陈景明
(上海梅山钢铁股份有限公司)
摘 要：梅钢通过极限挖掘余能回收、环冷水密封改造锁住烧结矿显热; 高温回收段采用翅片陶瓷覆膜、换热锅炉采用声波清灰、高效锅炉换热结构改进等技术，实现烧结工序热量高效转换; 低温段采用饱和螺杆发电组、热水换热，实现烧结矿低温余热应收尽收工业效果。同时大力应用主抽风机变频、高效风机、微负压点火改造、原料筛分改造等一些列先进节能降碳技术，前沿布局一批 FeO 自动检测技术、生石灰预消化技术、烧结料面喷洒水蒸气技术等节能低碳技术，实现吨矿蒸汽回收量 95. 7 kg /t、烧结漏风率从 25% 降至 5% 以下。
关键词：环冷水密封；螺杆发电机；烟气全循环
梅钢积极响应国家双碳号召，力争在极致能效的细分赛道走在前列，瞄准极致能效项目快速落地，大力实施全流程工艺技术优化改进、全系统对标挖潜、全方位优化能源结构，将 “双碳” 之路第一步节能降碳走好走实。梅钢烧结能耗占公司总能耗的 13% ，仅次于高炉工序能耗［1－3］。
梅钢高度重视烧结工序能源消耗挖潜工作，先后采取了烧结环冷机水密封环冷、一二段高温高效余热蒸汽回收、三四段低温矿循环烟气显热回收螺杆发电、烧结主抽变频、烧结微负压点火、烧结原料筛分等一系列先进节能降碳技术，同时积极探索 FeO 自动检测技术、生石灰预消化技术、烧结料面喷洒水蒸气技术等，实现了烧结工序节能、降耗、减碳。
1 余热余能深度回收
烧结矿显热占烧结工序能耗总量 30% 以上，烧结矿显热高效回收利用对降低烧结能耗和碳排放具有重大意义［4－7］。梅钢烧结矿显热极限回收，采取一系列前沿余热回收降碳技术，助力烧结全流程余热回收利用，分级发电、废气零排放。
1. 1 常规烧结矿冷却工艺
烧结矿冷却是对烧结机尾卸下的 700 ～ 800℃红热烧结矿进行强制冷却，将烧结矿携带的热量转换成废气显热，矿料温度最终低于 120 ℃，由皮带输送机输送至后续工序。实际运行存在以下不足。
( 1) 环冷台车主体结构磨损严重: 台车本体厚度由 12 mm 磨减至 6. 3 mm，本体三角梁厚度由 14 mm 磨减至 7 mm。
( 2) 敞开式台车泄露大、余热回收量低: 实际漏风率达 25% 以上，大量热废气散逸加速电缆老化，现场粉尘多。废气温度约 300 ℃，吨矿蒸汽回收量在 70 ～ 80 kg /t。
1. 2 烧结矿显热极限回收整体思路
锁住热源和极限回收包括: 烧结环冷水密封，一段、二段高温段高效回收，锅炉能效提升改造。烧结环冷采用水密封形式，根本性地改善环冷机密封性; 一段、二段设置高效锅炉，实现高品质余热高效回收转化发电; 三段、四段前部搭建低温低压余热锅炉，配套螺杆发电机组; 四段后部低温热烟气设置一套热水加热器，供烧结工段拌料使用。同时采取烟气全循环技术，烧结矿显热极限回收整体思路如图 1 所示。
1. 2. 1 水密封环冷改造，锁住热源
翻转卸料式环冷机上下密封均采用水密封形式。从结构上根本性地改善环冷机密封性，漏风率小于 5% 。针对水密封水槽存在的腐蚀问题，下水槽材料采用梅钢自产耐酸板。
( 1) 上水密封
风箱上罩下部与原风箱焊接，上部采用水密封与回转框架相接，两端部和中部设有隔断密封。完善的密封系统可有效降低设备系统漏风率。
( 2) 下水密封
采用水槽密封，密封效果好。
( 3) 使用效果
改造后 3 台风机 ( 风量 19. 2 万 m3 /h，全压3 150 Pa，功率 250 kW) 的运行效果与现行环冷机启用 3 台/4 台风机 ( 夏天 4 台、冬天 3 台，电机功率 1 000 kW) 的相比，一年节省电费 856 万元 ( 94% 作业率，0. 52 元/kWh) ，余热利用 蒸汽量提高 4. 5 t /h。
1. 2. 2 先进换热改造，高效转换
烧结余热锅炉高效转换是确保高温显热回收的重要举措［6－7］。梅钢通过翅片陶瓷覆膜、声波清灰器、高效锅炉换热结构改进等技术应用，实现烧结工序热量高效转换。
(1) 翅片陶瓷覆膜
余热回收排烟温度若低于 140 ℃ ( 烟气中的酸露点 140 ～ 160 ℃ ) ，烟气冷凝形成酸露，对受热面产生较严重露点腐蚀。低温段采用翅片陶瓷覆膜，可将使用寿命提高至 10 年以上。
(2) 声波清灰器
梅钢在 4 号、5 号烧结锅炉各级换热面上共设置 24 台全自动声波吹灰器，对换热面进行周期性在线全面清灰，防止粉尘在换热面上堆积，提高换热效果。在锅炉的底部设置气力输灰装置，及时将锅炉底部积灰运走，减少现场的人工操作。
(3) 高效锅炉换热结构改进
对换热器管束进行结构优化。采用水平 U型管蒸发器，外置集箱采用多管头结构。换热管束的所有焊缝都在烟气通道外，有效防止烟气对焊缝的直接冲刷、腐蚀;
在上升、下降管侧的集箱处设置限位支架，保证换热管束可以沿管道轴向自由膨胀; 在换热管两端采用钢板密封，将集箱、弯头封闭在烟气通道外的密闭腔体内，避免烟气泄漏。
(4) 使用效果
2019 年、2020 年和 2021 年烧结吨矿蒸汽回收量分别为 74. 4、81. 8、82. 2 kg /t，2022 年截至 8 月底吨矿蒸汽回收量 95. 7 kg /t，实现蒸汽回收量逐年攀升。
1. 2. 3 低温烧结矿深度利用，极限回收
梅钢 4 号烧结环冷机三段及以后的低温烟气流量约 60 万 m3 /h，由于温度较低未进行余热利用，直接排入大气，不仅浪费了大量低温热量，而且烧结系统开停机时排放口有明显扬尘，连续生产时目视有大量热废气涌排。极限回收思路如下。
(1) 低温低压余热锅炉 + 螺杆发电机组三段热烟气及四段前部热烟气采用烟气再循环技术，正常运行时将来自环冷机集气罩的 240℃低温烟气引至锅炉，经低压蒸发器、凝结水加热器、软水加热器换热后，温度降至 120 ℃ 左右，再利用循环风机送回到环冷机三段、四段的底部风箱循环利用。低温余热锅炉参数见表 1。
回收饱和蒸汽供饱和螺杆发电机组发电，排汽冷凝回收，螺杆膨胀机技术参数见表 2。
(2) 设置热水加热器
四段后部设置一套热水加热器，产生热水供烧结工段拌料使用，不仅节省饱和蒸汽，而且可提高混合料料温，降低烧结固体燃料消耗和环境污染。热水加热器技术参数见表 3。
结合以上思路，2022 年 10 月业内首套发电装置烧结环冷低温段饱和蒸汽螺杆投产发电，极限回收烧结三段及四段前部的热烟气显热，平均功率 2 500 kW，吨矿发电 3. 9 kWh，每台烧结机生产 80 ℃热水 45 t /h 供烧结工序配料使用。
2 降低烧结能耗技术
2. 1 烧结主抽风机变频 + 高效除尘风机
( 1) 主抽节能
烧结机生产情况下入口风门开度长期在50% 左右，电机仍然以额定转速工频 ( 1 000 r/min) 运行，原来的调节模式采用风门调节方式，管网风阻大，经济性不高，能源浪费严重。 梅钢整体更换 3 号、4 号、5 号烧结主抽风机本体及其辅助设备等，新增一套高压变频调速装置及软启动装置。改造后，风机叶轮转动惯量减小，风机运行效率明显提高。风 机 入 口 挡 板100% 全开，消除挡板截流能量损失。以 3 号烧结为例，改造前主抽风机电机电流 620 A 以上，改造后主抽风机电机电流 450 A 左右。
(2) 大型除尘风机高效化节能改造
将烧结除尘风机本体及联轴器更换为量身定制的高效离心节能风机，对风机入口风门、电动执行机构、风机进出口软连接等配套设备进行改造，改造后平均节电率 20% 以上。
2. 2 微负压点火
梅钢采用微负压点火技术，实现烧结机内外压强一致，提升煤气利用率，投运后形成稳定可靠微负压点火模式，实现气、物分离，厚料层工况条件下透气性良好，每吨烧结矿节省点火煤气消耗 5% 以上。
2. 3 烧结燃料破碎筛分工艺改造
梅钢烧结固体燃料 65 万 t /a，其中厂内高炉返焦 ( ＜ 10 mm) 约 21 万 t /a，焦化筛下焦粉 ( ＜ 10 mm) 12 万 t /a，合计约占烧结固体燃料比例的 50% 。原工序固体燃料经过粗、细两次破碎。粗破后部分固体燃料粒度满足烧结工艺≤ 3 mm 要求［2］，再经过细破，则过于粉碎，不仅影响烧结过程透气性，而且容易在抽风作用下进入大烟道，浪费固体燃料。
前期检测可知烧结燃料中≤0. 5 mm 比例占到 35% 左右，梅钢增加燃料筛分设施，将 ＜ 3mm 筛除直接送入配料室燃料槽，降低四辊破碎总量，以减少固体燃料的过粉碎及破碎机的损耗，达到降低生产成本的目的，固体燃料消耗下降 0. 66 kg /t ( 干基) 。
3 布局实施一批节能低碳技术
3. 1 FeO 自动检测技术
随着 FeO 含量升高，需要的煤粉相应增多，在确保烧结矿质量的前提下，控制好 FeO 含量是节约固体燃料的关键［3］。现场每四小时进行一次人工检测及调整，存在滞后和不确定性。梅钢利用磁性感应原理，建立 FeO 含量与磁感应之间的定量关系，在返矿皮带上利用机械手抓取部分物料，通过测量其磁感应指数，得出烧结矿FeO 含量。提高 FeO 稳定率，预计可降低固体燃料消耗 0. 5 ～ 1 kgce /t。
3. 2 生石灰预消化技术
预消化不仅有利于混合料成球，而且可预热混合料。梅钢充分发挥生石灰消化热来预热混合料，在生石灰配料圆盘下加喷水管，预先消化生石灰，延长消化时间。混合料温度由原来的 30℃提高到 59 ℃，工序能耗下降 0. 5 kgce /t。
3. 3 烧结料面喷洒水蒸气
烧结料面喷洒水蒸气提高燃料的燃烧效率，降低烧结固体燃料消耗。同时，水蒸气的存在提高了燃料的透气性，便于燃料缝隙中烟气扩散，提高料层燃烧速度，增加产量，且可提高烧结矿质量。通过向烧结料面喷洒水蒸气预计可降低固 体燃料消耗 1 kgce /t。
4 结语
绿色低碳正成为全球共识和时代潮流，作为长流程钢企中重要耗能大户，烧结工序是梅钢重点降碳关注对象。梅钢以开放共享的姿态，主动突破现有瓶颈，积极开展环冷水密封、高效换热、饱和螺杆发电等各类技术; 快速应用各类节电、降耗、降气技术，取得了不菲成绩。但面对“双碳”大背景，烧结节能降碳工作仍有长足路子要走，一方面要坚定把现有烧结节能降碳举措扎扎实实应用下去，另一方面要紧盯绿色低碳颠覆工艺技术，大胆尝试提前布局，才能在新一轮绿色革命中走在前列。
参考文献
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