“雙碳”背景下的燒結(jié)節(jié)能降耗實踐

韓海忠 王文超

1.引言

燒結(jié)工序作為傳統(tǒng)“長流程”煉鋼生產(chǎn)工藝中的重要環(huán)節(jié)，是將鐵礦粉、煤粉、石灰按照一定比例混合，經(jīng)燒結(jié)制成有足夠強(qiáng)度和粒度的燒結(jié)礦。燒結(jié)礦作為煉鐵工序的熟料，在生產(chǎn)中對于提高高爐系數(shù)，降低焦比，提高高爐透氣性，保證高爐生產(chǎn)順行，具有重要作用。

在全球積極推進(jìn)碳減排和碳中和的背景下，國內(nèi)外眾多鋼鐵企業(yè)開始研究探索低碳冶金、超低碳冶金等前沿技術(shù)課題。截至2020年底，中國電力行業(yè)煤電超低排放改造完成率高達(dá)88%，大氣污染防治重點從電力行業(yè)向非電行業(yè)轉(zhuǎn)變，鋼鐵行業(yè)已成為減排重點。據(jù)測算，2017年鋼鐵行業(yè)顆粒物、SO2和NOx排放量分別為281萬噸、106萬噸和172萬噸，分別占全國排放總量的20%、7%和10%左右，是工業(yè)部門最大的污染物排放源。燒結(jié)工序是鋼鐵行業(yè)中僅次于高爐煉鐵的高能耗工序，其能耗占鋼鐵生產(chǎn)總能耗的10%左右。同時，燒結(jié)也是目前鋼鐵生產(chǎn)過程中煙氣污染最嚴(yán)重的工序，其污染物排放量占比近40%。[1]因此，燒結(jié)工序節(jié)能降耗對于推進(jìn)鋼鐵行業(yè)碳減排和碳中和意義重大。

2.燒結(jié)工序降耗實踐

2.1 降低燒結(jié)高爐煤氣消耗實踐

2021年，該企業(yè)燒結(jié)工序煤氣消耗達(dá)到39.92m3/t，高于行業(yè)先進(jìn)水平。基于燒結(jié)煤氣消耗偏高的現(xiàn)狀，該企業(yè)通過分析煤氣消耗高的原因，研究制定改善措施，開展降低煤氣單耗途徑的探索。采取對燒結(jié)主機(jī)風(fēng)箱設(shè)置自動調(diào)節(jié)控制，合理控制點火負(fù)壓，實行微負(fù)壓點火，以改善點火質(zhì)量，降低煤氣消耗等舉措；同時，對助燃風(fēng)換熱器和點火器燒嘴進(jìn)行清理優(yōu)化，以改善點火質(zhì)量，提高燒結(jié)產(chǎn)量和成品率。

2.1.1 設(shè)置自動調(diào)節(jié)控制

2022年1月，開始重點對燒結(jié)主機(jī)1～3號風(fēng)箱執(zhí)行器進(jìn)行修復(fù)，并設(shè)置自動調(diào)節(jié)控制（每20分鐘各風(fēng)箱翻板活動一次，防止風(fēng)箱堵塞），通過優(yōu)化面式點火器、連續(xù)單排結(jié)構(gòu)噴嘴等點火裝置，控制點火負(fù)壓，實行微負(fù)壓點火，根據(jù)點火負(fù)壓、料層厚度及溫度等實時條件自動調(diào)節(jié)點火溫度、點火時間與空燃比，有效降低點火能耗。[2]目前1、2號風(fēng)箱負(fù)壓已能夠控制到主煙道負(fù)壓的60～70%，點火爐膛負(fù)壓控制到2.0Pa至6.0Pa，在點火質(zhì)量改善的同時，降低了煤氣消耗。

2.1.2 專人檢修清理

利用3、4號燒結(jié)機(jī)檢修的機(jī)會，安排專人清理助燃風(fēng)換熱器和點火器燒嘴，改善點火質(zhì)量。現(xiàn)在這兩項工作已列入檢修時的常規(guī)檢查項。

2.1.3 加生產(chǎn)管理

通過提高燒結(jié)產(chǎn)量和成品率，降低高爐煤氣單耗，2022年較2020年燒結(jié)轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度升高0.2%，臺時產(chǎn)量增加57t，高返率降低1.75個百分點，高爐煤氣單耗降低3.18m3/t。

高爐煤氣單價按0.1 元/m3計算，通過上述一系列創(chuàng)新舉措，每月實際節(jié)約高爐煤氣成本=617428t×3.18m3/t×0.1元/m3=19.63萬元，2022年共實現(xiàn)高爐煤氣降耗235萬元。

2.2 降低燒結(jié)固體燃耗實踐

2021年該企業(yè)燒結(jié)工序固體燃耗為49.83kg/t，高于公司既定目標(biāo)47.0kg/t。該公司通過組織分析固體燃料偏高的原因，初步制定“一、二混加熱水，使用熱水消化，提高燒結(jié)礦混合料料溫；與麥肯錫配合，優(yōu)化燒結(jié)配礦結(jié)構(gòu)，提高燒結(jié)產(chǎn)量、強(qiáng)度和成品率；優(yōu)化燒結(jié)工藝參數(shù)，完善工藝制度，加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)化操作”的工藝路線，從而達(dá)到降低固體燃耗單耗的目的。

2.2.1 燒結(jié)余熱系統(tǒng)

2021年10月份原脫硫污水池改造完成后，污水池安裝水泵、蒸汽管道，一、二混安裝污水管道及加水吊掛，日常生產(chǎn)可利用軋鋼打過來的污水和收集的燒結(jié)余熱系統(tǒng)疏水，通入蒸汽預(yù)熱后將熱水加入一次混合機(jī)，二次混合機(jī)加蒸氣，充分預(yù)熱混合料提高料溫，現(xiàn)已正常使用。目前3、4機(jī)一混加熱水消化，料溫達(dá)到75℃左右，二混加蒸汽預(yù)熱，料溫達(dá)到82℃左右，燒結(jié)主機(jī)布料平臺料溫平均65℃以上。

2.2.2 優(yōu)化配礦結(jié)構(gòu)

與麥肯錫結(jié)合，優(yōu)化燒結(jié)配礦結(jié)構(gòu)，建立適合的燒結(jié)主礦系，保證主礦系的基本穩(wěn)定；合理優(yōu)化配礦結(jié)構(gòu)，適當(dāng)引入燒結(jié)性能適宜的巴西赤鐵礦粉，配礦采用赤鐵礦+褐鐵礦+磁鐵礦精粉的合理搭配結(jié)構(gòu)，保證赤鐵礦比例盡量不低于50%，并且控制SiO2不低于5.0%，Al2O3不高于2.0%，鋁硅比（Al2O3/SiO2）≤0.4；另外注意控制入廠焦粉粒級，≤0.5mm的粒級盡量控制在20%以下。

2.2.3 優(yōu)化工藝，標(biāo)準(zhǔn)化操作

從2022年初開始，該企業(yè)重點優(yōu)化燒結(jié)工藝參數(shù)，完善工藝制度，加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)化操作。

1月份開始建立每日指標(biāo)分析制度，以工段為單位對當(dāng)班未完成指標(biāo)進(jìn)行總結(jié)分析，查找原因，制定改善措施，跟蹤后續(xù)改善結(jié)果。2月份重新優(yōu)化、制定了適合當(dāng)前燒結(jié)生產(chǎn)條件的工藝操作制度，目前已實現(xiàn)三班統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化操作。

2.3 降低燒結(jié)工序電耗實踐

2021年該企業(yè)燒結(jié)工序平均電耗為29.22度/噸，高于行業(yè)平均水平。該企業(yè)分析原因，初步從“治理燒結(jié)主機(jī)和環(huán)冷采熱段漏風(fēng)；優(yōu)化主機(jī)工藝參數(shù)，完善工藝制度，穩(wěn)定燒結(jié)終點，提高燒結(jié)產(chǎn)量、質(zhì)量；加強(qiáng)設(shè)備管理，降低設(shè)備停機(jī)率”三個方面制定降低電耗措施。

2.3.1 定期檢查維護(hù)

從2022年開始，該企業(yè)在日常生產(chǎn)過程中加強(qiáng)對臺車游板檢查、更換頻次；對滑道及潤滑系統(tǒng)開展定期檢查維護(hù)。利用計劃檢修時機(jī)重點對燒結(jié)機(jī)的頭尾密封、雙層卸灰閥、環(huán)冷水密封、環(huán)冷余熱采溫罩和機(jī)頭除塵器箱體等漏風(fēng)點進(jìn)行治理，從密封結(jié)構(gòu)和密封材料兩個方面對燒結(jié)環(huán)冷機(jī)進(jìn)行漏風(fēng)治理，升級為可調(diào)節(jié)的密封結(jié)構(gòu)和磁性金屬刷式密封材料，降低燒結(jié)系統(tǒng)的漏風(fēng)率20%以上，[3]提高了主抽風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率和燒結(jié)余熱利用率。

2.3.2 加強(qiáng)燒結(jié)工藝操作

制定并優(yōu)化工藝制度，各工段通過標(biāo)準(zhǔn)化操作提高燒結(jié)礦質(zhì)量，降低噸礦能源消耗，著重強(qiáng)化燒結(jié)終點控制，減少因燒結(jié)機(jī)尾過燒導(dǎo)致環(huán)冷采熱段溫度低、熱量少和欠燒造成的燒結(jié)礦質(zhì)量缺陷。

2.3.3 加強(qiáng)設(shè)備管理

做好設(shè)備點檢維護(hù)和定修管理，降低設(shè)備停機(jī)率，2022年比2020年設(shè)備停機(jī)率降低3.93個百分點。

通過技術(shù)攻關(guān)和工藝改進(jìn)，2022年實際噸礦電耗降低6.46kwh，每月可節(jié)約成本199.43萬元，2022年累計節(jié)約成本近2400萬元。

前言：國有企業(yè)是當(dāng)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支撐企業(yè)，對國家建設(shè)、經(jīng)濟(jì)進(jìn)步等起到了較為突出的正面影響。其中國有企業(yè)審計對資產(chǎn)保護(hù)、風(fēng)險防范具有保障性價值，是促進(jìn)國企順利完成改革過程的重大要素。深化改革過程中，國有企業(yè)和審計發(fā)展具有較高相關(guān)度，一方面企業(yè)改革的推廣會影響環(huán)境變化，是體制完善、方法更新、管理體系升級優(yōu)化的過程；另一方面，結(jié)合改革發(fā)展基本要求，充分落實審計要求的國企會更具發(fā)展活力，利于企業(yè)快速承擔(dān)企業(yè)責(zé)任，實現(xiàn)企業(yè)長期穩(wěn)定發(fā)展，并快速提高企業(yè)控制力、影響力。

2.4 提高燒結(jié)蒸汽回收率實踐

2021年該企業(yè)燒結(jié)工序3、4號燒結(jié)雙機(jī)小時蒸汽回收量90.4t（根據(jù)燒結(jié)機(jī)運(yùn)行時間統(tǒng)計），為通過提高余熱鍋爐蒸汽回收量增加汽機(jī)做功、發(fā)電，從而有效降低燒結(jié)電耗的角度分析，該企業(yè)研究制定“加強(qiáng)設(shè)備管理，提高設(shè)備作業(yè)率，減少事故停機(jī)；加強(qiáng)余熱鍋爐系統(tǒng)的設(shè)備維護(hù)和操作，保證鍋爐高效穩(wěn)定運(yùn)行；優(yōu)化工藝操作，提高燒結(jié)產(chǎn)量，合理控制燒結(jié)終點，從而提高環(huán)冷余熱溫度”的工藝路線。

2.4.1 設(shè)備管理

2022年通過重點加強(qiáng)設(shè)備管理，提高設(shè)備作業(yè)率，減少事故停機(jī)。2022年設(shè)備停機(jī)率1.89%，較2021年的3.28%降低了1.39個百分點。

2.4.2 余熱鍋爐系統(tǒng)維護(hù)

加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)機(jī)操作，保證鍋爐高效穩(wěn)定運(yùn)行：利用每次檢修機(jī)會對鍋爐本體內(nèi)部換熱管清灰，提高鍋爐的換熱效率，提高鍋爐產(chǎn)汽量；完善燒結(jié)余熱鍋爐操作制度，根據(jù)環(huán)冷機(jī)1、2段煙溫變化，隨時調(diào)整循環(huán)風(fēng)機(jī)頻率及風(fēng)門開度，通過調(diào)節(jié)鍋爐入口的風(fēng)量，更好地調(diào)節(jié)鍋爐換熱能力，減少波動，提高蒸汽回收量。

2.4.3 優(yōu)化燒結(jié)工藝操作

提高燒結(jié)產(chǎn)量，合理控制燒結(jié)終點，從而提高環(huán)冷余熱溫度。2022年臺時產(chǎn)量443.2t/h，較2021年的385.3t/h提高57.9t/h。

通過提高燒結(jié)蒸汽回收率的技術(shù)實踐，2022年3、4號燒結(jié)雙機(jī)小時蒸汽回收量較2020年增加15.5，蒸汽單價按50元/噸計算，增加的蒸汽回收量產(chǎn)生的效益：10602t×12×50元/噸=636.12萬元。因燒結(jié)余熱鍋爐自產(chǎn)蒸汽用于內(nèi)部汽機(jī)做功、發(fā)電，所以蒸汽回收率的增加有效降低了燒結(jié)電耗和用電成本。

3.石灰窯降耗實踐

3.1 降低石灰窯噴煤消耗實踐

生石灰是燒結(jié)工序的重要原料。該企業(yè)通過加強(qiáng)對3～6#窯原料的成分、粒度、雜質(zhì)的檢測和把控，更換原料篩分篩板，將入窯石灰石控制在要求范圍內(nèi)，降低噴煤消耗。

3.1.1 控制原料成分

嚴(yán)格按公司內(nèi)控要求進(jìn)料，對來料成分中鈣含量低于52%的原料全部拒收，將40mm以下和80mm以上粒度占比從之前的16%左右降至現(xiàn)在的7%左右。

3.1.2 更換棒條篩板

更換20mm的棒條篩板完成后，相同的石灰石用量，廢料量由原來每天800噸左右將至現(xiàn)在每天的300噸左右，粒度也充分均勻混合，更利于煤粉燃燒。

通過上述舉措，3～6#石灰窯煤粉單耗降低1Kg/t，全年石灰產(chǎn)量約為2400×360=800000噸。按原煤進(jìn)廠單價1200元/噸計算，2022年降低石灰窯煤粉消耗約96萬元。

3.2 降低石灰窯轉(zhuǎn)爐煤氣消耗實踐

企業(yè)通過加強(qiáng)對1～2#窯原料的成分、粒度檢測和把控，更換原料篩分篩板，重點對煤氣系統(tǒng)進(jìn)行改造，提高煤氣壓力和熱值，降低煤氣單耗。

通過加粗窯前煤氣管道，1～2#窯使用的煤氣壓力達(dá)到18Kpa～20Kpa，滿足了工藝生產(chǎn)要求。后續(xù)通過煤氣的回收選擇，現(xiàn)煤氣的CO含量已達(dá)35%以上，煤氣流量和壓力均能滿足工藝要求，可以實現(xiàn)在不噴煤的情況下單窯產(chǎn)量提到14噸/時。

改造前1～2#窯煤氣總用量：8000+10000=18000m3/t，煤粉總用量：450+450=900kg/t（換算成煤氣為：900×7500/30/30.4≈7500m3/t）。

改造后1～2#窯煤氣單耗降低：（973-839）m3/t=134m3/t，2022年石灰的產(chǎn)量約為600×360=216000噸，煤氣單價約0.2元/m3，全年節(jié)約成本：134*216000×0.2=578.88萬元。

4.結(jié)束語

2021年以來，該企業(yè)通過對降低燒結(jié)高爐煤氣消耗、降低燒結(jié)固體燃耗、降低燒結(jié)工序電耗、提高燒結(jié)蒸汽回收率、降低石灰窯噴煤消耗、降低轉(zhuǎn)爐煤氣消耗等工藝路徑，有效降低了燒結(jié)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)成本，在燒結(jié)源頭和過程節(jié)能減排的同時，實現(xiàn)了燒結(jié)系統(tǒng)全過程分段節(jié)能。[4]其中：高爐煤氣單耗降低3.18m3/t、固體燃耗降低2.03kg/t、電耗降低6.46kwh/t、蒸汽回收量增加15.5t/h、石灰窯煤粉單耗降低1Kg/t、煤氣單耗降低134m3/t，各環(huán)節(jié)綜合降本達(dá)到（235+1500+2400+636+96+580）萬元/年=5447萬元/年，按740萬噸的燒結(jié)礦年產(chǎn)量計算，燒結(jié)礦噸礦成本降低7.36元/t。該企業(yè)燒結(jié)系統(tǒng)節(jié)能降耗探索實踐，對公司其他環(huán)節(jié)的節(jié)能降耗，乃至全國燒結(jié)系統(tǒng)的節(jié)能降耗，具有重要借鑒意義。