青特钢烧结过程热平衡分析

陈国涛，郑向国，仲常维，杨小建

（青岛特殊钢铁有限公司，山东 青岛266409）

青特钢烧结过程热平衡分析

陈国涛，郑向国，仲常维，杨小建

（青岛特殊钢铁有限公司，山东 青岛266409）

从青特钢烧结能源消耗实际出发，通过烧结过程热量平衡分析，采取提高焦粉合格率、提高混合料低水稳定率，降低环冷机漏风，改善烧结料面过熔现象，降低焦炉煤气单耗32%，大烟道温度降低5～10℃，降低成本11.34元/t矿。

烧结热量平衡；环冷机；烧结料面；烟道温度

1 前言

青岛特殊钢铁项目于2012年12月31日获得国家发改委正式核准。项目总投资164亿元，产能300万t/a。2015年11月正式投入试生产，配备大型机械化封闭原料场，240m2烧结机2台。为更好掌握及降低青特钢烧结工序能源消耗，了解目前烧结工序能源利用水平，合理评价烧结工序热利用状况，通过对烧结过程热量进行定量分析，找出目前烧结工序能源使用中的不足，寻求青特钢烧结节能降耗措施。

2 烧结过程物料平衡及热量平衡分析

热量平衡计算分析中，物料平衡采用月度报表中投入数据及产出数据，期间工艺参数采用月度平均值，部分热量计算根据热量定律，以混合料烧结为界面，烧结之前为热量收入项，烧结之后为热量支出项，根据热量平衡原则对热量收入与支出项进行分析比较。

2.1 烧结过程物料平衡数据及工艺参数

热平衡当月生产烧结矿204621.16 t，消耗焦炉煤气1000 000m3，当月烧结投入产出月报表如表1所示。其中当月混匀料堆197581.54 t，干基混匀料182328.25 t，含瓦斯灰1222.67 t，瓦斯灰中含碳22%；烧结生产过程中点火助燃风量、主抽风量总量无统计，点火助燃风平均流量为8000m3/min，主抽风量平均为11600m3/min；计算得点火助燃风吨矿消耗1745.27m3/t；主抽风吨矿消耗2530.65m3/t。

热平衡期间当月工艺参数平均值，烧结机频率15.68 Hz，混合料水分7.72%，混合料温54.54℃，点火温度1177.96℃，大烟道温度157.14℃，16#风箱温度402.64℃。用红外测温测得烧结矿（环冷前）温度为700℃。热平衡分析过程中一些测定数值及比热，焦炉煤气发热量17556 kJ/m3，固体燃料发热量25898.8 kJ/kg，混合料比热837.4 kJ（/t·K），烧结矿比热840 kJ（/t·K），水比热4200 kJ（/t·K），水蒸气比热2080 kJ（/t·K），空气比热1.3004 kJ（/m3·K），烧结机台车质量7740.5 kg。

表1 烧结月投入产出情况

2.2 热平衡计算

根据热量守恒定律知，烧结热量收入量等于烧结热量支出量。本次热量平衡以混合料烧结为界面，烧结之前各物料热量总和为热量收入项，见表2。烧结之后各物料热量总和为热量支出项见表3。

2.3 热平衡分析及生产中存在问题

表2 烧结热量收入项

青特钢烧结工序投产1 a以来，各主要工艺设备运行正常，各物料秤、运行参数等真实可靠，数据在允许误差范围内。通过本次烧结热量平衡分析计算以及现场观察，发现烧结生产中存在的一些问题。

表3 烧结热量支出项

1）从热平衡表中可以看出，烧结热量收入项中固体燃料消耗占比最大，比例为82.10%；其次为焦炉煤气消耗，比例为5.60%。烧结矿、铺底料及内返矿合计为烧结饼，烧结热量支出项中，烧结饼带走热量最大为54.29%，其次为烟道废气带走热量比例为32.09%，混合料水分带走热量比例为13.62%。烧结工序余热利用时，应充分考虑利用烧结饼中所含热量，其次考虑烟道废气热量的利用。目前青特钢烧结在余热利用方面，只利用了环冷机一段烧结饼热量用于发电，环冷机二、三段烧结饼热量及烟道废气热量未开发利用。

2）焦炉煤气单耗85848.84 kJ/t，大于烧结厂设计规范，规范中规定，采用焦炉煤气、天燃气为点火燃料时煤气单耗应≤0.065 GJ/t。通过现场观察，烧结料面存在过熔现象，见图1。了解现场岗位操作情况，岗位操作人员担心点火煤气流量降低，烧结机台车两侧料面因为边缘效应，点火效果不好，从而影响烧结矿强度；现场焦炉煤气电动调节阀门开度为10%左右，设备选型偏大，主控工可调范围偏小，并且操作起来焦炉煤气流量波动大，降低焦炉煤气只能靠现场调节手动阀门，不利于自动控制和远程控制。

图1 烧结机表面过熔局部

3）青特钢烧结工序环冷余热发电情况测算。青特钢烧结工序环冷首段余热用于发电，在烧结工序热平衡表中，烧结饼带走的显热占热支出的54.29%，总热量计830261.88 kJ/t。烧结工序环冷首段热量用于发电，假设环冷机首段位置烧结饼冷却温度降为300℃，则环冷机首段位置烧结饼发生的交换热量为474435.36 kJ/t，不考虑环冷机漏风，假设余热发电效率为20%，则理论上环冷机首段烧结饼可发电量为26.35（kW·h）/t。参考2015年度烧结球团技术汇编可知，青特钢烧结余热发电离行业先进指标相差甚远。青特钢烧结环冷发电量设计为16（kW·h）/t，实际发电量仅为 2（kW·h）/t，环冷余热发电量远远没有达到设计发电量、本次热平衡测算理论发电量以及行业先进指标水平。

4）在本次烧结工序热平衡分析过程中，烧结生产过程存在部分影响热量平衡因素。青特钢烧结工序由于燃料破碎液压系统问题，焦粉破碎粒度较差，湿基粒度检测仅为71%，对本次热量平衡存在一定影响。烧结工序混合料为红外在线测水，因为现场粉尘、蒸汽环境因素影响及外包维护保养不及时，红外在线测水效果差，混合料水分波动未能及时发现，对本次热量平衡存在一定影响。

5）青特钢烧结工序本次热量平衡中忽略返矿中残炭量及残炭产生的热量，忽略了热平衡中各物质在不同温度及压力下比热容的变化。主抽风量与助燃风量为平均数，无月累计。

6）本次热量平衡计算中收入项与支出项接近，差值中包含台车箅条等散热因素。通过对烧结机台车箅条等设备散热估算，可认为热量平衡中差值偏小。由此可判断，本次热平衡测算中，或者热量收入项数值偏小，或者支出项数值偏高。焦炉煤气月消耗量为集团公司平衡后数值，根据仪表显示及现场情况，可能存在低估10%的误差。

3 节能措施及建议

1）合理降低焦炉煤气单耗，做好烧结工序焦炉煤气点火，调整好焦炉煤气、空气的空燃比，保障点火温度及点火强度。在烧结机台车两侧加平料板、压料辊，增强在线监督烧结机表面点火情况，减少烧结机表面点火局部过熔现象；针对焦炉煤气电动调节控制阀门偏低且不利于调整的情况，利用检修机会更换调节阀，使焦炉煤气量降低。对焦炉煤气每日使用情况纳入考核，通过行政手段，降低焦炉煤气耗用。

2）余热发电设备运行不正常，局部设计不合理，发电量仅为2（kW·h）/t，远远低于本次热平衡分析理论发电数值。烧结工序余热发电系统存在巨大节能空间，是下一步节能的主要方向。余热发电送风管道及收风管道等存在缺陷，设备密封、保温设施不合理。召集相关专家对其进行论证，余热保温设施已拆除，对重点密封设施已进行改造。余热发电量较热量平衡分析期间有所提高，后续余热发电设计改造等相关事宜正逐步展开。潜在的效益计算：按设计发电量计算，吨矿在现有基础上电费降低9.94元。

3）大烟道温度157℃，与行业普遍控制范围相比明显偏高，统一执行操作标准，适当降低大烟道温度5～10℃，有利于热量支出项降低，进而减少烧结矿能源消耗。

4）从热平衡分析可以看出，混合料中水分带走大量热量，在造球允许条件下，厚料层操作，尽量适度降低混合料水分含量，可以有效降低能源消耗（燃料消耗）。

5）焦粉破碎粒度差，燃料破碎系统液压设备存在问题，通过采购液压设备解决燃料破碎粒度问题。对红外测水及混合料水分波动情况，通过考察学习，决定引进微波测水及智能加水控制系统，通过智能控制系统，减少实际生产过程水分波动。

6）通过热量平衡计算，烧结热效率还存在提高空间。环冷机首段余热发电后，烧结矿还有部分热量价值可开发利用。建议环冷二三段烧结矿余热利用制取蒸汽/热水或用于热风烧结。烟道烟气带走热量占总热量的32.09%，此部分可充分余热利用，特别是机尾风箱温度的显热，建议制取蒸汽/热水或用于热风烧结。亦可参照日照钢铁烟道烟气（烧结机尾风箱）余热用于发电，烧结吨矿发电约2（kW·h）/t，可降低烧结矿成本1.4元/t。

4 结 语

通过对青特钢烧结热平衡分析，采取上述措施，对以后的烧结生产提供有力的理论支撑。焦炉煤气使用单耗降低32%；焦粉合格率提高、混合料低水分稳定率有利于固体燃耗的降低；改善余热发电，可降低成本9.94元/t矿；大烟道温度可降低5～10℃；烧结机烟道温度发电，可降低成本1.4元/t矿。

[1] 武轶，金俊，李小静，等.二铁烧结过程热平衡分析[J].安徽冶金，2014（.2）：31-34.

[2] 孟建忠，党荣富.烧结热平衡与节能降耗[J].烧结球团，1998.（1）：18-22.

学会动态

2017年烧结烟气脱硝及综合治理技术交流研讨会在山西临汾召开

2017年8月24、25日，2017年烧结烟气脱硝及综合治理技术交流讨会在山西临汾召开，来自全国冶金行业及国内知名环保企业的229名代表参加了会议。山西省金属学会秘书长安俊德向大会致欢迎辞，会议由河北省金属学会张敬民副秘书长主持。

环保部2017年6月13日发布的《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》等20项国家污染物排放标准修改单的公告（征求意见稿）中，明确氮氧化物限值调整为100mg/m3，钢铁行业将面临巨大的脱硝压力。为了钢铁行业积极应对环保新政策，进一步总结我国烟气综合治理及脱硝技术经验，借鉴其他兄弟单位的成熟经验，推广应用各种新技术、新设备、新材料，促进相关行业大气污染物治理，山西省金属学会联合河北、山东、河南、江苏、安徽、天津、陕西等地方金属学会主办了本次会议。会议以钢铁行业烧结烟气脱硝研讨为主题，就当前烧结机烟气脱硝技术在钢铁业的应用、运行情况及技术解读等一系列热点议题展开讨论。

北京科技大学苍大强教授参加了会议并做了《国内外钢铁工业烧结烟气脱硝新方法-新技术》专题讲座。他总结了国内外钢铁工业烧结烟气脱硝新方法、新技术，提出新常态需要新思维和新方法，强化创新意识和方法是颠覆性思路产生的基础，强化基础研究是颠覆性技术产生的基础；解决钢铁行业烧结烟气脱硝要开发源头，过程抑制和多种污染协同处理技术。他强调指出钢铁工业节能减排已经进入了工艺装备需要变革的时代，节能减排任务落在冶金专业人的身上。

冶金工业规划研究院环保中心程琳教授特别针对发布的《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》等20项国家污染物排放标准修改单的公告（征求意见稿）向钢铁企业提出了应对建议，并对新排污许可制度进行了深度解读。

安徽工业大学、太原钢铁（集团）公司、宝钢（集团）公司在大会介绍了他们的烧结烟气脱硝技术研究成果，12家环保科研和生产企业介绍了他们在该领域最新研发的技术和经验。

大会组织代表参观了山西建邦钢铁集团有限公司和山西立恒钢铁股份有限公司烧结烟气脱硝和工业污水净化处理生产技术装备。

（山东金属学会秘书处）

Heat-balance Analysis of the Sintering Process for Qingdao Special Steel

CHEN Guotao,ZHENG Xiangguo,ZHONG Changwei,YANG Xiaojian

（Qingdao Special Iron and Steel Corporation Limited,Qingdao 266409,China）

Based on the actual use of sintering energy consumption of Qingdao Special Steel,the heat equilibrium was analyzed for sintering process.By improving the qualified rate of coke powder and themixture water stability rate low and reducing the cooler air leakage,the sintering burden overmelting phenomenon was improved.The consumption of coke oven gas 32%,the flue temperature is 5-10 degrees centigrade and the cost of 11.34 Yuan/tmine were reduced.

Heat-balance for sintering,energy saving

TF046.4

B

1004-4620（2017）04-0025-03

2017-03-24

陈国涛，男，1980年生，2003年毕业于武汉科技大学矿物加工专业。现为青岛特殊钢铁有限公司工程师，主要从事烧结工艺技术工作。