石灰，能有效利用鋼鐵企業富余的低熱值煤氣，其能源利用效率是其他窯型無法相比較的。除此以外，因產品為優質活性石灰，用于煉鋼可縮短轉爐吹煉時間、減少活性石灰和螢石消耗、提高鋼水收得率、延長轉爐爐襯壽命；其粉灰用于燒結可強化燒結生產、增加燒結機臺時產量、提高燒結礦質量，間接節能效果更加顯著， 不僅滿足國家節能政策要求。此外，因新建石灰生產車間產品為優質活性石灰，用于煉鋼可提高鋼渣的流動性，作造渣劑使用，不僅可延長轉爐的壽命，提高爐渣的流動性，并可改善脫硫、脫磷反應的進行，還可節省大量螢石。間接節能效果更加顯著。

循環經濟是一種以資源的高效利用和循環利用為核心，以“減量化、再利用、資源化”為原則，以低消耗、低排放、高效率為基本特征，符合可持續發展理念的經濟增長模式，實現“資源—產品—廢棄物—再生資源”的反饋式循環過程，其本質是一種可持續發展的生態經濟。我國的經濟和社會發展正處在關鍵階段，發展循環經濟的重點在于降低資源消耗，提高能源利用率。鋼鐵行業是一個高能耗行業，因此發展鋼鐵工業循環經濟就顯得尤為重要。

5.2 循環經濟

本工程將主要通過組織廠內各工序之間的物料循環，減少生產過程中物料和能源的使用量，盡量減少廢棄物和有害物質的排放，以實現自然資源的低投入、高利用和廢棄物的低排放，達到節約能源、保護環境、實現資源經濟的良性循環，實現企業、社會、環境的協調、可持續發展的目的。設計采取的具體措施有：

（1）煙氣除塵灰、成品除塵灰全部回收利用。

（2）設備冷卻水循環使用，在正常生產過程中無生產廢水外排，最大限度的節約用水，達到清潔生產、水資源循環利用的目的。

（3）完善的監測手段和高水平的控制措施，使得生產工藝過程控制在最佳狀態下，從而實現低投入、高產出。

5.3 社會效益

本項目的建設是適應河北工業結構調整、促進燕鋼鋼鐵產業升級的有力措施之一。

通過生產技術升級改造，從而促進產品技術進步，促進環境保護的發展，促進了我國地方工業的發展。可以提供一定的勞動力就業機會，促進社會經濟的全面進步，緩解勞動力就業的矛盾，有利于維護安定團結、社會穩定。

5.4 互適性分析

項目的建設可促進當地建筑、冶金業以及第三產業的發展，增加當地的財政收入，增強當地產業結構調整的能力，也為投資和發展創造良好的社會環境，這些對促進當地加快工業化、城鎮化建設，促進本地區的社會和經濟發展具有十分積極的意義。項目建成后，可為產業各端利益群體帶來不同程度的效益，因此，不同利益群體對項目建設和運營均持積極態度。

6 結論

綜合利用資源，保護環境生態平衡，是我國的重要基本國策。本項目建設能帶動當地經濟與相關產業的發展，增加國家稅收，可直接提供多個就業崗位，解決社會部分就業壓力，促進社會的穩定。

本項目采用的是TGS 窯，工藝先進、環保效果好，除塵排放≤10mg/Nm3，工序能耗在157.77kgce/t 以下，節能減排效果明顯。TGS 窯采用純高爐煤氣為燃料，可有效利用燕鋼新區富余的高爐煤氣，減少煤氣放散，具有良好的環境效益。項目建成后將逐步淘汰目前工藝落后的8 座現有豎窯，為產業升級換代作出了應有的貢獻，將促進環保和可持續發展。

綜上所述，本項目社會效益明顯。