炼铁系统节能的主要措施

节能的含义包括减少浪费和增加回收两个方面｡减少浪费主要是加强管理,如来料的质量和数量的管理,物流过程的损耗,以及能源介质的无谓排放等｡增加回收,主要是要提高能源使用效率,依靠科学技术进步大力回收生产过程中的余压､余热､余能(也是二次能源)｡

节能的内容有直接节能和间接节能｡直接节能就是提高能源的使用效率,降低单位产品和产值的能源消耗:间接节能就是调整产品结构,工艺流程优化,减少生产过程的中间环节,减少燃料消耗,提高产品质量和性能,延长使用寿命等方面工作｡

一､节能工作

钢铁企业节能工作包括:管理节能､结构节能､技术节能｡

1.管理节能

通过对企业现代化管理,建立相应的节能工作制度和实施细则,设立监管机构,达到节能目的｡建立企业的能源管理中心是节能行之有效的措施｡对钢铁联合企业的各生产工序进行监测､控制､调整､故障分析诊断､能源平衡等工作,可实现节能5%的效果｡能源管理中心不但要对生产能耗进行平衡分析,而且应对用能之前进行科学的测评,提出指导性的建议和意见,而且还应当参与生产过程的管理｡

建立系统节能的观点,要打破工序之间的专业界限,以较高层次的深度研究节能｡对单位设备､各生产工序､钢铁联合企业整体三个层次上综合研究提高能源利用率｡如高炉提高喷煤比,会使高炉煤气发热值降低,而高炉煤气发热值过低,会对充分使用高炉煤气产生不利影响｡提高炼铁喷煤比是技术发展方向｡要研究喷煤比､煤气发热值､高炉煤气使用率的最佳操作方案,实现节能最佳效果｡

科学合理利用能源是企业管理节能的重点｡钢铁工业应向多买煤､少买电方向发展｡大力回收生产过程中产生的二次能源,提高二次能源的转化率和利用率,减少外排损失｡如钢铁企业买煤的能量有34.12%转化为可燃气体(包括高炉煤气､焦炉煤气､转炉煤气),如何大力回收､合理使用关系到企业节能效果｡目前,我国重点钢铁企业转炉煤气回收量仅是国外先进水平的一半,而转炉煤气发热值(7000kJ/m³)要比高炉煤气发热值(3000~3500kJ/m³)高出一倍,没有大力回收与充分利用是太可惜了｡

2.结构节能

调整钢铁工业生产工艺结构､用能结构可以实现节能｡如提高炼铁喷煤比､增加球团配比､采用连续铸钢工艺､采用薄板坯连铸连轧工艺､轧钢坯料热装热送工艺等技术,均可实现节能效果｡

焦化工序能耗是142.21kgce/t,喷吹煤粉工序能耗为20~35kgce/t,多喷吹煤粉,改变了高炉炼铁用能结构,少用焦炭可节能1.5%｡这是高炉炼铁工序结构调整的中心环节｡

球团工序能耗42kgce/t,烧结工序能耗66.38kgce/t,多用球团､少用烧结就可节能｡同时球团含铁品位高于烧结.又可以实现提高入炉矿品位的效果｡

连铸比模铸减少能耗25%～50%,薄板坯连铸连轧要比传统的模铸～开坯一热轧节能70%,连铸坯热装热送和直接轧制技术节能35%｡

采用短流程电炉生产工艺,就会节省了烧结､球团､焦化､高炉工序的能耗｡

3.技术节能

采用先进的技术､装备,淘汰落后的工艺､技术､装备,可以实现节能｡如采用干熄焦技术､炉顶煤气压差发电技术､煤气发电技术等,均可实现节能｡本文重点讨论高炉炼铁精料技术和其它几项单项技术对节能的影响｡

二､高炉炼铁精料技术对节能的影响

精料技术对高炉炼铁的科技进步影响率达70%｡而高炉操作和设备等方面的因素影响率只占30%｡所以说｡高炉炼铁是以精料为基础的｡

1.精料技术的核心是提高入炉矿石的含铁品位｡入炉矿品位每提高1%,炼铁焦比下降1.5%,生铁产量升高2.5%,吨铁渣量减少30kg,允许高炉增喷15kg/t煤粉｡

2.提高炼铁原燃料转鼓强度,可降低炼铁焦比｡烧结､球团转鼓指数提高l%,可提高产量1.9%｡酸性烧结矿(CaO/SiO₂<l时)碱度提高0.1,可降低炼铁焦比3%~3.5%｡焦炭M40提高1%,高炉利用系数提高4%,燃料比下降5.0kgce/t:M₁₀减少0.2%,高炉利用系数提高5%,燃料比下降7.0kgce/t｡

3.熟料比(指烧结矿和球团矿占入炉原料的比例)提高l%,可降低炼铁焦比2—3kg/t｡主要原因是,熟料比天然块矿的还原性能好,可以增加铁矿石的间接还原度｡在高炉冶炼中,铁矿石的直接还原是个吸热反应,而间接还原是放热反应｡间接还原度每增加1%,可降焦比6~7kg/t｡

4.入炉原燃料的粒度､化学成份､冶金性能要稳定｡近两年,因我国炼铁专业处于高速发展阶段,造成了全国炼铁原燃料供应紧张,价位攀升,成分处于波动之中｡一些炼铁企业矿石､焦炭的储存量低于警戒线｡高炉只能来什么料｡用什么料,造成全国炼铁生产技术滑坡(指入炉焦比高､喷煤比下降)｡铁矿石品位波动､焦炭质量变化对高炉炼铁的影响见表1和表2｡

表1 烧结矿成分波动对高炉炼铁的影响

表2 焦炭质量变化对高炉炼铁的影响

5.优化原燃料粒度组成｡要筛除<5mm的粉末.要求其含量要低于3%~5%｡入炉粉末(指<5mm)含量每降低1%,高炉利用系数可提高0.4%~1.0%,焦比下降0.5%｡

入炉料粒度要偏小,要筛除>50mm的炉料(进行再破碎),烧结矿粒度应<50mm,块矿要<30mm;并控制5~10mm粒度组成占总炉料的比例<30%｡不同粒度组成的炉料要分级入炉｡如果混装,炉料会有填充作用.造成高炉炉料透气性恶化,压差升高｡如将烧结矿粒度12.7～38.1mm的大块与6.4～12.7mm的小块分级入炉,可产生降焦比6%的效果｡块矿入炉粒度由10~40mm降为8～32mm,可降焦比3.1%｡

6.铁矿石的冶金性能要好｡铁矿石的冶金性能包括还原性､低温还原粉化率､软化性和滴熔性等｡还原度大于60%的铁矿石属于还原性能好的矿石｡矿石还原度提高10%,高炉焦比可降低8%~9%｡赤铁矿､磁铁矿属于难还原的矿石｡

铁矿石低温还原粉化率每升高5%,高炉产量会下降1.5%,煤气利用率会下降,造成焦比升高｡

一些炼铁厂提出了对焦炭热反应性能的要求｡如要求热反应后强度要大于60%(宝钢要求大于66%),热反应性要低于30%(宝钢要求低于26%)｡因为在高喷煤比､高冶炼条件下,焦炭质量对高炉炼铁的影响是至关重要的｡可以说焦炭和矿石对高炉炼铁的影响比例几乎是各占一半｡

高炉炼铁希望铁矿石的还原软化温度高一些(>1100℃).软熔温度区间窄(<200℃)｡这样会使高炉软熔带窄一些,透气性好一些,有利于高炉操作,降低焦比｡

铁矿石的滴熔性是指熔化后的铁矿石容易被还原,且流动性能好｡这样会有利于渣铁分离,又可及时下落到炉缸内｡炼铁界也希望铁矿石的滴熔区间窄,滴熔温度高｡

三､单项节能技术

1.焦化工序

●焦化用锅炉要合理选型,定额负荷要在80%～90%,锅炉容量比实际用汽量大10%即可｡控制配风,降低空气过剩系数,减少炉门等部位漏风｡

●充分利用水资源,分级､分质供水,扩大循环水使用范围｡

●用高压氨水代替蒸汽喷射装煤｡可节省蒸汽,又省电｡一座65孔焦炉每年节约蒸汽1.7万t｡

用高压氨水代替蒸汽清扫集气管,可节约蒸汽｡

●焦油蒸溜后的尾气可送到黄血盐工序生产黄血盐,其冷凝水可回用给锅炉作补充水｡

●加强焦炉热工调节可节能｡用焦炉煤气加热时,α值从1.45降到1.2;用高炉煤气加热时,α值从1.25降至1.15后,可节省炼焦能耗5.91～11.82kJ/kg湿煤｡

●采用硅酸铝隔热板,可减少炉体散热,节约炼焦能耗3.5kJ/kg湿煤｡

●对烟道空气过剩系数进行自动控制,可降10%炼焦能耗｡

●采用新型蓄热室格子砖,加大换热面积,其高度降低30%,废气温度不变时(蓄热室高度不变),炼焦能耗降62.2kJ/kg煤｡

●减薄炭化室炉墙,若炼焦周期不变时,立火道温度允许降50~60℃,能耗降低7%｡

●对煤进行调湿,水分从9%~10%降至5%~6%,可节能8%｡

●提高装炉煤密度(用型煤或捣固)7%~11%,结焦时问减少4%~6%,增产5%～7%,允许增配8%~10%弱粘接性煤｡有节能效果｡

●对荒煤气上升管进行汽化冷却(由600～800℃降至200℃),可回收能源8kgce/t焦,每吨干煤可产生0.1kg的蒸汽(压力0.3～0.6MPa)｡

2.烧结工序

●小球烧结､燃料分加､厚料层(650mm左右),可以减少燃料消耗15～20kg/t,降低烧结工序能耗5kg/t,料层厚增加10mm,可降燃耗1～3kg/t｡

●烧结尾矿温度在600～800℃进行余热回收,可降工序能耗9kgce/t｡

●烧结废气中CO会带走热量.其热量占烧结总热量的10%~25%｡所以要实现烧结的完全燃烧,相应增加空气量｡

●使用催化助燃剂可使烧结降低固体燃耗13%,增产5%｡

●降低烧结机漏风率,降低电耗｡漏风率减少10%,节电2度/t,减少烧结矿残碳损失｡

●降低固体燃料消耗的办法是:

合理配矿:少用能耗高的赤铁矿,适量添加生石灰｡配加少量钢渣｡

控制燃料粒度,改善分布:焦粉粒度在0.5～3mm,煤的粒度可大些｡

提高料温:对生石灰和返矿预热,混料圆筒通蒸汽､混合燃料燃烧烧结法｡

强化制粒:原料制粒可改善料层透气性,增加料层厚度,提高烧结强度｡

提高成品率,减少返矿量:返矿减少1.5%~3%,节焦粉0.6kg/t｡

偏析布料､双层配碳烧结:使大而重的颗粒进入下部料层,燃料在上层偏集｡

●烧结余热锅炉蒸汽回收,可降工序能耗2.5kg/t｡

●降低点火热耗｡控制点火负压,可降燃料消耗6%～12%,节约烧结工序能耗4%~5%｡采用节能的点火炉(带状火焰､适宜供热强度､热风助燃等)｡

●热风烧结:冷却机高温段热废气送入烧结机上部热风罩内｡宝钢､南钢､鞍钢均已采用,可节约点火燃料10%｡每100℃热风,可降固体燃耗5%｡

●低温烧结:控制碱度､Al₂O₃与S_iO₂比值,强化制粒,建立优化烧结热制度｡

●降低烧结矿中FeO含量:有利于提高烧结强度,提高还原度,也节能｡因为FeO含量每升高1%,工序能耗会升高0.68kgce/t,高炉焦比升高0.8%~1.5%｡

3.高炉炼铁工序

●高风温:热风带人的物理热占高炉热量收入的19%,又是廉价的能源,应当积极采用｡热风温度每升高100℃,可节约焦比20~30kg/t,允许增加喷煤量30～45kg/t铁,产量提高4%｡热风炉的热效率应>80%,如达不到要进行技术改造｡

●提高喷煤比,少用焦炭,减少焦化工序能耗:高炉每喷1吨煤粉可替代0.8～1.0吨焦炭,可节省约120kgce/t工序能耗;因焦炭和煤粉的价差,可获利500元左右｡

●富氧鼓风:高炉富氧鼓风1%,可增产4.76%,风口理论燃烧温度升高35~45℃,高炉煤气发热值提高3.4%,允许高炉多喷12~20kg/t煤粉,节约焦比1%｡

建议为高炉配备变压吸附制氧设备｡优点是:供氧量稳定,廉价,操作简便｡含氧量在90%即可,每1m³氧气电耗0.33度｡

●脱湿鼓风:高炉鼓风湿度由13%降至6%｡增加风量14%,节能10%,允许增加喷煤量｡鼓风中每减少水分1g/m³,可产生提高9℃风温的效果,降焦比0.7kg/t｡

●提高煤气中CO₂含量:煤气中CO₂含量提高0.5%,可减少燃料消耗10kg/t,相当于降低炼铁工序能耗8.5kg/t｡

●低硅铁冶炼:生铁含硅量每降低0.1%,可降焦比4~5kg/t｡

●高压操作:高炉炉顶煤气压力提高0.1kPa.可增产1.1%±0.2%,焦比下降0.3%~0.5%,有利于低硅铁冶炼,提高TRT发电能力｡随顶压的提高,节焦效果会减弱｡

●高炉冷却水采用软水密闭循环设施,可节水7%,同时减少用电量｡

●炉渣进行水淬或风冷,可回收炉渣显热,降能耗25kg/t｡炉渣显热占炼铁工序能耗的4%~10%｡(上接第15页)用炉渣粒化法和冲渣水采暖法回收炉渣显热｡将炉渣余热变为蒸汽的冷却法,约2.5~3.0吨炉渣产生1吨蒸汽｡

●热风炉烟气余热回收:热风炉烟气250~450℃,可以对高炉煤气和助燃空气进行预热｡采用这种双预热技术的热风炉,在全烧低热值高炉煤气条件下,能够实现热风温度高于1200℃｡

●对冷风管道进行保温(特别是北方冬季),可以提高风温9~17℃｡

●降低鼓风能耗:高炉正常生产应采用全风操作,不允许放风操作｡在炉况顺行变差需要放风(或慢风作业),由鼓风机减风(指时间较长时)｡减少送风管道阀门不严跑风､漏风｡

炼铁工作者为节能努力降低燃料比,在降低固体燃耗的同时也会产生降低风耗的节能效果｡因为每燃烧1kg标准煤,就需要2.5m³的风量｡高炉炼铁在减少1kg标准煤的同时,也会产生节约燃烧1kg标准煤鼓风所需的0.85kg的能耗｡

●煤粉灰分每降低1%,高炉焦比可下降1.5%｡

●渣量减少100ke/t铁,可降焦比20~50kg/t,增产8%｡

●减少石灰石用量100kg/t,会降低焦比30kg/t｡