降低三钢球团工序能耗实践

2024-01-07冉启峰许宝科罗映明

山西冶金 2023年7期

冉启峰，许宝科，罗映明

（福建省三钢（集团）有限责任公司，福建三明 365000）

0 引言

福建省三钢（集团）有限责任公司（全文简称“福建三钢”）带式焙烧机球团生产线于2019 年12 月正式投产运行，为国内首条拥有自主产权的带式焙烧机，设计生产氧化球团矿160 万t/a。生产初期，由于经验不足、设备故障较多、原料不稳定等原因导致能耗偏高，2020 年球团工序能耗高达27.54 kgce/t，在全国30 家球团企业排名第11 名，距离行业先进水平有一定差距。

为了降低能耗，福建三钢加大“对标学习，降低工序能耗”技术攻关，向同行业其他先进的企业学习[1-2]，从生产操作、技术创新和精细化管理等方面入手，采取多项技术措施以降低工序能耗，取得了明显效果。截至2021 年底，该生产线工序能耗已降到19.88 kgce/t，2021 年度平均能耗为21.80 kgce/t，在同行业27 家企业中排名第2 名，为公司降本增效作出了贡献。

1 球团工序能耗结构分析

表1 所示为2020 年球团生产线各项指标工序能耗情况，图1 所示为球团工序能耗结构图。由此可知，球团工序能耗主要由三部分构成：焦炉煤气消耗、电耗和高炉煤气消耗，其中焦炉煤气消耗占比最高，达60.31%；电耗次之，为18.08%；高炉煤气消耗占17.86%。

图1 三钢球团工序能耗结构图

表1 2020 年三钢球团各项指标工序能耗单位：kgce/t

因此，焦炉煤气耗量、耗电量以及高炉煤气耗量是攻关的重点。

2 降低球团工序能耗的主要措施

2.1 降低焙烧温度

攻关前，三钢带式焙烧机根据高炉外购球团矿的抗压强度生产球团矿，其抗压强度保持在≥2 500 N/个。但是，随着自产球团矿替代外购球团矿，且高炉入炉比例不断提高，由外购时的5%入炉比不断提高到15%～20%，不仅导致球团焦炉煤气消耗居高不下，而且使得高炉炉况不顺。究其原因主要是：球团矿抗压强度不断提高，相对应其还原性能逐渐降低[3]，同时随着自产球团矿高炉入炉比不断提高，高炉还原性能变差，炉况不顺。

为了满足高炉生产，同时达到降低煤气消耗的目的。通过不断试验、总结，最终得出：在自产球团矿高炉入炉比为15%～20%的情况下，球团矿抗压强度维持在2 000～2 500 N/个，还原度保持在70%以上时，高炉运行稳定、顺行。此时，焙烧温度可以从原先的1 270 ℃逐步降至1 200 ℃左右，大大减少了焦炉煤气消耗。

2.2 改造智能造球系统

确保造球稳定性是降低工序能耗的关键。生球湿返率低、粒级均匀，带式焙烧机运行稳定，五大风机调节量小，工序能耗低；反之，生球湿返率波动大，粒级不均匀，焙烧机运行速度快进快退，五大风机调节量大，工序能耗自然高。

生产线现有4 个Ф7.5 m 造球盘，前期造球工艺主要靠人工完成，不仅工作强度大，而且造球不够稳定，湿返率波动大，对相关数据无法实时跟踪及调整。为了改善落后的人工造球方式，稳定生球质量和湿返率，决定对生产线进行球团智能造球系统改造。采用自动化控制的方式，依靠大数据的对比和计算，根据采集到的生球数据（粒径、粒级、占比等）进行快速分析，快速判断并及时调节水分，以提高生球粒径均匀性和布料平整度[4]（见图2）。

图2 智能造球系统实时采集到的生球照片及其粒径分析结果

运行智能造球系统后，生球落下强度达到6～10次/0.5 m，生球粒径控制在8～16 mm，其中8～14 mm 粒级占比80%以上，10～12.5 mm 粒级占比55%以上，湿返率＜20%，能够根据需求调节生球的粒度，且调节时间不超过10 min，设备故障率小于0.5%。

2.3 降低脱硫、脱硝系统耗能

脱硫、脱硝系统是球团生产重要组成部分。据估算，脱硫系统电耗占球团总电耗的16%，脱硝系统电耗占总电耗的8%（不含主抽风机），脱硫、脱硝工序能耗占球团生产总能耗的26%。因此，降低脱硫、脱硝系统的工序能耗对于降低球团生产工序能耗具有重要意义。

为了有效降低脱硫系统耗电量，尝试对生产线脱硫主机采用低负压运行模式，不断降低脱硫烟道入口负压，在不影响脱硫、脱硝效率的情况下，最终将脱硫烟道入口负压由原有的1.5 kPa 降至1.0 kPa，实现节电。

三钢球团生产线脱硝系统采用的是选择性催化还原技术（SCR），其反应原理为：在催化剂的作用下，利用还原剂（NH3）有选择性地与烟气中的NOx反应并生成无毒、无污染的N2和H2O。影响脱硝效率的主要因素为催化剂类型及其催化温度[5-6]。球团生产线采用锰系催化剂，其催化温度在230～280 ℃。生产前期，由于经验不足，为了保证脱硝效果，催化温度一直保持在258 ℃以上，随着生产经验的不断积累，在保证氨水消耗不变、氮氧化物排放符合国家标准的前提下，逐步降低催化温度，将该温度由原来的258 ℃降至235 ℃，减少了高炉煤气消耗。

3 节能效果

通过采取上述攻关措施，球团工序能耗指标完成情况如表2、图3 所示。从表2 可以看出，攻关措施取得了明显的效果，每月工序能耗逐步降低，并保持在较低水平。将2021 年球团工序能耗控制在了21.80 kgce/t，在同行业27 家企业中排名第2 名，获得了公司2021年重点技术攻关奖二等奖。

图3 2020、2021 年球团工序能耗月对比柱状图

表2 2020、2021 年球团工序能耗指标单位：kgce/t

通过技术攻关，2021 年三钢共生产球团矿184.75 万t，2020 年和2021 年球团各项指标单耗如表3 所示，2021 年球团各项指标单价如表4 所示。产生的经济效益为[（40.02-32.56）×0.08+（30.22-21.50）×0.56+（40.52-37.42）×0.57+（0.005-0.009）×67+（28.59-29.12）×0.1+（2.72-2.72）×0.25+（0.05-0.17）×0.49]（元/t）×184.75 万t=1 268.72 万元。