燒結(jié)工序能量平衡及節(jié)能診斷分析

1、【孑治金之家jF"燒結(jié)工序能量平衡及節(jié)能診斷分析趙 斌1,3，張志遠(yuǎn)2,馮俊小2,張玉柱S梁海鷹4（1 河北理工大學(xué)河北省現(xiàn)代冶金技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北唐山063009 ；2 .北京科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，北京100083;3.華北電力大學(xué)電站設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京102206;4.唐山鋼鐵股份有限公司煉鐵廠，河北唐山063000）摘 要：為解決燒結(jié)工序能耗高的問題，根據(jù)能量守恒原理，對(duì)唐鋼煉鐵廠燒結(jié)機(jī)和環(huán)冷機(jī)進(jìn)行了詳細(xì)的能量平衡測(cè)試，通過對(duì)測(cè)試結(jié)果的分析，并結(jié)合生產(chǎn)設(shè)備及工藝特點(diǎn)，分析診斷了燒結(jié)工序的能源消耗狀況。測(cè)試結(jié)果表明：燒結(jié)機(jī)排煙溫度偏高，熱損失較大，環(huán)冷機(jī)煙

2、罩內(nèi)串風(fēng)嚴(yán)重、臺(tái)車底部漏風(fēng)較大。 根據(jù)測(cè)試結(jié)果提出具體的改進(jìn)措施。測(cè)試的原始數(shù)據(jù)為煉鐵廠燒結(jié)工序的節(jié)能降耗提供重要的參考依據(jù)。關(guān)鍵詞：燒結(jié)機(jī)；環(huán)冷機(jī)；能量平衡；節(jié)能診斷燒結(jié)是中國鐵礦粉造塊的主導(dǎo)生產(chǎn)工藝，是整個(gè)鋼鐵生產(chǎn)流程中重要的一環(huán)。燒結(jié)工序的物料處理量在鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中處于第2位1，僅次于高爐煉鐵，而能源消耗也僅次于煉鐵及軋鋼而居第3位2，是現(xiàn)代鋼鐵制造流程中物質(zhì)流、能量流流量最大的工序之一。降低燒結(jié) 工序能耗是燒結(jié)生產(chǎn)中的重要課題，也是降低燒結(jié)礦成本的重要途徑。唐山鋼鐵公司煉鐵廠燒結(jié)工序能耗較高，當(dāng)前燒結(jié)機(jī)的燒結(jié)煙氣經(jīng)除塵凈化后直接排放，環(huán)冷機(jī)大量冷卻后的廢氣也直接排放，并未對(duì)其余熱進(jìn)行回

3、收。為不斷節(jié)約能源，挖掘節(jié)能潛力，進(jìn)行了本次測(cè)試，對(duì)燒結(jié)設(shè)備的熱效率、能源消耗等主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行比較準(zhǔn)確 和客觀地評(píng)價(jià)與分析，也為今后進(jìn)一步改進(jìn)燒結(jié)設(shè)備的熱工操作，降低燒結(jié)工序能源消耗提供了理論依據(jù)。1能量平衡計(jì)算數(shù)據(jù)的采集為保證數(shù)據(jù)的可靠性和代表性，此次能量平衡數(shù)據(jù)采集安排在正常生產(chǎn)工況期間，并保證原料配比不變，設(shè)備正常連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，生產(chǎn)操作連續(xù)穩(wěn)定4h后進(jìn)行，每次在燒結(jié)生產(chǎn)運(yùn)行一個(gè)完整生產(chǎn)周期內(nèi)完成熱工參數(shù)的采集，對(duì)整個(gè)燒結(jié)工序進(jìn)行 2次熱平衡測(cè)試，取平均值作為最后測(cè)定結(jié)果，以減小測(cè)量誤差。1. 1燒結(jié)機(jī)本燒結(jié)機(jī)的有效長度為 60m，寬3m,有效燒結(jié)面積 210m2,測(cè)試期間的機(jī)時(shí)產(chǎn)量為

4、265t /h，料層厚度650mm ,裝料溫度55C。如圖1所示，整個(gè)燒結(jié)系統(tǒng)的測(cè)試范圍起于燒結(jié) 機(jī)布料，止于燒結(jié)機(jī)尾卸礦?？紤]燒結(jié)礦表面積較大， 將燒結(jié)礦表面距離點(diǎn)火保溫爐出口每隔3m分一區(qū)，在每一區(qū)中取3點(diǎn)作為測(cè)點(diǎn)。這3點(diǎn)位置分別為距臺(tái)車左邊板0. 5、1、1. 5m處。取這3點(diǎn)熱風(fēng)速度和溫度平均值作為該區(qū)段風(fēng)速和風(fēng)溫，以保證每區(qū)段所測(cè)風(fēng)速和風(fēng)溫的可靠性。輩料圖1燒結(jié)機(jī)結(jié)樹簡(jiǎn)圖Fig* 1 Main structure of the sinlerine machine使用煙氣分析儀測(cè)量各風(fēng)箱廢氣成分。首先從臺(tái)車下部各風(fēng)箱的風(fēng)箱壁熱電偶插孔處插入分析儀探頭，然后進(jìn)行抽氣測(cè)量。 插入探頭后，對(duì)

5、插孔進(jìn)行密封，防止插孔處吸入外界空氣， 影響測(cè)量準(zhǔn)確度。由于燒結(jié)機(jī)風(fēng)箱較多，不同風(fēng)箱內(nèi)的廢氣溫度、 成分不同，為使煙氣成分測(cè)試數(shù)據(jù)具有代表性，分別選取機(jī)頭、機(jī)身中部、機(jī)尾處的風(fēng)箱進(jìn)行煙氣成分分析。在點(diǎn)火保溫爐、機(jī)尾保溫罩等表面處，溫度分布不均。為了減小測(cè)試誤差，將每個(gè)散熱面劃分為若干個(gè)區(qū)域，以各個(gè)區(qū)域溫度的加權(quán)平均值作為該表面的散熱溫度。按矩形對(duì)角線將點(diǎn)火保溫爐、機(jī)尾保溫罩、臺(tái)車邊板相應(yīng)各表面劃分為4個(gè)區(qū)，結(jié)果取4個(gè)區(qū)的加權(quán)平均值3O對(duì)于燒結(jié)礦表面溫度，用便攜式紅外測(cè)溫儀測(cè)量。由于燒結(jié)機(jī)很長，先沿臺(tái)車運(yùn)行方向， 從點(diǎn)火保溫爐出口開始，將燒結(jié)礦表面每隔3m分為一區(qū)，對(duì)每一區(qū)燒結(jié)礦表面，再沿臺(tái)車寬

6、度方向在該區(qū)的燒結(jié)礦表面取3點(diǎn)作為測(cè)點(diǎn)，3點(diǎn)溫度平均值作為該區(qū)燒結(jié)礦表面溫度。1. 2環(huán)冷機(jī)本次測(cè)試環(huán)冷機(jī)的冷卻面積為 190m2,處理量為265t/h,中心直徑為24 . 5m,臺(tái)車高度 為1. 5m，寬度為3m。風(fēng)機(jī)共5臺(tái)，采用內(nèi)二外三布置，如圖 2所示，其中2號(hào)和3號(hào)風(fēng) 機(jī)的額定功率為 380kw，額定風(fēng)量為308000m3/h，1、4和5號(hào)風(fēng)機(jī)的額定功率為 900kw， 額定風(fēng)量為 434000m3/ h。I弓風(fēng)機(jī)2環(huán)冷機(jī)苗構(gòu)向圖F1& 2 Main structure of the circulaimnler環(huán)冷機(jī)臺(tái)車上部的熱風(fēng)溫度和流速的測(cè)量從環(huán)冷機(jī)的入料口開始，每隔3m取

7、1個(gè)測(cè)點(diǎn)，在每個(gè)測(cè)點(diǎn)的臺(tái)車橫向截面上選取3個(gè)測(cè)量位置，距臺(tái)車外邊板 0. 5、1、1. 5m。環(huán)冷機(jī)的轉(zhuǎn)速采用秒表和米尺進(jìn)行測(cè)定，在環(huán)冷機(jī)外側(cè)選擇3個(gè)測(cè)定位置，在臺(tái)車上標(biāo)記目標(biāo)點(diǎn)，觀察該點(diǎn)走過5m距離所用的時(shí)間。經(jīng)過多次測(cè)量取平均值作為環(huán)冷機(jī)轉(zhuǎn)速。燒結(jié)礦各截面處的溫度采用便攜式紅外測(cè)溫儀測(cè)定，為提高測(cè)定的準(zhǔn)確度，測(cè)定過程中盡量選表面紅熾狀況不一樣的燒結(jié)礦來測(cè)定，同時(shí)考慮到燒結(jié)礦截面內(nèi)高溫區(qū)和低溫區(qū)互相夾雜，因此對(duì)燒結(jié)礦截面進(jìn)行多點(diǎn)溫度測(cè)量，以減少誤差。2燒結(jié)工序能量平衡計(jì)算根據(jù)燒結(jié)工序能量平衡的測(cè)試目的，并依據(jù)原冶金部發(fā)布的 燒結(jié)工序熱平衡測(cè)定與計(jì)算方法暫行規(guī)定中介紹的計(jì)算方法，結(jié)合本燒結(jié)工序

8、具體的生產(chǎn)工藝特點(diǎn)，進(jìn)行了燒結(jié)工序能量平衡的計(jì)算。2. 1燒結(jié)機(jī)能量平衡計(jì)算通過對(duì)燒結(jié)機(jī)各項(xiàng)數(shù)據(jù)的測(cè)試與采集，分析各項(xiàng)能量的收支情況并進(jìn)行能量平衡計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表1所示。1）收入總熱量：u Q =型+血+毎+ 0 +如+缶+的 +駅 +聊=624 386. 2MJ/h(!)2)支出總熱埠U：g = g'i + q i + ql + <? + 譏 十 + d* + M = S24 386.2MJ/h(2>3）燒結(jié)機(jī)熱效率;1 + 譏 +3十旳1一 必十幾藝?一心式中：B為燒結(jié)成品率，;3按卜式計(jì)算p =研 X 100%(4>式中：G' ch為成品礦產(chǎn)量，2.

9、2環(huán)冷機(jī)能量平衡計(jì)算t/h; G 1為機(jī)尾卸礦處燒結(jié)礦質(zhì)量，t/ ho100% = 52* 9%通過對(duì)環(huán)冷機(jī)各項(xiàng)數(shù)據(jù)的測(cè)試與采集，分析各項(xiàng)能量的收支情況并進(jìn)行能量平衡計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表2所示。« 2環(huán)妙機(jī)船舉衡褰Table 2 Circular-cooler heat balduce符號(hào)MJ/hK特號(hào)MJ/h%Qi風(fēng)機(jī)厳人空忙熱敷20865.5札4QQ'i出口燒箱曠的熱柚1921LS8.65SOI 142.8SO. 60Q't環(huán)撈機(jī)合車世熱世1附氐760. B3<JT有1S9 0S2. 985.16Qv無敢鳳撫童6392.2. 8SAQ5501.12. 48EQ

10、12t 0D&. 3100號(hào)E00比31001) 收入總熱量：Ko = Q + Q* = 222 008. 3 MJ/h (5)2) 支出總熱址；YG = Q 氣 + Q食 + Q= + Q +如=222 008. 3 MJ/h(6)3) 環(huán)毬機(jī)的熱效率；廠炭® “懸X100% = 85. 16(7)2. 3測(cè)試結(jié)果通過式 計(jì)算得燒結(jié)機(jī)的熱效率為 52. 9%，從表1中可以看出，熱平衡誤差為0.38%, 燒結(jié)機(jī)的熱量收入主要來自燒結(jié)固體燃料的化學(xué)熱、化學(xué)反應(yīng)放熱和點(diǎn)火煤氣的化學(xué)熱，這三項(xiàng)之和超過了總熱量的90%，是燒結(jié)的主要熱源。燒結(jié)機(jī)的熱支出項(xiàng)較多，其中最主要的是卸礦處燒結(jié)

11、礦帶出的物理熱，燒結(jié)煙氣帶走的物理熱，混合料中物理水的蒸發(fā)熱和碳酸鹽分解所吸收的熱量，占到了熱量總支出的90 %以上。u治金之家 at -« 1 SS結(jié)機(jī)熱平蘭衰Table 1 Sinterijug niAchlne hcul balance苻號(hào)MJ/h%MJ/h點(diǎn)火煤勺比學(xué)骼530B2. S8.5031 S55點(diǎn)比煤氣物理欝朗工9CL 04F5199.9厲95>點(diǎn)此助燃矗傑剋鼎量1550, 03心106 922. 217, 12Kt體燃料代學(xué)憩4S4U5.3?7. 57t § +燒詰礦鞫理料201 H2.8H.21離爐返茁理縊比學(xué)熱2131.70. 34228 M0

12、36. 6TL 33化學(xué)卅完全燃燒鶴描失2麗虬20川4145. 5D, GZ“T撓結(jié)曠戰(zhàn)離化學(xué)槪夫ZB4Z0.4&化學(xué)丘炭枚持62 L 5】067q r件車間乍通厳博si蟲359475, 7fi9觀$1.49擰削水物理潮1 664. 2CL 27奧他杭鎮(zhèn)曲先日目5乩Z0.眩2 39*0, 70,3S524 3B6. 21WS248M.Z100由式計(jì)算得環(huán)冷機(jī)的熱效率為 85. 16%，熱平衡計(jì)算誤差為 2 . 48%，從表2中可以 看出，環(huán)冷機(jī)的熱量收入來自于風(fēng)機(jī)鼓入空氣帶入的熱量和入口燒結(jié)礦帶入的熱量。熱量支出主要是有效風(fēng)帶走的熱量、 無效風(fēng)帶走的熱量和冷燒結(jié)礦帶出的熱量， 這3項(xiàng)占

13、環(huán)冷機(jī)總 熱量支出的95%以上，占絕大多數(shù)。« 2環(huán)妙軌鶴卓衡叢Table 2 Circular-cooler he；at符號(hào)鴉收人項(xiàng)百M(fèi)J/hHJ/h%Qi20865.5軋40出口燒箱礦的熱itI9212.S8.6SQt人口燒皓才的魁燉201142.890. 60殲撈機(jī)合車1E4 匪 760. S3180052. 985- K無效鳳6392.2. 88AQ5501.12. 48EQ212 OOS. 3100呑計(jì)Z2Z00B. 31003存在的問題及改進(jìn)措施3. 1固體燃料消耗較高根據(jù)上述熱平衡的計(jì)算可知固體燃料熱量占燒結(jié)過程總熱量的77. 57%，降低固體燃料消耗主要從以下2個(gè)方面

14、人手。1）采用厚料層燒結(jié)技術(shù)。厚料層燒結(jié)可以提高燒結(jié)礦的強(qiáng)度，改善燒結(jié)礦的質(zhì)量，降低燒結(jié)礦中FeO含量并提高燒結(jié)礦的還原性能，同時(shí)還能有效地利用料層的自動(dòng)蓄熱功能5，降低燒結(jié)燃料的消耗量。通過改造可使料層厚度由原來的650mm增加到700mm。2）采用模糊控制系統(tǒng)。運(yùn)用模糊控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)燒結(jié)生產(chǎn)過程產(chǎn)量和質(zhì)量的優(yōu)先控制。由原來的以人工控制焦粉改為以BTP（Burning Though Point）為核心的二級(jí)專家控制系統(tǒng)可以對(duì)焦粉進(jìn)行很好的控制。 當(dāng)冷、熱返礦槽位在80%20%范圍內(nèi)且穩(wěn)定時(shí)，冷、熱返礦按正常比例配加。若返礦異常，熱返礦配比將自動(dòng)進(jìn)行波動(dòng)，始終保持返礦總配比恒定，從而穩(wěn)定焦粉用量

15、， 達(dá)到降低固體燃料消耗的目的。3. 2電耗較高電能消耗約占整個(gè)燒結(jié)工序能耗的20%以上，而絕大部分是主抽風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)所消耗的。為降低電耗，可采取以下措施。1）減少環(huán)冷機(jī)漏風(fēng)率。通過熱平衡測(cè)試得出環(huán)冷機(jī)漏風(fēng)率為30 . 64%，說明該環(huán)冷機(jī)漏風(fēng)較嚴(yán)重。漏風(fēng)率大導(dǎo)致鼓風(fēng)機(jī)功率增大，電能消耗增高。因此，應(yīng)對(duì)臺(tái)車與首尾風(fēng)箱、臺(tái)車與滑道、臺(tái)車與臺(tái)車 之間的密封結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行改造，并采用陶瓷、軟密封材料等來增強(qiáng)密封效果。2）降低主抽風(fēng)系統(tǒng)阻力?！炬菀苯鹬?料層過厚，空氣通過料層的阻力就會(huì)很大，造成主抽風(fēng)機(jī)負(fù)荷增大，電量消耗增加。所以 應(yīng)降低主抽風(fēng)機(jī)負(fù)壓，可有效降低電耗，主要采取的措施有：改善料層透氣性；

16、降低風(fēng)箱、 大煙道和除塵器的阻力；調(diào)整燒結(jié)機(jī)的各參數(shù)，使主抽風(fēng)機(jī)在高效區(qū)運(yùn)轉(zhuǎn)；對(duì)大電機(jī)采用變頻調(diào)速技術(shù)。3. 3余熱回收利用率低燒結(jié)煙氣帶出的熱量很大，占總熱量收入的36. 67%，由燒結(jié)礦帶出的熱量占總熱量收入的32. 21%，其中大部分直接排出，沒有有效利用。余熱回收應(yīng)遵循降低燒結(jié)機(jī)能量消 耗與減少余熱生成量協(xié)同的原則進(jìn)行，對(duì)于不同溫度的熱廢氣采取不同的回收方式。1) 預(yù)熱燒結(jié)混合料。對(duì)于150200 C的低溫?zé)釓U氣，可在點(diǎn)火爐前設(shè)置預(yù)熱爐，環(huán)冷機(jī)廢氣由鼓風(fēng)機(jī)送入預(yù)熱爐內(nèi)，對(duì)混合料進(jìn)行預(yù)熱，以提高混合料溫度，降低固體燃料消耗。2) 用作點(diǎn)火爐助燃空氣。將200300C的環(huán)冷機(jī)熱廢氣作為助燃

17、空氣與煤氣一并進(jìn)入點(diǎn)火爐，可使煤氣燃燒更為 完全，提高燃燒溫度，其熱量得到充分利用。3) 用于余熱鍋爐發(fā)電。將燒結(jié)機(jī)的中溫?zé)煔?300400C )和環(huán)冷機(jī)高溫段熱廢氣(300500C )余熱通過2臺(tái)余熱 鍋爐分別進(jìn)行回收，由于2部分余熱源溫度存在差異，燒結(jié)機(jī)熱管余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽(310330 C )需要進(jìn)入補(bǔ)燃室提高蒸汽溫度，使之與環(huán)冷機(jī)余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽溫度(400440C )相匹配，再將這2部分過熱蒸汽并入母管，以主蒸汽的形式進(jìn)入低溫汽輪機(jī)進(jìn)行發(fā)電。與此同時(shí)，環(huán)冷機(jī)余熱鍋爐產(chǎn)生的低溫低壓過熱蒸汽以補(bǔ)汽的形式進(jìn)入汽輪機(jī)，然后與過熱蒸汽共同驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電，以最大限度地回收利用余熱資源。

18、4結(jié)論1) 通過對(duì)唐鋼煉鐵廠燒結(jié)工序進(jìn)行能量測(cè)試，得到了該廠燒結(jié)機(jī)和環(huán)冷機(jī)的熱量收入與 支出項(xiàng)目的數(shù)據(jù)。2) 能量測(cè)試結(jié)果表明該燒結(jié)工序生產(chǎn)運(yùn)行管理基本正常，但也看出該廠燒結(jié)工序存在一 些影響能耗的問題，如燒結(jié)機(jī)排煙溫度高、環(huán)冷機(jī)煙罩內(nèi)串風(fēng)嚴(yán)重、臺(tái)車底部漏風(fēng)大等。3) 為提高燒結(jié)系統(tǒng)能源利用率，可以采用如下措施：強(qiáng)化制粒；改善點(diǎn)火工藝；加強(qiáng)漏 風(fēng)處的密封；增加風(fēng)量檢測(cè)；對(duì)廢氣余熱梯級(jí)利用等，其中余熱回收是燒結(jié)節(jié)能的重點(diǎn)。 參考文獻(xiàn)：1 Guo Z C , Fu Z X . Current Situation of Energy Consumption and Measures Taken for Energy Saving in the Iron and Steel Industry in ChinaJ . Energy, 2009, 25(4): 1.2 胡長慶，張玉柱，張春霞.燒結(jié)過程物質(zhì)流和能量流分析J.燒結(jié)球團(tuán)，2007 , 32(1):16.3 胡志遠(yuǎn)，樓國鋒，溫治，等.燒結(jié)熱過程質(zhì)量和能量平衡的診斷及分析J.冶金自