文章摘要：高爐煉鐵具有工藝流程簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率高的優(yōu)點(diǎn)，是一種應(yīng)用最廣泛的煉鐵技術(shù)，但煉鐵過(guò)程中需要消耗大量的能源。隨著全球鋼鐵工業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，如何減少在煉鐵過(guò)程中的能源消耗，提高煉鐵的經(jīng)濟(jì)性便成了鋼鐵企業(yè)必須認(rèn)真考慮的問(wèn)題。于是從冶煉前端、中端、后端三個(gè)階段入手，提出了高爐煉鐵節(jié)能減排的措施，為優(yōu)化鋼鐵冶煉工藝，提高鋼鐵冶煉經(jīng)濟(jì)性和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力奠定了基礎(chǔ)。
引言
隨著工業(yè)化進(jìn)程的不斷加速，鋼鐵冶煉規(guī)模不斷擴(kuò)大，在全球節(jié)能、環(huán)保要求不斷提升的背景下，傳統(tǒng)高耗能、高污染的鋼鐵冶煉工藝已經(jīng)無(wú)法滿足生產(chǎn)需求。因此必須針對(duì)鋼鐵冶煉過(guò)程進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，引進(jìn)高效節(jié)能減排技術(shù)，降低在鋼鐵冶煉過(guò)程中的能量消耗[1]。
根據(jù)鋼鐵冶煉的過(guò)程，將其分為冶煉前期、冶煉中期及冶煉后期三個(gè)階段，在冶煉前期主要通過(guò)控制精料度提升、控制入爐粉末率、改用質(zhì)量高的焦炭等實(shí)現(xiàn)節(jié)能；在冶煉中期則通過(guò)采用均壓放散煤氣回收節(jié)能技術(shù)、加壓熱風(fēng)爐煙道廢氣處理、煤氣干法布袋除塵技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能；在冶煉后期則通過(guò)高爐沖渣熱水余熱回收技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用該組合式的節(jié)能方案能夠較好地解決高爐煉鐵過(guò)程中能量消耗大、經(jīng)濟(jì)性差的不足，為進(jìn)一步優(yōu)化煉鐵工藝，提升煉鐵經(jīng)濟(jì)性奠定了基礎(chǔ)。
1. 冶煉前端節(jié)能降耗措施
1.1精料度提升
精料是高爐強(qiáng)化的基礎(chǔ)，高爐冶煉必須將精料放到首位。目前多數(shù)企業(yè)煉鐵時(shí)所采用的鐵礦石品位較低，導(dǎo)致在冶煉過(guò)程中的渣鐵比和熱量消耗較多，冶煉后端冶煉質(zhì)量也難以受控。因此改善入料礦石的品位，以含鐵量較多的澳系粉礦替代品位較低的雜礦球團(tuán)礦，也可以采用中信泰富特鋼集團(tuán)的礦石[2]，其品位可以保持在62.7%左右。在采用品位較高的礦石后，在冶煉過(guò)程中的渣鐵比由優(yōu)化前的337kg/t降低到了目前的320kg/t，反應(yīng)過(guò)程中的熱量消耗也得到了降低。
1.2入爐粉末控制
入爐粉末控制主要是要強(qiáng)化原燃料的篩分工作，要保證原燃料在送進(jìn)高爐礦槽之前進(jìn)行充分的篩分，嚴(yán)格控制原燃料的篩分速度，在保證供料能力的前提下盡量要增加礦槽的篩分備料時(shí)間。為了提高篩分的均勻性，可以利用給料機(jī)向振動(dòng)篩進(jìn)行送料，提升篩面的利用率。同時(shí)根據(jù)塊礦濕度的不同對(duì)其進(jìn)行分級(jí)，濕度較大的塊礦應(yīng)先進(jìn)行烘干，使塊礦內(nèi)的含水量低于10%，然后再進(jìn)行篩分。在對(duì)塊礦篩分的時(shí)候需要將振動(dòng)篩的篩板由雙層棒條改為單層棒條，提升對(duì)塊礦的篩分效果。
1.3焦炭質(zhì)量改善
焦炭是高爐煉鐵的關(guān)鍵燃料，隨著冶煉技術(shù)的進(jìn)步，噴煤量逐步增加，而焦比則逐步降低，因此焦炭作為料柱骨架的作用日益突出。目前主焦煤+肥煤的質(zhì)量配比一般維持在67∶100左右，焦炭的CSR維持在66%，焦比較高，在冶煉時(shí)的消耗量也較多。在進(jìn)行大量試驗(yàn)對(duì)比后將主焦煤+肥煤的質(zhì)量配比調(diào)整為71∶100，能夠提高焦炭燃燒比，提高燃料的利用效率。
2. 煉鐵過(guò)程中的節(jié)能技術(shù)
2.1均壓放散煤氣回收節(jié)能技術(shù)
在煉鐵的過(guò)程中，鐵礦石和焦炭是從高爐的頂部裝料的，此時(shí)承載鐵礦石的熔煉容器是處于高溫和高壓的狀態(tài)，而鐵礦石和焦炭在裝入爐頂之前是處于常溫常壓狀態(tài)。當(dāng)爐料被轉(zhuǎn)運(yùn)到爐頂后，稱重罐先把鐵礦石和焦炭混合物的壓力釋放，然后再把混合物裝入到高爐內(nèi)。在整個(gè)操作的過(guò)程中，高爐煤氣會(huì)排入空氣內(nèi)，導(dǎo)致車間內(nèi)的一氧化碳等有毒氣體含量現(xiàn)在升高，同時(shí)伴有大量的煙塵及熱量耗散。根據(jù)統(tǒng)計(jì)每添加一次的熱量損失達(dá)到了4000kJ/m3。
因此提出了一種新的均壓放散煤氣回收技術(shù)，從而提高熱量的利用率。新的均壓放散煤氣回收設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖1所示。
由圖1可知，該煤氣回收裝置包括燃燒排放方式及回收入管網(wǎng)方式。被回收到管網(wǎng)內(nèi)的煤氣均可作為新能源進(jìn)行二次利用。而且在從爐頂裝料的時(shí)候，燃?xì)夤芫W(wǎng)內(nèi)的的壓力只有9kPa，因此大量的高爐稱料罐中還存在著大量的煤氣。此時(shí)可以打開系統(tǒng)中的抽負(fù)壓裝置[3]，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)高爐稱料罐中煤氣100%的回收，消除了在加料過(guò)程中的能量損失。
圖1 均壓放散煤氣回收設(shè)備示意圖
2.2加壓熱風(fēng)爐煙道廢氣處理
目前在對(duì)煙道廢氣處理時(shí)，存在著兩個(gè)難題。一方面高爐中的氮?dú)獾南牧砍^(guò)了1500m3/h，由于現(xiàn)有的煙氣凈化系統(tǒng)凈化效果不足，因此增加了反應(yīng)過(guò)程中的氮?dú)庀牧?，根?jù)統(tǒng)計(jì)實(shí)際消耗量達(dá)到了2000m3/h以上，氮?dú)饫速M(fèi)量極大。另一方面，為了提高噴吹過(guò)程中的安全性，在加壓、噴吹等各個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)進(jìn)行氮?dú)庋a(bǔ)充，進(jìn)一步加大了氮?dú)獾南牧縖4]。
為了減少在反應(yīng)過(guò)程中的氮?dú)庀模岢隽艘环N新的加壓熱風(fēng)爐煙道廢氣處理系統(tǒng)，通過(guò)加壓凈化的方式，提高對(duì)廢氣的處理效果。同時(shí)可以加快間接還原反應(yīng)的速度，保持高爐煉鐵過(guò)程中的高風(fēng)溫，提高反應(yīng)效率，減少反應(yīng)過(guò)程中的氮?dú)庀?。而且將煙道廢氣作為煤粉噴吹的動(dòng)力源，實(shí)現(xiàn)廢氣的二次利用。優(yōu)化后的加壓熱風(fēng)爐煙道廢氣處理系統(tǒng)如圖2所示。
圖2 煙道廢氣作為煤粉噴吹工藝流程
2.3煤氣干法布袋除塵
煤氣是在煉鐵過(guò)程中產(chǎn)生的一種含有大量熱量的二次能源，據(jù)統(tǒng)計(jì)每噸煤氣燃燒時(shí)候釋放出的熱能達(dá)到了150kg標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒所產(chǎn)生的熱量。為了減少在煉鐵過(guò)程中的能量消耗，將煤氣進(jìn)行二次利用。由于煤氣中含有大量的粉塵，提出了煤氣干法布袋除塵方案。先對(duì)煤氣進(jìn)行凈化處理，過(guò)濾掉其中的粉塵，然后將煤氣接入到熱風(fēng)爐使用。煤氣干法布袋除塵方案如圖3所示[5]。
由圖3可知，當(dāng)含有粉塵的煤氣進(jìn)入到布袋除塵器后，先和進(jìn)氣總管內(nèi)的斜隔板碰撞，氣流轉(zhuǎn)向并流入到灰斗內(nèi)，此時(shí)布袋內(nèi)的氣流擴(kuò)散、運(yùn)行速度變慢，然后在慣性力的作用下，氣流中的粉塵顆粒直接落入到布袋下放，完成對(duì)煤氣的過(guò)濾。根據(jù)驗(yàn)證采用布袋除塵方案后，煤氣中的含塵量降低到6mg/m3以下，具有較好的除塵效果。
圖3 布袋除塵方案
3. 高爐沖渣水余熱回收
在煉鐵過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量溫度在60~100℃之間的沖渣熱水，目前這些熱水一般采用池面露天降溫的方式使其自然冷卻，然后再應(yīng)用在其他地方，導(dǎo)致了大量熱能的損失。因此提出了高爐沖渣熱水二次利用的方案，減少高爐煉鐵過(guò)程中的能量損失[6]。
對(duì)高爐沖渣熱水的余熱回收包括兩個(gè)方面：在冬天可以用于市政供暖；在夏天可以和生產(chǎn)工藝用水結(jié)合，利用沖渣余熱來(lái)驅(qū)動(dòng)吸收式換熱系統(tǒng)進(jìn)行制冷，滿足焦化廠鼓冷工藝需求，充分利用了余熱，減少了蒸汽消耗。沖渣熱水余熱用于焦化制冷原理如圖4所示[7]。
圖4 沖渣熱水余熱用于焦化制冷技術(shù)方案
沖渣熱水在用于焦化制冷中時(shí)，需要注意對(duì)沖渣熱水進(jìn)行過(guò)濾，避免堵塞系統(tǒng)。同時(shí)該系統(tǒng)可以和冬季供熱系統(tǒng)相結(jié)合，形成夏季制冷、冬季供熱的全年高效利用模式。
目前該高爐煉鐵節(jié)能減排工藝已經(jīng)在包鋼投入應(yīng)用，在其運(yùn)行平穩(wěn)后對(duì)其工序能耗進(jìn)行分析，在優(yōu)化前平均工序能耗為346.63kgce/t，優(yōu)化后降低為327.56kgce/t，平均工序能耗降低了5.5%。
4. 結(jié)論
結(jié)合高爐煉鐵工藝流程，通過(guò)對(duì)全流程進(jìn)行工藝優(yōu)化，減少了在煉鐵過(guò)程中的能耗，總結(jié)了一系列的節(jié)能降耗工藝措施，為實(shí)現(xiàn)“綠色、
低能耗”冶煉奠定了基礎(chǔ)。
1. 采用高品位礦石、提高原燃料篩分均勻性、采用高品質(zhì)焦炭，能夠從源頭上提升原燃料利用率，降低在冶煉過(guò)程中的能耗；
2. 高爐沖渣熱水余熱回收技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)夏季制冷、冬季供熱的余熱利用方案，實(shí)現(xiàn)沖渣熱水余熱的高效二次利用；
3. 優(yōu)化后能夠?qū)掕F時(shí)的平均工序能耗降低5.5%，提升煉鐵的經(jīng)濟(jì)性。
