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降低烧结工序能耗生产实践(修改的格式)


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第一章





天铁集团第一炼铁厂现有 132m2 烧结机、136m2 烧结机各一台,具备年产 500 万吨烧 结矿的生产能力。烧结工序能耗在整个冶金行业占有较大比例,约为 15%左右,随着冶金 行业原燃料成本的不断上升和企业环保意识的增强,节能降耗越

来越成为降低成本和提 高企业竞争力的主要手段,降低烧结工序能耗在烧结生产实践中的意义重大。 根据能源结构状况分析, 在工序能耗中, 固体燃耗占 67%, 流体能源介质消耗占 33%; 在其他流体介质中,电耗占 22%,煤气占 6.5%,蒸汽占 4%。我厂流体能源消耗所占比例, 与先进企业 20%相比,有 13%的差距,因此,在减少燃料消耗的同时,降低电、煤气、蒸 汽消耗的生产实践,对降低整个烧结工序能耗指标显得更为重要。

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第二章

降低工序能耗的方法与实践

烧结工序能耗是指从原燃料的制备到成品烧结矿进入炼铁工序为止的各生产环节、 辅助生产系统、以及直接为生产服务的附属系统所消耗的各种能源。烧结工序能耗覆盖 面较广,因此要综合分析,采取多种措施从不同的角度来的降低烧结工序的能耗。

2.1 原燃料的管理措施

原燃料的管理工作主要包括原燃料的入场管理和混合料的制备等方面,是烧结生产 的头道工序,烧结生产是为高炉冶炼提供具有良好冶金性能的烧结矿,使高炉技术经济 指标改善,烧结矿的质量在很大程度上决定生产指标的好坏,对后续烧结的生产有很大 的影响。

2.1.1 原燃料入场管理
按标准入场,按计划用料。进入场区的原燃料必须有化学成分,不同种类的原燃料 不能混卸和混存。场地中的原料在使用时,首先要进入综合料场混匀,然后再进入下一 道工序。这样可以保证混匀料的成分稳定,减少成分的波动。我厂综合混匀料场的建设 和使用,能在很大程度上缓解了产能的增加给原料的存储供给带来的压力,实现对大量 原料的进厂、中和、混匀、储存,提高了原料成分的稳定性,有助于降低燃耗和高产。

2.1.2 原料结构的调整和优化
原料结构的合理布局是获得优质、低耗烧结矿的关键,针对近年来进口富矿用量递 增、矿种繁多、物化性能差异大的特点,配料过程中更加注重品位和碱度的控制,合理 调配资源,严格把关粗粒级、细粒级原料的科学搭配,充分发挥磁铁矿精矿和赤铁矿富 矿的互补作用,以改善混合料的透气性。 从源头把关,严格配料工序的精细化作业,严格标准化操作程序,为系统节能准备 必要的原料前提。为此,我们在配料工作中遵循四条原则:一是在低成本前提下,尽量 多用磁铁矿精矿。由于其氧化放热,同时又可降低低温还原粉化率,因此在不影响烧结 料层透气性的情况下,可适当增大配比。二是软熔点高、烧损大的赤铁矿富矿粉要控制 使用量,尤其在烧结矿碱度较高的情况下,防止因大颗粒富矿烧不熔或烧结矿收缩率过 大而影响烧结矿强度,使返矿率升高。三是在仓位条件允许的情况下,尽量增加含铁原 料的品种,以达到在化学成分方面补优消缺、改善冶金性能和降低软熔点的作用。四是 在保证烧结矿规格的前提下,兼顾混合料粒度组成。
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2.2 提高燃料破碎粒度

燃料粒度的好坏是决定燃耗降低的重要因素,燃料粒度过大,一方面使燃烧表面积 减小,燃烧速度降低;另一方面,料层透气性改善,风速增大,热量很快被带走,使燃 烧层温度降低。反之,粒度过小,使燃烧速度过快,既达不到必需的烧结温度和必要的 高温持续时间,又很容易被抽走,造成燃料的浪费。不仅直接影响烧结过程的进行,影 响到烧结矿质量,而且造成燃耗增加。由于我厂破碎加工焦粉,虽然产量满足了烧结生 产的需求,但粒度不能满足生产要求,小于 3mm 部分只有 50%左右,为了达到节能降耗的 目的,我厂对焦粉进行二次破碎,而且定期切削辊皮,使焦粉粒度合格率达到 70%左右, 虽然尚且达不到技术要求,但已基本能够满足烧结生产需要。同时着手对现有设备进行 技术改造,定期调整辊皮间隙,严格工艺操作,使煤粉破碎合格率达到 90%以上,为燃耗 的降低创造了有利的条件。

2.3 改善混合料粒度

混合料粒度是反映混合造球效果的一项指标,混合料粒度的大小直接影响到垂直烧 结速度、燃料的消耗和烧结过程的进行,理论上烧结生产最适合的混合料粒度组成(见 表 2-1) 。 表 2-1 混合料粒级 范围(%) >8 ㎜ <10 烧结生产最适合的混合料粒度组成 8—5 ㎜ <30 5—3 ㎜ 40—50 <3 ㎜ <15

为了得到适宜的混合料粒度,在二烧两段混合的基础上,新建了 8×φ 6m 圆盘造球 机,三烧则增建 1 台φ 3.8×18m 的圆筒制粒机,变二段混合为三段混合的方式,以延长 混匀制粒时间,提高混合料的粒度组成,使燃料在烧结料层中分布均匀,为实现厚料层 烧结提供良好的条件,发挥烧结过程中的自动蓄热功效,从而降低固体燃耗,在实际工 作中起到了不可估量的作用。

2.4 厚料层烧结的实际运用

厚料层烧结是降低燃料消耗的主要途径,根据经验,料层厚度每增加 100mm,燃料消 耗下降 10kg/t 左右,但是,在生产过程中,由于炼铁槽存紧张,为了保证炼铁在正常生 产中有足够量的烧结矿槽存,不得已采用了降低烧结料层、大火大碳的操作方法。这种 操作方法,虽然产量有所增加,但增高了燃料消耗,降低了烧结矿强度,使返矿量增加, 同时,由于烧结速度过快,燃料燃烧不完全,在进入环冷机冷却时,由于受抽风或鼓风
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影响,造成烧结矿在环冷机上二次燃烧,冷却效果不好,烧结矿温度高,烧坏成品皮带。 综上所述为了节能降耗,坚持厚料层操作,发挥厚料层在烧结过程中的“自动蓄热 作用” ,节约燃料的消耗,在以上措施实施的前提下,对两个烧结车间的料层厚度给予严 格、具体规定,二烧料层由 630mm 提高到 700mm,三烧料层由 540mm 提高到 600mm,并做 到铺平烧透,严格控制烧结终点,并由技术科进行不定期监督和抽查,以确保烧结料层 厚度达到规定要求,降低燃料消耗。通过厚料层烧结,烧结矿出矿率由 81%提高到 89%; 烧结返矿率由 12.5%降低到 8.2%,减少了返矿在烧结过程中的恶性循环,降低了燃料消 耗, 使固体燃耗由 58.34kg/t 降低到 53.23kg/t,厚料层烧结实施前后数据统计见表 2-2。 表 2-2 指标 料层厚度(mm) 实施前 实施后 固体燃耗(kg/t) 实施前 实施后 出矿率(%) 返矿率(%) 实施前 实施后 实施前 实施后 烧结机料层厚度和固体燃耗统计 车间 二烧 630 700 57.25 52.83 83.32 90.69 11.15 7.24 三烧 540 600 58.43 52.24 80.43 90.57 12.35 8.23 平均 585 650 57.84 52.53 81.37 90.63 11.75 7.73

由表 2-2 看出,烧结料层厚度比采取措施前增加 65mm,固体燃耗比采取措施前降低 5.31kg/t,出矿率提高了 8 个百分点,返矿率降低了 4.0 个百分点。实现了资源、能源 利用率的大幅提高, 而且实现了返矿平衡使用使烧结生产有效的达到了节能降耗的目的。

2.5 有效的控制热返矿温度

热返矿温度过高使水的表面张力和粘性变小,靠水分子形成的小球不易形成团粒、 以及已形成的小球因球核温度较高,内部水分蒸发而裂碎,裂破后的小球粉末量增加。 为了把返矿温度控制在烧结混合造球适宜温度,在返矿出料口、混合料皮带上安装 了 3 个雾化水降温管来控制热返矿温度(图 2-1) ,通过调节 1-3 雾化水阀门可准确控制 温度。
加水管 热返 矿槽

混一皮带机 4

一次混合机

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图 2-1

加水管安装位置示意图

降温措施实施后,热返矿温度平均为 65℃,混合料温度降低 3℃,混合料<3mm 粒级 为 15.4%,各项指标统计结果见表 2-3。 表 2-3 指标 温 降温前 降温后 80 65 降低热返矿温度前后对烧结过程的影响调查表(各参数取平均值) 度 料 65 58 温 料 55 52 温 料 48 45 温 <3mm 粒 <3mm 粒 <3mm 粒 料配 比 级(%) 级(%) 级(%) (%) 40 41 30.6 29.8 38.3 15.4 4.97 4.1 热返矿 一 混 前 一 混 后 制 粒 后 一 混 前 一 混 后 制 粒 后 烧 结 燃 (℃) (℃) (℃) (℃)

采用热返矿降温措施的生产在实际应用取得了明显的效果, 混合料<3mm 粒级大幅减 少,显著减小了热返矿对造球效果的负面影响,同时针对混合料料温偏低,通过在二次 混合机内通加蒸汽,弥补制粒过程中的热量损失,可进一步提高料温,降低过湿层,减少 燃料消耗。

2.6 提高混合料温度

预热混合料是降低固体燃耗最简单最有效的方法之一。采用生石灰预热和余热蒸汽 预热相结合的方法,加入生石灰还可以起到强化制粒的作用。二混通余热蒸汽使混合料 温度进一步提高,目前已达到 70℃,有效地减少了料层下部的过湿现象,提高了料层透 气性和烧结机利用系数,并降低了固体燃料消耗。经验数据表明,料温提高 10℃,燃料 降低 2-3%;我厂围绕着混合料温度的提高,采取了以下措施: (1)采取混合料蒸汽预热 系统,通过射流蒸汽,在二次混合机和泥辊小矿槽分段预热,将混合料温度提高至 65℃ 以上。 (2)三烧车间由于本身工艺未安装热筛,没有热返矿对混合料的预热,料温低, 安装了蒸汽预热系统,料温明显改善。预热回收系统的小矿槽预热,蒸汽的热利用率 95% 以上。

2.7 加强操作,减少返矿量

返矿是烧结过程中没有烧透和烧结矿局部强度不够的产品,具有疏松多孔结构,在 制粒过程中起到成球核心的作用,有利于改善混合料的粒度组成,提高料层透气性。但 返矿量超出一定限度时,一方面料层透气性过好,致使烧结过程达不到所需要的温度, 造成液相生成量少,烧结矿强度变差,成品率下降,产量降低,燃耗增加;另一方面, 过多的返矿循环烧结势必造成大量能源浪费。
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为了达到“返矿平衡”操作的目的,我们进行了以下几种优化方式: (1)定期对回收槽下返矿进行抽查,返矿中大于 5mm 粒级超过 25%时。对相关部门 进行考核,并定期更换高炉槽下振动筛筛板。 (2)减少台车边缘效应。布料时在台车两侧多布一些,同时改变台车挡板内壁平滑 的形状,增加风道阻力从而达到减少边缘效应的目的。 (3)控制适宜的水分和燃料配比,稳定烧结机速度,做到精心布料、稳定水碳、低 温厚料、烧透烧好,严格执行烧结终点控制制度,达到减少返矿的目的。 (4)优化烧结矿的冷却制度,提高烧结矿的冷强度,改善粒度组成,降低返矿率。 (5)改进压料方式。提高料层的同时,改圆钢平料杆为配重皮带拖料,以减轻压料, 同时为改善表层烧结矿质量,通过延长保温段,避免外界冷空气直接抽入烧结矿层,促 使表层烧结矿充分结晶,从而使返矿量减少。

2.8 降低能源介质的消耗 2.8.1 降低煤气消耗
1.烧结点火器采用节能型点火器,可实现与传统点火器降低 40%以上的煤气消耗。 我厂在二烧、 三烧应用多缝式点火器, 点火器属于节能型点火器, 吨矿煤气消耗在 5.6m3, 烧结矿表面点火效果和点火器寿命都有改进。 2.随着焦炉煤气质量的不断升高,烧结工序严格控制点火操作,推行了“低负压、 低温” 操作方式, 点火温度由过去的 1150±50℃, 降低到 1100℃以下, 三烧达到了 1000℃ 以下,提高了对煤气的有效利用。 3.根据生产情况,通过关闭两侧烧嘴以及强化烧结机停机及时关小煤气阀门的管理 措施,使煤气的消耗得到了很好的控制。

2.8.2 降低电能消耗
1.积极推行变频调速装置和节电器的普及应用。对配料圆盘调速电机、烧结机传动 电机等部位安装了变频装置。二烧助燃风机安装了节电器,可以节电 30%以上。 2.结合生产需求,合理调配电能,减少大马拉小车现象。 3.在保持抽风机整体结构不变的前提下,增加转子叶片,增大风机转子直径,提高 抽风负压 2000Pa 以上,进一步提高料层和垂直烧结速度。 4.在生产过程中如果遇到突发事故或计划检修的时侯需长时间停机,应及时停抽风 机;当正常生产时,台车布料 1/3 时,再启动风机既能满足生产要求,也能节省大量电 能。

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第三章

发展循环再利用提高节能降耗

3.1 低温余热系统的回收利用

烧结低温余能回收利用技术是对烧 结 矿 在 冷 却 过 程 中 产 生 的 废 热 加 以 回 收 利 用 。 在 正常生产时,从烧结机尾部风箱排出的废气温度达 300℃以上,所含热量占整个 烧结矿热能消耗的 23%一 28%, 充分利用这部分热量不仅可以有效避免二次能源的浪费而 且会使烧结工序能耗明显降低。从二烧余热锅炉运行近几年来的情况看生产状况良好。 蒸汽温度为 260℃。过热蒸汽压力为 0.7Mpa,产汽量为 5t/h。软化水消耗量为 5.8t/h, 耗电量为 15kWh。 多次抽查和现场实测数据均表明运行情况稳定, 产汽量和产汽品质达到 或超过了设计要求。详细数据请看表 3-1 表 3-1 项 目 余能回收前 余能回收后 48 60 余热锅运行前后各生产指标变化情况 工序能耗,kgce/t 65 63.5 660 676 53.6 52.14 混合料料温,℃ 料层厚度, mm 固体燃耗,kg/t

经济效益计算: (1)年回收余热蒸汽创造的效益:按余热锅炉产汽量 5t/h,作业率 95%计算,锅炉年 运行:365×95%=346 天,年产蒸汽为 2×346×24×5=8.32 万 t,一吨蒸汽效益 50 元, 则可直接创造效益:50×8.32=416 万元。 (2)烧结增产节煤效益:采用蒸汽预热混合料新技术后, 混合料温度每提高 10-15℃, 料层透气性就有显著改善,产量共计提高 3 万吨,固体燃料消耗可降低 1.5kg/t。 (3)增产效益: (吨矿增产效益 80 元) 3×80=240 万元。 (4)节煤效益: (白煤价格按每吨 480 元计算,年产烧结矿 500 万吨)得: 500×1.5/1000×480=360 万元。 (5)软化水消耗增加成本费用: (软化水一小时消耗 5.8t/h,按价格 6 元/t,计算) 2×5.8×24×365×95%×6=57.92 万元。 (6)电耗费用(按耗电量 15kw/h 计算): 2×15×24×365×95%×0.52=12.98 万元。 算得总效益为:240+360-57.92-12.98=529.1 万元。 (7)设备年折旧费用
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此项目设备总投资为 257.78 万元,系统寿命按 6 年计算,则折旧比例为 16.67%, 年折旧费为:2×257.78×16.67%=85.94 万元。 总效益=416+529.1-85.94=859.16 万元。

3.2 废物资源的综合利用

废物资源包括烧结本工序产生的和其他工序产生的。烧结工序产生的废弃物包括一 次返矿、除尘灰、生产区域杂料、废气显热、废水等,其他工序产生的废弃物包括钢泥、 钢灰、瓦斯灰、炼铁沟下返矿等。烧结工序对待废物资源本着减少废弃物产生和高效、 合理利用的原则,针对其发生量和物化性能采取了针对性的回收利用手段。 1.瓦斯灰是焦粉和矿粉的混合物,为利用好瓦斯灰,直接将其送入二次配料矿槽, 单独参与配料并严格控制其配比在 3%以下,适当降低燃料配比和增加高铁料配比,每年 回收瓦斯灰 8 万吨以上。 2.钢灰属于低品位熔剂,含钙约为 30%,但其粒度细、流动性极好且极易扬尘,回收 难度大。生产过程中,先将二次返矿喷加雾化水,钢灰小流量与具有一定的湿容性的返 矿完成预配料,钢灰黏附在返矿表面参与二次配料,同时微量降低熔剂配比,确保烧结 矿碱度,目前月回收钢灰 2000 多吨。 3.由于钢泥铁品位 45%, 相当于低品位精矿, 回收利用价值高, 其含水量大、 粒度细、 粘性大,回收难度极大,造成公司大量钢泥堆贮在石矿料场。在广泛调查研究的基础上, 经过试验, 我厂自主开发了钢泥综合回收系统。 将生产线上产生的浓度 30%的钢泥通过泵 站、管道直接送入混合机和造球盘,利用其良好的粘结性强化制粒造球,进一步提高成 球率,改善料层透气性;将石矿钢泥筛分后倒运到烧结料场,钢泥与粒度组成好、粘结 性差的富粉混合后参与配料,2013 年钢泥用量达到了 13 万吨,经济效益十分可观。使用 钢泥前后烧结各项指标、技术参数的变化详见表 3-2。 表 3-2 项目 使用前 使用后 混合料粒度(%) >3mm 68.75 74.38 3-1mm 14.36 13.25 <1mm 16.89 12.37 使用钢泥前后烧结各项指标、参数对比表 混合料水分% 7.1 7.0 平均料层 mm 490 505 转鼓指数% 71.82 72.27

从表 3-2 可看出,采用新的钢泥配加工艺技术,烧结混合料粒度组成、料层透气性 得到改善,料层厚度进一步提高,烧结矿转鼓强度得以提高。通过钢泥回收利用技术的 应用,烧结生产将可实现炼钢厂 3×40t 转炉钢泥的全回收利用,年可回收钢泥(干基) 2.19 万吨,烧结混匀制粒年可节约新水 5.11 万吨。

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第四章

结束语

烧结生产不仅关系到烧结工序节能降耗,同时精料水平的现状密切关系到整个烧结 区系统的总能耗降低,对钢铁企业的发展起到关键的作用。天铁集团第一炼铁厂烧结区 通过采用新工艺技术、进行设备的升级该造、不断加强技术创新和管理创新,充分实现 了烧结生产的高产、低耗的目标。天铁烧结技术经过近几年的快速发展,已经将循环经 济模式的工业化生产水平赋予到实践中去,不仅通过调整优化原有工艺使工序能耗大幅 降低,而且在综合利用各工序副产品的新形势下,采取各种针对性措施,摸索实践出一 整套切实可行的配加工艺,拓宽了可持续发展的路子,取得了可观的经济效益,2013 年 上半年工序能耗达到 54.75kg 标煤/吨,与前期相比降低了 3.49kg 标煤/吨。今后,天铁 烧结将继续沿着这一发展方向,以资源的高效利用和循环经济为核心,坚持“减量、再 用、循环”的发展原则,进一步推进企业清洁化生产水平的提高,为天铁实现“资源节 约型、环境友好型”企业的转变发挥重要作用。

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参考文献

[1] 唐贤容,烧结理论与工艺,长沙:中南工业大学出版社,1996 年。 [2]姜涛,朱德庆,烧结球团学:长沙,中南工业大学出版社,1996 年。 [3] 杨世农,梁迪超,铁矿石烧结生产节能技术,中国金属学会, 1991 年。 [4] 臧 跃,重钢 240m 烧结机降低固体燃耗的实践, 2005 年。 [5] 张军红,烧结过程降低固体燃耗途径的探讨 2002 年。 [6] 罗吉敖,炼铁学,重庆:冶金工业出版社,1994 年。
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致谢

感谢天津理工大学的领导和老师给我这样一个难得的学习平台, 给我在将来的工作 生活当中涂上了精彩的一笔。在学习中,老师严谨的治学态度、渊博的知识、敏锐的学术 思维、精益求精的工作态度以及侮人不倦的师者风范是我终生学习的楷模。在本次毕业 设计过程中,特别感谢我的指导老师赵一功老师,他对我的论文无论是在选题、构思还 是资料的收集方面;还是在论文的研究方法以及成文定稿方面,都提出了很多宝贵的建 议和意见,帮助我开拓研究思路,使得我能够克服种种困难,顺利完成此次论文的撰写, 在此表示衷心的感谢。 在以后的学习和工作中,我们要把学到的知识应用到实际工作中去,努力提高自己 的业务水平,为企业的发展贡献自己的力量,以回报天津理工大学对我们的培养和教育。

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