张瑞年
（长沙冶金设计研究总院）
摘 要：分析了我国烧结节能降耗现状‚结合国内外先进的烧结节能降耗技术‚从烧结工艺设计的角度提出了节能降耗的方向和技术措施。
关键词：烧结设计；节能降耗；途径；措施
1 前 言
节能降耗始终是冶金工作的重点‚尤其是在当前市场经济条件下‚节能降耗无论是对增加企业的竞争力‚还是对企业的持续发展来说‚都具有十分重大的意义。就烧结工程设计、生产而言‚其目标就是获取最大经济效益‚而节能降耗是实现成本降低的重要措施‚亦是设计、生产的主攻方向和重要课题。
2 我国烧结节能降耗现状
我国重点和地方骨干企业‚平均每吨烧结矿消耗的固体燃料分别比国内、外先进企业高10∙4kg、11∙9kg 标煤和12∙8kg、14∙3kg 标煤‚工序能耗分别比宝钢高15∙7kg 和17∙5kg标煤‚若按我国每年生产1∙6亿 t 烧结矿计算‚ 每年工序能耗要多消耗约265万 t 标煤。由此可以看出‚我国烧结节能的潜力是很大的。所以‚在设计、生产中采取有效措施‚最大幅度地降低烧结过程中的固体燃料消耗‚对降低烧结成本具有重大意义。
3 烧结节能降耗的主要途径和措施
3.1 向大型烧结机发展‚是节能降耗的方向
从近几年国内情况看‚烧结生产发展的特点就是建设大型烧结机‚继我国宝钢450m2 烧结机、武钢四烧435m2 等大型烧结机投产后‚ 又有鞍钢二烧360m2、东烧360m 2、武钢四烧435m2 等大型烧结机相继建成。这是因为‚大型烧结机与多台小型烧结机相比‚具有投资少、质量好、能耗低、成本低‚易于环保治理‚便于实现烧结过程自动化的优点。其中‚ 能耗低的优点是显而易见的‚如宝钢450m2 烧结机的工序能耗在57～60kg／t‚而一般小型烧结机的工序能耗大多在80kg／t 左右。
3.2 在设计中采用新工艺、新技术‚是实现节能降耗的根本途径
3.2.1 建设原料场和强化原料混匀作业
现代化高炉生产需要精料‚这就要求烧结矿的物化性能均要满足大型高炉冶炼的需要。对于烧结而言‚也必须实行精料‚即原料必须进行混匀。烧结原料混匀有两个方面的意义‚一是使其矿种结构、化学成分、粒度等长期稳定‚从而使生产出来的烧结矿质量稳定均一‚能满足高炉的要求；二是能使烧结过程本身稳定进行‚从而减少波动‚有利于烧结能耗的降低。这就需要新建原料场‚对各种物料进行混匀。对于一些原料品种多‚粒度、化学成分波 动大的钢铁企业‚更需要有完善的、先进的混匀工艺及设施‚包括混匀、取制样、控制中心在内的完整的工艺生产系统‚通过自动制样系统‚对所有进场原料进行自动取料‚集中化验‚并按品种、成分、定量堆贮‚以实现原料的批别管理。
3.2.2 在设计中采用小球和小球团烧结
在设计中采用小球和小球团烧结工艺 小球烧结可改善燃料的赋存状态‚大量燃料粘附于小球表面‚使燃料与氧气接触更充分‚有利于燃烧反应的充分进行。小球团烧结工艺减少了残碳‚并且有利于厚料层烧结‚从而能提高烧结过程的热利用率和烧结矿的产质量‚大幅度降低固体燃料消耗‚一般可节约能耗20％。
3.2.3 控制混合料成分‚采用生石灰强化剂‚ 实行厚料层烧结
在烧结设计过程中配加部分添加剂‚改变混合料的化学成分‚可以使固体燃耗降低‚达到节能降耗的目的。研究表明‚混合料中脉石成分 （如 Al2O3）、结晶水、碳酸盐、FeO 等的含量都会影响烧结过程固体燃料的消耗。原料中每增加1％Al2O3‚则每吨烧结矿需多耗7～23kg 标准煤；结晶水每上升1％‚需多耗标准煤2～5kg。配加生石灰‚强化制粒‚可改善料层透气性。研究表明‚生石灰具有强化制粒‚改善料层透气性的作用‚是厚料层烧结的有效强化剂。实践表明：生石灰配加量为2％ ～3％时‚混合料温度提高4℃以上‚燃耗可降低2～3kg／t。厚料层烧结工艺在国内外烧结厂设计中已被普遍采用‚厚料层生产可以取得高质量、低固体燃耗的效果‚日本研究认为‚料层每增加10mm‚燃耗可降1～3kg／t。
3.2.4 采用先进的点火保温炉‚提高点火强度并降低煤气消耗
烧结点火应满足如下要求：有足够高的点火温度‚有一定的点火时间‚适宜的点火负压‚点火烟气中氧含量充足‚沿台车宽度方向点火要均匀等。因此‚研制和改进烧结点火器‚一直是烧结设计人员不断努力的课题。目前的双斜带式烧结点火保温炉采用了双斜交烧嘴直接点火的先进技术‚高温火焰带宽度适宜‚温度均匀‚燃烧完全。因此‚它的点火效率高‚料面点火质量好‚能耗低。
3.3 采用新型烧结设备‚减少烧结系统的漏风‚从而降低电耗
烧结节电的关键措施是减少漏风和实现低风量操作。为此‚我们在设计中必须选择高效节能的烧结和除尘设备 并加强烧结机头 尾及两侧的密封。烧结抽风机系统管道连接要尽量不使用法兰而采用焊接‚烧结台车应采用绝热件等措施‚减少烧结系统的漏风‚从而获得节电之效果。
3.4 在设计中提高自动化控制装备水平‚是节能降耗的保证
自动化控制系统的功能是实现对烧结生产设备的联锁控制、过程控制、过程实时数据的采集与监视、过程与设备状态的监视与报警、过程趋势数据的采集与处理、报表打印、分析处理等。因此‚在自动化控制系统中必须采用先进的网络结构和硬件设备‚并应用国内外先进的烧结工艺优化控制软件技术‚实现烧结生产过程自动控制、监视及管理‚以达到提高烧结矿质量、降低能耗之目的。
3.5 进一步研究开发余热利用技术
把冷却机废气和烧结烟气的余热加以利用‚无疑是烧结节能的重要途径和发展趋势。目前国内烧结厂的余热回收装置‚有用于点火保温炉作助燃空气和精矿解冻的‚有用于热风烧结和小球团烧结干燥的‚也有用于生产热水供浴室、采暖、生石灰消化和加入混合机的‚但更多的是生产蒸汽‚以获取更大的经济效益。目前国内某烧结厂为回收冷却机废气余热‚设计了一种翅片管式蒸汽发生系统。该系统主要由蒸发器 （包括换热管束、集汽管、箱体）、水预热器、过热器 （根据用户要求）、汽包及连接管路组成‚其中蒸发器受热面均采用高频焊接翅片管‚达到强化传热的目的‚因而整套装置传热效率高‚工作安全稳定‚寿命长‚设备结构紧凑。全套设备运行可靠‚操作简单‚维修方便。利用余热所产生蒸汽可作生活用汽‚也可以加热混合料。
3.5.1 工作原理
蒸发器的工作原理为：由冷却烧结矿的热废气使管内的软水加热‚产生的汽水混合物沿上升管到达汽包‚集中分离后的饱和蒸汽再进入过热器‚过热后产生的过热蒸汽送至用户。汽包由补水泵补水‚蒸发器由下降管从汽包内补水 蒸发器与汽包之间可形成水汽的自然循环。
3.5.2 设计方案及工艺特点
根据整体工艺需要‚将余热回收装置直接安装在环冷机高温段的上方。在Ⅰ号风箱内由下向上依次布置过热器及Ⅰ号蒸发器‚Ⅱ号风箱内布置Ⅱ号蒸发器‚在Ⅲ号风箱内由下向上依次布置Ⅲ号蒸发器及水预热器‚汽包布置在环冷机上方或环冷机内侧上方。废气经余热回收装置后通过自然排烟排放掉。为了不影响环冷机的正常生产‚在设计中考虑了增加废气的旁通烟道。此设计方案一次性投资少‚运行费用少。
3.5.3 技术特点
1） 水动力循环稳定
翅片管式蒸发器是由若干个联箱组构成‚每个联箱组单独进出汽包‚形成若干个简单自然循环回路‚水循环系统稳定可靠‚热偏差小‚安全性好。
2） 综合传热系数大
翅片管式蒸发器的传热是空气通过管壁传导‚将热量直接传递给饱和水‚进行相态换热‚属一次性换热。同时‚由于管内是水汽混合物而管外是空气‚管内的换热系数较管外大得多‚因此总的传热系数主要决定于管外的换热系数‚通过在光管外表面焊接翅片来增大管子外表面积‚强化管外的换热条件‚便可达到强化传热的目的。
3） 受热面耐磨性好
由于热废气中携带着大量烧结矿灰粒‚因此磨损问题不能忽略。在设计余热回收装置时‚为了强化传热‚蒸发器管束采用了螺旋焊接翅片管‚翅片的重要辅助功能是在耐磨性方面的良好作用。一方面废气中所含灰粒首先与肋片相撞击‚失去了一部分动能；另一方面废气呈斜向冲刷‚经过翅片后‚在管子的纵向和横向做绕流运动‚灰尘颗粒速度发生分解‚又损失了一部分动能‚从而减弱了磨损能力‚保护了换热管。
上述说明‚烧结厂的热废气余热利用用途广泛‚大有作为。但必须指出‚烧结废气的余热利用技术需进一步研究和开发‚以便找到投资少且利用效果好、经济效益更佳的废气余热利用技术。
4 结 论
烧结节能潜力巨大‚作为烧结设计工作者‚需要不懈地努力探索‚在设计中采用节能降耗技术‚以求有效而合理地利用能源。