烧结工序能量平衡及节能诊断分析

1、【孑治金之家jF"烧结工序能量平衡及节能诊断分析赵 斌1,3，张志远2,冯俊小2,张玉柱S梁海鹰4（1 河北理工大学河北省现代冶金技术重点实验室，河北唐山063009 ；2 .北京科技大学机械工程学院，北京100083;3.华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室，北京102206;4.唐山钢铁股份有限公司炼铁厂，河北唐山063000）摘 要：为解决烧结工序能耗高的问题，根据能量守恒原理，对唐钢炼铁厂烧结机和环冷机进行了详细的能量平衡测试，通过对测试结果的分析，并结合生产设备及工艺特点，分析诊断了烧结工序的能源消耗状况。测试结果表明：烧结机排烟温度偏高，热损失较大，环冷机烟

2、罩内串风严重、台车底部漏风较大。 根据测试结果提出具体的改进措施。测试的原始数据为炼铁厂烧结工序的节能降耗提供重要的参考依据。关键词：烧结机；环冷机；能量平衡；节能诊断烧结是中国铁矿粉造块的主导生产工艺，是整个钢铁生产流程中重要的一环。烧结工序的物料处理量在钢铁联合企业中处于第2位1，仅次于高炉炼铁，而能源消耗也仅次于炼铁及轧钢而居第3位2，是现代钢铁制造流程中物质流、能量流流量最大的工序之一。降低烧结 工序能耗是烧结生产中的重要课题，也是降低烧结矿成本的重要途径。唐山钢铁公司炼铁厂烧结工序能耗较高，当前烧结机的烧结烟气经除尘净化后直接排放，环冷机大量冷却后的废气也直接排放，并未对其余热进行回

3、收。为不断节约能源，挖掘节能潜力，进行了本次测试，对烧结设备的热效率、能源消耗等主要技术经济指标进行比较准确 和客观地评价与分析，也为今后进一步改进烧结设备的热工操作，降低烧结工序能源消耗提供了理论依据。1能量平衡计算数据的采集为保证数据的可靠性和代表性，此次能量平衡数据采集安排在正常生产工况期间，并保证原料配比不变，设备正常连续运转，生产操作连续稳定4h后进行，每次在烧结生产运行一个完整生产周期内完成热工参数的采集，对整个烧结工序进行 2次热平衡测试，取平均值作为最后测定结果，以减小测量误差。1. 1烧结机本烧结机的有效长度为 60m，宽3m,有效烧结面积 210m2,测试期间的机时产量为

4、265t /h，料层厚度650mm ,装料温度55C。如图1所示，整个烧结系统的测试范围起于烧结 机布料，止于烧结机尾卸矿。考虑烧结矿表面积较大， 将烧结矿表面距离点火保温炉出口每隔3m分一区，在每一区中取3点作为测点。这3点位置分别为距台车左边板0. 5、1、1. 5m处。取这3点热风速度和温度平均值作为该区段风速和风温，以保证每区段所测风速和风温的可靠性。輩料图1烧结机结樹简图Fig* 1 Main structure of the sinlerine machine使用烟气分析仪测量各风箱废气成分。首先从台车下部各风箱的风箱壁热电偶插孔处插入分析仪探头，然后进行抽气测量。 插入探头后，对

5、插孔进行密封，防止插孔处吸入外界空气， 影响测量准确度。由于烧结机风箱较多，不同风箱内的废气温度、 成分不同，为使烟气成分测试数据具有代表性，分别选取机头、机身中部、机尾处的风箱进行烟气成分分析。在点火保温炉、机尾保温罩等表面处，温度分布不均。为了减小测试误差，将每个散热面划分为若干个区域，以各个区域温度的加权平均值作为该表面的散热温度。按矩形对角线将点火保温炉、机尾保温罩、台车边板相应各表面划分为4个区，结果取4个区的加权平均值3O对于烧结矿表面温度，用便携式红外测温仪测量。由于烧结机很长，先沿台车运行方向， 从点火保温炉出口开始，将烧结矿表面每隔3m分为一区，对每一区烧结矿表面，再沿台车宽

6、度方向在该区的烧结矿表面取3点作为测点，3点温度平均值作为该区烧结矿表面温度。1. 2环冷机本次测试环冷机的冷却面积为 190m2,处理量为265t/h,中心直径为24 . 5m,台车高度 为1. 5m，宽度为3m。风机共5台，采用内二外三布置，如图 2所示，其中2号和3号风 机的额定功率为 380kw，额定风量为308000m3/h，1、4和5号风机的额定功率为 900kw， 额定风量为 434000m3/ h。I弓风机2环冷机苗构向图F1& 2 Main structure of the circulaimnler环冷机台车上部的热风温度和流速的测量从环冷机的入料口开始，每隔3m取

7、1个测点，在每个测点的台车横向截面上选取3个测量位置，距台车外边板 0. 5、1、1. 5m。环冷机的转速采用秒表和米尺进行测定，在环冷机外侧选择3个测定位置，在台车上标记目标点，观察该点走过5m距离所用的时间。经过多次测量取平均值作为环冷机转速。烧结矿各截面处的温度采用便携式红外测温仪测定，为提高测定的准确度，测定过程中尽量选表面红炽状况不一样的烧结矿来测定，同时考虑到烧结矿截面内高温区和低温区互相夹杂，因此对烧结矿截面进行多点温度测量，以减少误差。2烧结工序能量平衡计算根据烧结工序能量平衡的测试目的，并依据原冶金部发布的 烧结工序热平衡测定与计算方法暂行规定中介绍的计算方法，结合本烧结工序

8、具体的生产工艺特点，进行了烧结工序能量平衡的计算。2. 1烧结机能量平衡计算通过对烧结机各项数据的测试与采集，分析各项能量的收支情况并进行能量平衡计算，计算结果如表1所示。1）收入总热量：u Q =型+血+毎+ 0 +如+缶+的 +駅 +聊=624 386. 2MJ/h(!)2)支出总热埠U：g = g'i + q i + ql + <? + 讥 十 + d* + M = S24 386.2MJ/h(2>3）烧结机热效率;1 + 讥 +3十旳1一 必十几艺?一心式中：B为烧结成品率，;3按卜式计算p =研 X 100%(4>式中：G' ch为成品矿产量，2.

9、2环冷机能量平衡计算t/h; G 1为机尾卸矿处烧结矿质量，t/ ho100% = 52* 9%通过对环冷机各项数据的测试与采集，分析各项能量的收支情况并进行能量平衡计算，计算结果如表2所示。« 2环妙机船举衡褰Table 2 Circular-cooler heat balduce符号MJ/hK特号MJ/h%Qi風机厳人空忙热敷20865.5札4QQ'i出口烧箱旷的热柚1921LS8.65SOI 142.8SO. 60Q't环捞机合车世热世1附氐760. B3<JT有1S9 0S2. 985.16Qv无敢凤撫童6392.2. 8SAQ5501.12. 48EQ

10、12t 0D&. 3100號E00比31001) 收入总热量：Ko = Q + Q* = 222 008. 3 MJ/h (5)2) 支出总热址；YG = Q 气 + Q食 + Q= + Q +如=222 008. 3 MJ/h(6)3) 环毬机的热效率；厂炭® “悬X100% = 85. 16(7)2. 3测试结果通过式 计算得烧结机的热效率为 52. 9%，从表1中可以看出，热平衡误差为0.38%, 烧结机的热量收入主要来自烧结固体燃料的化学热、化学反应放热和点火煤气的化学热，这三项之和超过了总热量的90%，是烧结的主要热源。烧结机的热支出项较多，其中最主要的是卸矿处烧结

11、矿带出的物理热，烧结烟气带走的物理热，混合料中物理水的蒸发热和碳酸盐分解所吸收的热量，占到了热量总支出的90 %以上。u治金之家 at -« 1 SS结机热平蘭衰Table 1 Sinterijug niAchlne hcul balance苻号MJ/h%MJ/h点火煤勺比学骼530B2. S8.5031 S55点比煤气物理欝朗工9CL 04F5199.9厲95>点此助燃矗傑剋鼎量1550, 03心106 922. 217, 12Kt体燃料代学憩4S4U5.3?7. 57t § +烧詰矿鞫理料201 H2.8H.21离炉返茁理縊比学热2131.70. 34228 M0

12、36. 6TL 33化学卅完全燃烧鶴描失2丽虬20川4145. 5D, GZ“T挠结旷战離化学槪夫ZB4Z0.4&化学丘炭枚持62 L 5】067q r件车间乍通厳博si虫359475, 7fi9观$1.49拧削水物理潮1 664. 2CL 27奥他杭镇曲先日目5乩Z0.眩2 39*0, 70,3S524 3B6. 21WS248M.Z100由式计算得环冷机的热效率为 85. 16%，热平衡计算误差为 2 . 48%，从表2中可以 看出，环冷机的热量收入来自于风机鼓入空气带入的热量和入口烧结矿带入的热量。热量支出主要是有效风带走的热量、 无效风带走的热量和冷烧结矿带出的热量， 这3项占

13、环冷机总 热量支出的95%以上，占绝大多数。« 2环妙軌鶴卓衡叢Table 2 Circular-cooler he；at符号鴉收人项百MJ/hHJ/h%Qi20865.5轧40出口烧箱矿的热itI9212.S8.6SQt人口烧皓才的魁燉201142.890. 60歼捞机合车1E4 匪 760. S3180052. 985- K无效凤6392.2. 88AQ5501.12. 48EQ212 OOS. 3100呑计Z2Z00B. 31003存在的问题及改进措施3. 1固体燃料消耗较高根据上述热平衡的计算可知固体燃料热量占烧结过程总热量的77. 57%，降低固体燃料消耗主要从以下2个方面

14、人手。1）采用厚料层烧结技术。厚料层烧结可以提高烧结矿的强度，改善烧结矿的质量，降低烧结矿中FeO含量并提高烧结矿的还原性能，同时还能有效地利用料层的自动蓄热功能5，降低烧结燃料的消耗量。通过改造可使料层厚度由原来的650mm增加到700mm。2）采用模糊控制系统。运用模糊控制系统实现烧结生产过程产量和质量的优先控制。由原来的以人工控制焦粉改为以BTP（Burning Though Point）为核心的二级专家控制系统可以对焦粉进行很好的控制。 当冷、热返矿槽位在80%20%范围内且稳定时，冷、热返矿按正常比例配加。若返矿异常，热返矿配比将自动进行波动，始终保持返矿总配比恒定，从而稳定焦粉用量

15、， 达到降低固体燃料消耗的目的。3. 2电耗较高电能消耗约占整个烧结工序能耗的20%以上，而绝大部分是主抽风机和鼓风机所消耗的。为降低电耗，可采取以下措施。1）减少环冷机漏风率。通过热平衡测试得出环冷机漏风率为30 . 64%，说明该环冷机漏风较严重。漏风率大导致鼓风机功率增大，电能消耗增高。因此，应对台车与首尾风箱、台车与滑道、台车与台车 之间的密封结构形式进行改造，并采用陶瓷、软密封材料等来增强密封效果。2）降低主抽风系统阻力。【孑冶金之家 料层过厚，空气通过料层的阻力就会很大，造成主抽风机负荷增大，电量消耗增加。所以 应降低主抽风机负压，可有效降低电耗，主要采取的措施有：改善料层透气性；

16、降低风箱、 大烟道和除尘器的阻力；调整烧结机的各参数，使主抽风机在高效区运转；对大电机采用变频调速技术。3. 3余热回收利用率低烧结烟气带出的热量很大，占总热量收入的36. 67%，由烧结矿带出的热量占总热量收入的32. 21%，其中大部分直接排出，没有有效利用。余热回收应遵循降低烧结机能量消 耗与减少余热生成量协同的原则进行，对于不同温度的热废气采取不同的回收方式。1) 预热烧结混合料。对于150200 C的低温热废气，可在点火炉前设置预热炉，环冷机废气由鼓风机送入预热炉内，对混合料进行预热，以提高混合料温度，降低固体燃料消耗。2) 用作点火炉助燃空气。将200300C的环冷机热废气作为助燃

17、空气与煤气一并进入点火炉，可使煤气燃烧更为 完全，提高燃烧温度，其热量得到充分利用。3) 用于余热锅炉发电。将烧结机的中温烟气(300400C )和环冷机高温段热废气(300500C )余热通过2台余热 锅炉分别进行回收，由于2部分余热源温度存在差异，烧结机热管余热锅炉产生的蒸汽(310330 C )需要进入补燃室提高蒸汽温度，使之与环冷机余热锅炉产生的蒸汽温度(400440C )相匹配，再将这2部分过热蒸汽并入母管，以主蒸汽的形式进入低温汽轮机进行发电。与此同时，环冷机余热锅炉产生的低温低压过热蒸汽以补汽的形式进入汽轮机，然后与过热蒸汽共同驱动汽轮发电机组发电，以最大限度地回收利用余热资源。

18、4结论1) 通过对唐钢炼铁厂烧结工序进行能量测试，得到了该厂烧结机和环冷机的热量收入与 支出项目的数据。2) 能量测试结果表明该烧结工序生产运行管理基本正常，但也看出该厂烧结工序存在一 些影响能耗的问题，如烧结机排烟温度高、环冷机烟罩内串风严重、台车底部漏风大等。3) 为提高烧结系统能源利用率，可以采用如下措施：强化制粒；改善点火工艺；加强漏 风处的密封；增加风量检测；对废气余热梯级利用等，其中余热回收是烧结节能的重点。 参考文献：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 胡长庆，张玉柱，张春霞.烧结过程物质流和能量流分析J.烧结球团，2007 , 32(1):16.3 胡志远，楼国锋，温治，等.烧结热过程质量和能量平衡的诊断及分析J.冶金自