烧结工序降低固体燃耗节能减碳的措施

顾玲　宋赞

摘要：本文对烧结工序提出了优化烧结配料结构，稳定混匀料配比，控制适宜的燃料粒度和熔剂粒度，提高混合料温度，热风烧结，喷吹富氢气体燃料技术等降低固体燃料消耗的措施，实现烧结工序的节能减碳，企业降本增效。

关键词：固体燃料消耗；强力混合；厚料层；热风烧结；富氢

0 引言

烧结工序是钢铁长流程生产过程中的能耗大户，能源消耗量甚至能占总消耗量的10%，二氧化碳排放约占总碳排放量的15%。对以碳为主要燃料的烧结工序而言，减碳的挑战无疑是巨大的。整个烧结工序能耗包括固体燃料消耗、电力消耗、点火煤气消耗等，而固体燃料消耗占整个工序能耗的75～80%。因此降低固体燃料消耗是烧结工序节能减碳的关键。通过调研部分烧结厂实际运行情况，以及近几年国内外采用的烧结节能降耗技术及实际运行效果，提出了降低固体燃料消耗的主要措施。

1 优化烧结配料结构，充分利用各种循环废料

严格控制外购生石灰采购标准，提高生石灰质量，降低CaO含量和活性度波动率，稳定烧结生产。对于原料品种进行梳理，原料合理搭配，降低赤铁矿和褐铁矿配比，提高磁鐵矿配比。充分合理的利用钢铁流程中产生的各种循环废料，既可以充分利用资源，减少浪费，也可以起到降低固体燃料消耗的作用。比如焦化灰、炼铁瓦斯灰等含有30%左右的碳，配加到烧结中可替代部分焦粉。炼钢产生的废渣在一定程度上也可以代替生石灰，因为这些钢渣中碱性氧化物占比不低，而且主要还是硅酸三钙、硅酸二钙、铁酸钙以及游离的CaO、MgO等低熔点矿物。并且钢渣中还存在较活泼金属单质，其在燃烧过程中会被氧化释放大量热量，从而不仅可以进一步减少固体燃料的消耗量，还可以改善烧结过程的整体质量，根据调查，适宜的钢渣在固体燃料中的占比为4%～6%。

2 稳定混匀料配比，提高原料透气性和制粒效果

稳定混匀料配比，最大限度地满足混匀料成分、粒度的稳定，减少因变料等导致的生产波动，保证烧结生产过程的稳定性、连续性，降低返矿循环负荷，对于降低烧结矿固体燃料单耗也可以起到较好的效果。

如烧结没有混匀料场的，建议增设强力混合系统。强力混合系统能增强烧结混合料的混匀度，使得混合料中超细粉、燃料、熔剂等能充分混匀，使烧结原料透气性增加，制粒效果增强。日本住友、新日铁等公司最早开始采用立式强力混合机用于烧结料混合。通过研究和在住友和歌山第三烧结厂的实践，由于增加了强力混合机替代滚筒混合机，使烧结原料透气性增加，制粒效果增强并且烧结速度提高了10%～12%。由此，生产能力也提高了8%～10%，同时降低焦粉的添加比例0.5%。

宝钢和本钢在原有的二段混合制粒的基础上引入了强力混合机，改造为强力混合—圆筒制粒—圆筒制粒流程的三段式混合制粒。强化混合，使烧结料层透气性得到明显改善，烧结矿成品率由76.63%提高至77.92%，转鼓强度也从75.98%提升到78.36%。本钢采用一段立式强力混合润湿混合物料，二三段圆筒混合强化制粒，投入生产后大于3 mm粒级占比提高了20%，主抽风压降低1000 Pa，混合料的粒度组成和透气性得到改善，降低了固体燃料消耗。

3 控制适宜的燃料粒度和熔剂粒度

烧结过程中，燃烧是由固体燃料的本身特性、粒度范围和实际燃烧条件决定，所以为了使固体燃料的燃烧放出的热量被充分利用，降低固体燃料的消耗量，就必须对固体燃料进行细致筛选，选择合适的粒度。固体燃料分为多种，每种的粒度要求都各不相同，通过研究及实践证明，焦粉燃料最为合适的粒度范围在0.5 mm～3 mm之间。对于固体燃料而言，整体的粒度不宜过大，否则无法完全燃烧，从而造成燃料浪费，而且燃烧产生的热量也无法完全利用，有可能导致无法达到烧结所需温度；固体燃料的粒度也不能过小，否则燃料比表面积过大，且单个燃料重量太轻，在烧结过程中，容易被燃烧产生的含氧烟气扬起，从而发生反应生成有毒气体CO。

在已有的烧结厂中，可以通过对燃料破碎系统单辊破碎机、四辊破碎机实施机辊辊间距液压伺服自动调整改造，实现燃料加工系统破碎机自动控制，提高加工粒度合格率至85%以上，改善燃料加工粒度，降低固体燃耗1～1.5 kg/t。

根据同类烧结厂的烧结试验及生产实践，石灰石、白云石0～3mm粒级在90%以上效果最好。为了控制好石灰石、白云石的粒度，日常生产中要做好可逆锤式破碎机和熔剂振动筛的巡检维护，锤头磨损后及时补焊或更换，筛板破损后及时组织更换，保障合格的熔剂粒度。

4 实行低水、低碳、厚料层操作

混合料里的水分具有制粒、润滑、导热和助燃等作用，适当控制混合料的水分，可以减少多余水分蒸发造成的不必要的燃料消耗，降低固体燃料的消耗，水分在6.8%为宜。

生产中，在烧好、烧透的前提下，应尽量采用厚料层操作，这是因为烧结矿层有自动蓄热作用，提高料层厚度能降低燃料消耗。而低碳厚料层操作一方面既有利于提高烧结矿强度，改善烧结矿的粒度组成，使烧结矿大块降低，粉末减少，粒度趋于均匀，成品率提高；另一方面又有利于降低烧结矿氧化亚铁含量，改善烧结矿的还原性。所以适当提高台车上混合料层厚度，不仅可以使热利用率提高，燃料消耗相应降低，而且能减少烧结过程不均匀带来的影响，使烧结矿的结构均匀，质量提高。

宝钢本部600 m2烧结机料层厚度达到900 mm，宝钢的生产实践表明，烧结料层每提高l0 mm，料层助力升高163 Pa，风量下降1.28 m3/t，固体燃耗可降低0.104 kg/t，煤气消耗量下降0.06 m3/t等等，成品率明显提高，返矿量下降。

5 提高混合料温度

预热混合料是降低固体燃料消耗的有效方法。生产实践表明，提高烧结混匀料的料温，使其达到合理的混合料温度露点以上时，可以显著减少料层中水汽冷凝而形成的过湿现象，从而降低过湿层对气流的阻力，改善料层透气性，使抽过料层的空气量增加，为料层内的热交换创造了良好条件。

制粒机内通入蒸汽的预热方式由于受制粒机填充率的限制，热利用率非常低，预热效果差，目前可作为一种预热混合料的辅助措施。而混合料经过矿槽、圆辊、九辊立即布到台车上，在这一部位预热，距离烧结机台车最近，热损失最小，因此烧结机矿槽蒸汽预热效果显著。混合料温度以45℃为基础温度，混合料的温度每提高了10℃，固体燃耗降低了约0.6 kg/t。

6 热风烧结

热风烧结技术是利用高温空气替代常温空气，对烧结料表层进行加热烧结。以热风的物理热代替部分固体燃料的燃烧热，可节省固体燃料，使烧结料层上、下部热量和温度的分布趋向均匀，克服了表层热量不足的缺点，同时提高了烧结矿的强度，改善了烧结矿的还原性。

安钢炼铁厂在1号烧结机系統进行热风烧结与烟气内循环技术的研制与应用 。通过高温循环风机将烧结机尾部温度较高、氧气含量较高、二氧化硫含量较低的6个风箱的烟气配合中部温度较低、氧气含量较低、二氧化硫含量较高的4个风箱的烟气通过一定比例抽入新增的烟道，在多管除尘前的烟箱混合器中混匀，调节烟气含氧量、温度、压力，使之满足烧结条件后，返回烧结台车上的烟气罩内，通过料层参与烧结过程。工艺主要参数为：烟气循环比约19%，循环风温275℃±25℃，含氧量≥18.5%，负压17000 Pa，烟气罩约50 m。通过采用烟气内循环实现热风烧结工艺，实现了高温烧结烟气显热的回收，每吨烧结矿可节约标准煤约0.557 kg；同时，还减少了排入大气的烟气总量，降低主抽风机、主电除尘器和脱硫装置负荷，为治理烧结烟气污染创造了有利条件。

7 FeO控制

FeO高低主要取决于配碳量的多少，当燃烧过程温度较高，则FeO随之升高，燃料消耗也必然升高。在不影响烧结矿质量的前提下，加强对FeO的控制，要求看火、配料岗位严格掌控燃料配加量，将烧结矿FeO含量控制在9.0%±1%范围内，尽可能的采取低FeO控制，降低固体燃料消耗。

8 喷吹富氢气体燃料技术

用氢系燃料替代部分焦粉，从烧结料床上面吹向料层。由于氢系燃料和焦粉的燃点不同，因此可以在不提高燃烧最高温度的情况下，长时间保持最佳反应温度，从而大幅提高烧结工序能源效率?减少焦粉配入量，同时还提高烧结矿强度与还原性。

日本JFE公司2009年开发出了向烧结机料面喷加氢系气体燃料LNG的Super—Sinter技术，研究表明烧结机利用LNG喷吹技术后，每吨烧结矿的固体燃料消耗量降低3 kg，年减少CO2的排放近6万t。

2016年韶钢5号机（400 m2烧结机）采用焦炉煤气料面顶吹加强化烧结技术，其节能效果分析数据表明：平均每喷入1 m3焦炉煤气，可减少焦粉用量1.4～1.7 kg，提高成品率0.2～0.3%；同时可实现每立方米烧结烟气SO2生产量减少145 mg，NOX生成量减少35 kg，烟气中CO2的含量降低0.29%。

2020年，中天钢铁550 m2烧结机930 mm厚料层料面天然气喷吹流量300 m3/h下，固体燃料消耗可减少2.52 kg/t，减少烟气CO2排放量为5.93 kg/t，烧结矿转鼓强度提升0.14%，烧结内返矿率降低0.18%等，实现了吨矿工序能耗降低2.63 kg标煤。当天然气喷吹流量为500 m3/h时，固体燃料消耗降低3.77 kg/t，烟气CO2排放量减少9.19 kg/t。

除了上述降低固体燃料消耗的主要措施以外，还要加强设备管理，提高设备作业率，以设备为基础，稳定生产创造条件，减少开停机对生产干扰，以此提高烧结矿物理强度，降低返矿率，提高产量，降低消耗。对新建的烧结机应配套专家控制系统采用皮带检测、自动加水、机尾成像等自动化技术，研究烧结配料、配碳、配水、点火、风量控制等参数对烧结矿质量的影响机理，提高烧结过程智能化控制水平，降低工序能耗和生产成本。

总之，降低固体燃耗是烧结工序节能减碳的重要路径，也是企业降本增效生存发展的重要环节。