北营400m2烧结节能环保生产实践

北营400m²烧结节能环保生产实践

刘绪明

（本钢集团北营炼铁厂  辽宁  本溪  117017）

摘  要：北营炼铁厂400m² 烧结是响应国家实施节能减排淘汰落后产能的号召，由中冶长天总包，于2015年初投产的大烧结，采用余热利用和除尘脱硫等新工艺，设计年产500万吨优质烧结矿直供3200m³高炉，年回收余热8000万kwh，并烟气除尘脱硫。为进一步挖潜降耗，从2017年末开始，依靠科技进步，实施烧结全过程精准操作，在保证烧结矿产质量的前提下推行低温烧结法，烧结生产呈现出产质量与工艺结构、环保和经济效率相得益彰的良好局面。

关键词：低温烧结，热量，供料，黏结相，余热利用，除尘脱硫，环境保护

近年来，随着我国供给侧改革的深化：去产能调结构，水电等能源介质阶梯价格，环保考核渐行渐严，钢铁企业正面临着生存发展的严冬。提升产质量、挖潜降耗，推行绿色环保可持续生产模式已经刻不容缓。北营炼铁厂400m2 烧结依靠科技进步通过对原料处理等烧结全工艺过程进行细控制：找到了保证烧结矿产质量前提下的低温烧结方法，取得了低碳环保可持续发展的预期。本文拟实践方面进行粗浅总结。

1 低温烧结

1.1 低温烧结的基本原理

铁矿粉固结的原动力是热量。矿粉和熔剂在热量作用下发生固相反应产生低熔点物质。随着温度进一步提高低熔点物质软化粘结产生黏结相，黏结相包裹未熔物，然后结晶冷却、筛分整粒后得到成品烧结矿，烧结过程由上至下按物态变化分为5带：烧结矿带、燃烧带、预热带、干燥带和过湿带。低温烧结就是要在保证黏结相量够质好的前提下，尽量降低烧结温度水平，即：减少热量支出，以降低燃耗。

固定碳燃烧产生热量占总热量的一半以上，是烧结厂挖潜降耗的重要着力点。非碳燃烧热量收入主要有由料温带进的热量、氧化物的氧化放热和料层的自动蓄热等。

1.2 低温烧结的过程控制

1.2.1 稳定供料

400m² 烧结的供料系统是15万吨级大循环混匀库供料作业。主料是周边粉和外购粉，辅料是小品种料。供料工艺如图1所示。

图1 供料系统工艺流程

周边粉是自产于鞍辽铁矿区的精矿，含有7.6%左右的水分，冬天易冻结成块，使用之前首先要进原料库房进行解冻作业。

外购粉如巴西粉和Pb粉等大宗物料是富矿，按理化性能分批次进场地，分堆存放。

小品种料是除尘灰、炼钢尘泥、回炉铁筛选物和氧化铁皮等我厂回收废料，通过受料池、矿槽、圆盘和电子皮带称方式按一定的配比配合而成。                                                      

燃料是我厂碎焦。入厂原料条件见表1                                        

表1 原燃料条件

各种含铁原料在经过一次配料后送往混匀库，做进一步混匀，再用胶带机供往配料矿槽。

供料系统采用大型机械自动化处理物料，工序节点上注重加强漏嘴-篦条功能管理，去除杂物。使配料时铁原料成为一种含铁“匀矿”，其成分波动很小。混合料TFe振幅小于0.3%，水分振幅小于0.5%，粒度均匀^[1]。

1.2.2 低水分操作

2018年初通过低水操作实验，摸索到了合适的水分值。水分在烧结过程中的作用之一是润湿物料造球，以改善烧结料层的透气性，需要根据原燃料条件等因素来定。现在与以前相比：原料条件已经发生了很大的变化：细磨精矿粉由当初的30%下降到了15%，取而代之的是外购富矿粉占80%左右。外购矿是红矿，具有粒度粗、疏水性和烧损大的特点，物料的初始粒度组成客观上要求水分稍低一点。17#风箱和大烟道的温度和负压在实验期间淋漓尽致的表现出透气性变化来。如表2所示。

表2 不同水分实验数据统计

水分低于6.00%时，混合料小粒级量明显聚升，料层在抽风作用下明显变薄，出点火器就能看出来。透气性不好，风箱拐点温度稍后移半个风箱。

水分高于6.40%时，须要加燃料配比，大烟道温度升高。这是由于水分在自上而下迁移时传导的热量增多的缘故。

现阶段合适的水分在6.05%～6.40%之间，既能满足低温烧结对透气性的要求又能兼顾余热利用需求高温废气而除尘脱硫需求低温废气的要求。水资源在我国北方大部分地区，尤其是在有一定海拔高度的400m2 烧结显得特别珍贵，节约用水，就等于提升了企业的经济效率。

1.2.3 提高设备作业率

400m² 烧结的设备分类按大小可分为大型设备和一般设备，主抽风机和烧结机柔性传动等是大型设备；按损坏速度可分为易损件和一般件，单辊破碎机和椭圆等厚筛等是易损件；按电压可分为高压设备和低压设备，混三胶带机和混合机等是高压设备，400m² 烧结除了不断完善值班室仪表监控外还十分注重巡检效果；设备出现事故要按顺序追究当事人责任，这样分门别类的、有侧重点的要求维检和岗位对所属设备运行必须要心中有数，精准维护。

1.2.4 定机速低温烧结

机速定为2.1m/min，机速稳定是烧结5带稳定的前提，出现波动要分析原因，及时纠正。

研究表明：固相反应生成的低熔点矿物铁酸钙在温度为1250℃-1280℃之间时有30%-40%的生成量，成交织状结构，以此黏结相固结的烧结矿具有强度高还原性好的特点。铁酸钙的生成和发育与温度、矿物组成、粒度、高温保持时间和料层气氛有关。尤其以温度为最，温度稍高时铁酸钙下降、针状变板状，烧结矿强度升高，还原性下降。与传统熔炼型烧结相比，烧结温度下降30℃，节约燃料^[2]。

大烟道温度、负压、机尾断面和成品矿等现场状况综合判断烧结过程进行情况。

2 余热利用

2.1 余热项目运行

400m2烧结的余热是烧结机翻下的灼矿，采用鼓风式环冷机进行强制冷却时产生的高温热风，其利用项目有俩个。一期高温段工程与烧结本体工程由中冶建筑公司同时承建，主要设备为：1台（43t/h+18t/h） 双温双压余热锅炉和1台10MW发电机 ^[3]。如图2所示。    

图2 余热利用工艺流程

环冷机上的高温废气在循环风机的作用下通过高参数过热器（前置于环冷机风罩上）时被分成能量不等热气流分别与不等压力的蒸发器（锅炉）进行热交换后变为低温废气，再返回环冷机冷却烧结矿，这种周而复始不断循环的吸热放热过程，就完成了烧结矿余热利用的转换。

二期低温段工程由本溪北方工业装备公司承建与2017年末投入运行。环冷低温段的废风流经热管换热器，加热流体介质，变成低温气体后，再排入大气。

2.2 烧结操作微调

为提高余热利用效率，烧结操作进行微调：烧结过程终点往后挪一个风箱位置。原理：在固体燃耗不变的前提下，烧结烟气带走少部分热量，更多的热量滞留在烧结矿里，通过环冷机时产生高温废气供余热利用。即：烧结矿冷却结晶过程搬家到环冷机高温段。

有一个问题是：烧结矿的强度会不会下降。经统计：终点后挪一个风箱就等于是减少了烧结矿结晶时间2 min，大烟道温度下降5℃；环冷一段温度上升30℃，可多产生蒸汽20t/d；但成品烧结矿小于10mm粒级增加了2.3&；RDI增加了1.7%,高炉顺行受到一定的影响。必须要采取果断措施来保证烧结过程充分，比须要保证烧结矿产质量。

环冷1#鼓风机和2#鼓风机之间有16个台车35m长的距离为环冷一段，温度最高，既是烧结矿结晶过程控制的关键点，又是余热利用的重点部位。从12月中旬开始，下调环冷速比：0.7，上调料层厚度200mm，并调整鼓风机进风参数，实行慢机速厚料层操作。同时加强环冷罩子密封，减少漏风。多方面营造出类似烧结矿结晶过程的条件。如表3所示

表3环冷机操作对比统计

2017年12月中旬恶化的烧结矿质量指标，迅速得到了有效纠正。如表4所示

表4 烧结矿质量和余热利用统计

注：烧结终点挪后方案是从12月9日开始的。‚11月余热项目只产气不发电。

2.3 余热利用效率分析

余热利用的热风来源于环冷机，经利用后又返回环冷机，进行了流体介质能源的密闭式循环再利用，避免了能源浪费，在非采暖季生产电量并入东北国家电网，采暖季生产蒸汽供厂区使用，冲抵了部分能源量，同时避免了二次扬尘。还可以少转一台900KW的鼓风机。取得了良好的循环经济效益。

3 除尘脱硫

3.1 除尘系统运行

400m² 烧结全采用干式密闭性除尘措施来治理工厂扬尘现象，分为机头除尘和布袋电除尘。如表5所示。

表5 除尘运行参数统计表

凡有扬尘的地方都有收尘罩子。

连接在烧结机风箱下面的大烟道是机头电除尘的前置粗除尘设备。废气进入大烟道后流速降低，流动方向改变，在重力和惯性力的作用下把大颗粒粉尘分离出去后进入高压电场。烟气在穿过正负两极8kv高压直流电场间发生电离现象，气流中的粉尘荷电，在静电、抽力和重力作用下，大部分带负电的粒子飞向集电极。少量带正点的粒子飞向放电极。这样含尘气体中的粉尘与气体分离，气体得到净化后送往脱硫工艺做进一步处理。当带电粒子到达两极时，粒子将其所带电荷放出并沉积在电极上，经过一定时间，由振打装置将其去除，落入设在除尘器下边的漏斗中。

布袋除尘与电除尘不同的是由收尘点汇集的含尘废气不经电场而是穿过覆膜滤料布袋得到净化后直接排入大气中。粉尘则被阻留布袋外面、定期反吹并落入下面的灰斗中。

除尘灰定期通过双重卸灰阀运用气力输送管道送到配料仓，作为原料小料使用。

3.2 除尘系统效率

铁矿粉造块工厂不可避免会产生大量的含尘废气，必须要进行有效的捕集和处理。否则，管路系统将会堵塞，风机将被磨损，设备的使用寿命将会降低，而且造成资源浪费。干式除尘器与湿式除尘设备相比有耗能少，除尘效率高的优点。

3.3 脱硫系统运行

烧结废气废气中还含有SO₂等有害成分，会造成大气污染环境污染 ^[4]。

400m² 烧结脱硫系统（中节能六合天融环保科技有限公司总包的FGD装置）紧随烧结主体投产而投产，采用湿式石灰石-石膏法脱硫工艺，主要包括脱硫塔本体、石膏脱水和烟气除雾系统。设计95%以上的脱硫效益。脱硫副产品--石膏可直接外销。如图3所示。

图3 脱硫工艺流程

在吸收塔中部区域，烧结烟气与脱硫浆液做逆向接触运动。烟气里的硫氧化物等酸性物与浆液里的盐类化合物发生气体化学反应，而去除大气污染物之一硫化物。主要反应式有                                                                      

吸收：SO₃+H₂O→H₂SO₄    

吸收SO₂后的浆液在重力作用下滴入下部循环氧化区（浆液池），亚硫酸钙被鼓入的空气氧化成硫酸盐，硫酸盐结晶水后成石膏，主要反应式有：

中和：CaCO₃+H₂SO₄→CaSO₄+CO₂+H₂O

氧化：2CaSO₃+O₂→2CaSO₄        

结晶：CaSO₄+2H₂O→CaSO₄·2H₂O  

吸收区上部安装有三级除雾器，当带有一定液滴的烟气以一定的速度通过除雾器通道是，由于烟道本身弯曲的特殊结构，迫使烟气在运动中连续的改变方向，并在惯性力和摩擦力的作用下实现气液分离。出口烟气环保达标后直接外排大气。

3.4 环境意义

烧结烟气通过烟气脱硫系统作用后由浊变清，满足了国家环保部门对工业企业大气污染排放标准的要求^[5]，见表6脱硫设施运行报表统计。

表6脱硫设施运行报表统计

脱硫效率达到了97.5%。每年按350天，作业率100%计，可大约算出减少排放量SO₂：6400t，粉尘：265t和NO_x：1300t，消除了酸雨等大气污染现象。

4 实践效果

北营炼铁厂400m²烧结重视原料条件、工艺衔接和设备运行的基础性作用，在保证烧结矿产质量的前提下，坚持低温烧结，灵活调整操作，取得了不俗的效果。

固体碳燃耗维持在50.50 kg/t左右，同比降低了1.2%。算成经济效率：市场价格每年175万元。

回收粉尘和余热，取得了较好循环经济效率。

工业危废有效可控排放，实现了碧水蓝天。

5 结束语

铁矿粉烧结工艺作为钢铁系统的一部分，担当了推行低碳环保可持续生产的重要角色。北营炼铁厂400m²烧结团队认识到自身使命和价值、依靠科技进步进行精准工艺操作，从而减少了烧结系统热量支出，增加了非碳燃烧热量收入，开展了热量循环利用和废气无污染处理，达到降低固定碳消耗、提高效能的目的，构建出了清洁低碳、安全高效、可持续的优质生产、能源循环和环保体系。挖潜降耗实施低成本战略是企业永恒的课题，不能停息。如何提高蒸汽加热料温的效率等问题，有待于大家进一步研究。

参考文献

[1] 薛俊虎.烧结生产技能知识问答[M].北京：冶金工业出版社，2003.2-3

[2] 周转典.高炉炼铁生产技术手册[M].北京：冶金工业出版社.36-37，276-277

[3] 郭森魁等.余热利用.[M].云南，云南科技出版社1998

[4] 郝素菊等.减少烧结生产中SO2污染的方法.[J].河北理工学院报，2006.28（2）13-15

[5] GB 28662－2012．钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准［S］．中国环境科学出版社，2012