降低三鋼球團工序能耗實踐

冉啟峰，許寶科，羅映明

（福建省三鋼（集團）有限責任公司，福建 三明 365000）

0 引言

福建省三鋼（集團）有限責任公司（全文簡稱“福建三鋼”）帶式焙燒機球團生產線于2019 年12 月正式投產運行，為國內首條擁有自主產權的帶式焙燒機，設計生產氧化球團礦160 萬t/a。生產初期，由于經驗不足、設備故障較多、原料不穩定等原因導致能耗偏高，2020 年球團工序能耗高達27.54 kgce/t，在全國30 家球團企業排名第11 名，距離行業先進水平有一定差距。

為了降低能耗，福建三鋼加大“對標學習，降低工序能耗”技術攻關，向同行業其他先進的企業學習[1-2]，從生產操作、技術創新和精細化管理等方面入手，采取多項技術措施以降低工序能耗，取得了明顯效果。截至2021 年底，該生產線工序能耗已降到19.88 kgce/t，2021 年度平均能耗為21.80 kgce/t，在同行業27 家企業中排名第2 名，為公司降本增效作出了貢獻。

1 球團工序能耗結構分析

表1 所示為2020 年球團生產線各項指標工序能耗情況，圖1 所示為球團工序能耗結構圖。由此可知，球團工序能耗主要由三部分構成：焦爐煤氣消耗、電耗和高爐煤氣消耗，其中焦爐煤氣消耗占比最高，達60.31%；電耗次之，為18.08%；高爐煤氣消耗占17.86%。

圖1 三鋼球團工序能耗結構圖

表1 2020 年三鋼球團各項指標工序能耗 單位：kgce/t

因此，焦爐煤氣耗量、耗電量以及高爐煤氣耗量是攻關的重點。

2 降低球團工序能耗的主要措施

2.1 降低焙燒溫度

攻關前，三鋼帶式焙燒機根據高爐外購球團礦的抗壓強度生產球團礦，其抗壓強度保持在≥2 500 N/個。但是，隨著自產球團礦替代外購球團礦，且高爐入爐比例不斷提高，由外購時的5%入爐比不斷提高到15%～20%，不僅導致球團焦爐煤氣消耗居高不下，而且使得高爐爐況不順。究其原因主要是：球團礦抗壓強度不斷提高，相對應其還原性能逐漸降低[3]，同時隨著自產球團礦高爐入爐比不斷提高，高爐還原性能變差，爐況不順。

為了滿足高爐生產，同時達到降低煤氣消耗的目的。通過不斷試驗、總結，最終得出：在自產球團礦高爐入爐比為15%～20%的情況下，球團礦抗壓強度維持在2 000～2 500 N/個，還原度保持在70%以上時，高爐運行穩定、順行。此時，焙燒溫度可以從原先的1 270 ℃逐步降至1 200 ℃左右，大大減少了焦爐煤氣消耗。

2.2 改造智能造球系統

確保造球穩定性是降低工序能耗的關鍵。生球濕返率低、粒級均勻，帶式焙燒機運行穩定，五大風機調節量小，工序能耗低；反之，生球濕返率波動大，粒級不均勻，焙燒機運行速度快進快退，五大風機調節量大，工序能耗自然高。

生產線現有4 個Ф7.5 m 造球盤，前期造球工藝主要靠人工完成，不僅工作強度大，而且造球不夠穩定，濕返率波動大，對相關數據無法實時跟蹤及調整。為了改善落后的人工造球方式，穩定生球質量和濕返率，決定對生產線進行球團智能造球系統改造。采用自動化控制的方式，依靠大數據的對比和計算，根據采集到的生球數據（粒徑、粒級、占比等）進行快速分析，快速判斷并及時調節水分，以提高生球粒徑均勻性和布料平整度[4]（見圖2）。

圖2 智能造球系統實時采集到的生球照片及其粒徑分析結果

運行智能造球系統后，生球落下強度達到6～10次/0.5 m，生球粒徑控制在8～16 mm，其中8～14 mm 粒級占比80%以上，10～12.5 mm 粒級占比55%以上，濕返率＜20%，能夠根據需求調節生球的粒度，且調節時間不超過10 min，設備故障率小于0.5%。

2.3 降低脫硫、脫硝系統耗能

脫硫、脫硝系統是球團生產重要組成部分。據估算，脫硫系統電耗占球團總電耗的16%，脫硝系統電耗占總電耗的8%（不含主抽風機），脫硫、脫硝工序能耗占球團生產總能耗的26%。因此，降低脫硫、脫硝系統的工序能耗對于降低球團生產工序能耗具有重要意義。

為了有效降低脫硫系統耗電量，嘗試對生產線脫硫主機采用低負壓運行模式，不斷降低脫硫煙道入口負壓，在不影響脫硫、脫硝效率的情況下，最終將脫硫煙道入口負壓由原有的1.5 kPa 降至1.0 kPa，實現節電。

三鋼球團生產線脫硝系統采用的是選擇性催化還原技術（SCR），其反應原理為：在催化劑的作用下，利用還原劑（NH3）有選擇性地與煙氣中的NOx反應并生成無毒、無污染的N2和H2O。影響脫硝效率的主要因素為催化劑類型及其催化溫度[5-6]。球團生產線采用錳系催化劑，其催化溫度在230～280 ℃。生產前期，由于經驗不足，為了保證脫硝效果，催化溫度一直保持在258 ℃以上，隨著生產經驗的不斷積累，在保證氨水消耗不變、氮氧化物排放符合國家標準的前提下，逐步降低催化溫度，將該溫度由原來的258 ℃降至235 ℃，減少了高爐煤氣消耗。

3 節能效果

通過采取上述攻關措施，球團工序能耗指標完成情況如表2、圖3 所示。從表2 可以看出，攻關措施取得了明顯的效果，每月工序能耗逐步降低，并保持在較低水平。將2021 年球團工序能耗控制在了21.80 kgce/t，在同行業27 家企業中排名第2 名，獲得了公司2021年重點技術攻關獎二等獎。

圖3 2020、2021 年球團工序能耗月對比柱狀圖

表2 2020、2021 年球團工序能耗指標 單位：kgce/t

通過技術攻關，2021 年三鋼共生產球團礦184.75 萬t，2020 年和2021 年球團各項指標單耗如表3 所示，2021 年球團各項指標單價如表4 所示。產生的經濟效益為[（40.02-32.56）×0.08+（30.22-21.50）×0.56+（40.52-37.42）×0.57+（0.005-0.009）×67+（28.59-29.12）×0.1+（2.72-2.72）×0.25+（0.05-0.17）×0.49]（元/t）×184.75 萬t=1 268.72 萬元。

表3 2020、2021 年球團各項指標單耗

表4 2021 年球團各項指標單價

通過技術攻關，產生的社會效益計算如下：據估算，1 kg 標準煤產生約2.5 kg CO2，2021 年實現碳減排為5.74 kgce/t×2.5 kg×184.75 萬t/1 000=2.65 萬t。

4 結論

1）通過降低焙燒溫度的攻關與實踐，使系統溫度降低了70 ℃，不僅滿足了高爐生產需求，也減少了焦爐煤氣消耗。

2）采用智能造球系統，提高了生球粒徑均勻性和布料平整度，從而提高了焙燒機運行穩定性，同時，避免了因球粒過大而增加的煤氣消耗，減少浪費。

3）創新實施脫硫主抽風機低負壓運行，進一步降低脫硝催化劑的催化溫度，減少了脫硫、脫硝系統電耗和高爐煤氣消耗。