蔡建新，季書民

（新疆八一鋼鐵股份有限公司煉鐵廠）

0 前言

歐冶爐2015年6月18日開爐至今，以低成本、低能耗方式運行，在低能耗生產方面積累了豐富的實踐經驗。歐冶爐生產采用了優(yōu)化配煤配礦，粉尾氣自循環(huán)煤制氣技術，風口噴吹煤制氣技術，實現頂煤氣干法除塵，優(yōu)化了豎爐布料技術，冷卻系統(tǒng)采用軟水密閉循環(huán)，實現全軟水冷卻，TRT 爐頂余壓發(fā)電等一系列先進節(jié)能技術。經過生產實際運行，歐冶爐一些能耗指標優(yōu)于煉鐵清潔生產工序能耗一級標準（參照），經濟、社會及環(huán)境效益顯著。筆者以歐冶爐的設計工序能耗指標為依據，與生產實踐對照，分析歐冶爐降低工序能耗的關鍵能耗指標，為歐冶爐進一步降低能耗提供參考。

1 歐冶爐設計工序能耗與實績能耗對比

歐冶爐的設計工序能耗的噸鐵耗標準煤按照《綜合能耗計算通則》（GB/T 2589—2008）折算，設計總工序能耗包括焦炭、煤、氧氣、焦爐煤氣、氮氣、壓縮空氣、蒸汽、新水、軟水、電耗?；厥枕棸W冶爐煤氣和TRT發(fā)電量。歐冶爐投入運行后，進行了一系列技術創(chuàng)新及技術改進，采用了煤制氣工藝及頂煤氣循環(huán)工藝技術。因此，實際生產的工序能耗中新增了歐冶爐煤氣消耗。

歐冶爐設計主要消耗的能源介質為煤和焦炭，設計占比分別為69.41%和24.24%，煤和焦炭設計總占比是所有設計能耗的93.65%。同樣實績生產的主要能源消耗也為煤和焦炭，實績占比分別為55.44%和34.62%，煤和焦炭實績總占比是所有實績能耗的90.06%。

表1是2019年4月-2020年5月歐冶爐能源消耗和設計能耗的對比情況。歐冶爐設計工序能耗為469 kgce/t鐵，從表1可以看出，歐冶爐實績工序能耗低于設計指標。

表1 2019年4月-2020年5月歐冶爐平均工序能耗實績與設計工序能耗對比

2 歐冶爐主要能耗分析及降耗措施

2.1 降低焦炭能耗的措施

歐冶爐實際焦炭能耗比設計指標高2 3.7 5 kgce/t鐵，歐冶爐焦比中包括了2500m3高爐排放不使用的5～25mm焦丁，使用比例為130kg/t鐵。歐冶爐消耗了大量高爐不使用的焦丁，使高爐與歐冶爐燃料互補。去除焦丁比，歐冶爐實績大焦比在145kg/t鐵。歐冶爐的設計中沒有考慮焦丁的使用，如果僅比較大焦比消耗，歐冶爐大焦比能耗比設計指標降低了99.75kgce/t鐵。

歐冶爐降低大焦比，采取了多項措施：（1）豎爐通過礦焦混入的方式改善煤氣流分布，獲得合理的還原煤氣流，提高礦石的金屬化率，氣化爐生產的煤氣進入豎爐爐料被充分反應還原，爐料進入氣化爐只需要加熱熔化即可，豎爐爐料混入焦丁后，煤氣分布的趨于合理，煤氣利用率提高，豎爐金屬化率提高，增加煤氣與爐料充分接觸，提高煤氣利用效果，因此，豎爐配加小焦對降低大焦產生重要影響。（2）拱頂噴煤技術，作為歐冶爐降低能耗及焦比的獨創(chuàng)技術，拱頂噴煤系統(tǒng)投入后，噴煤量穩(wěn)定達到150kg/thm，還原煤氣在氣化爐拱頂得到了量與質的變化，煤氣成分中CO2明顯改善，由約14%下降到6%～9%以下；豎爐金屬化率大幅上升，平均值由1 9.8%上升至38.1%；大焦比下降30kg/thm。 通過圖1 、圖2 可以看出，歐冶爐拱頂噴煤技術實施后對于豎爐金屬化率提高和焦比的降低效果顯著。（ 3）穩(wěn)定氣化爐的料位，出鐵前 25料 位穩(wěn)定在 50%以下，出鐵后24料位不小于80%。不允許低料位或長期滿料位。（4）穩(wěn)定豎爐料位，雷達料位控制在19～20.5 m，不允許低料位。

圖1 歐 冶爐拱頂噴煤與金屬化率的關系

圖2 歐 冶爐拱頂噴煤與焦比的關系

2.2 降低煤（焦沫）能耗的措施

由表1可知，煤（焦沫）消耗遠遠低于設計指標。降低煤（焦沫）耗采取的措施：（1）提高工廠壓力，穩(wěn)定在310kPa，降低煤氣流速，使煤氣還原更加充分；（2）焦沫使用2500m3高爐外排焦沫，5～10mm的粒度組成占比在60%；（3）提高沫煤粒度5～10mm的占比，保持在50%以上；（4）要求焦沫的水分小于5%，沫煤的水分小于8%，沫煤的揮發(fā)分＞35%，提高煤氣發(fā)生量。具體成分見表2。

表2 沫煤焦沫成分表

2.3 自用煤氣消耗

焦爐煤氣消耗實績與設計基本持平。

歐冶爐煤氣消耗：歐冶爐開發(fā)并采用了拱頂煤制氣及頂煤氣循環(huán)風口噴吹煤氣技術，煤制氣所需的煤粉需要烘干后噴至氣化爐拱頂，故在烘干煤粉的工藝過程中使用了煙氣爐技術，消耗了20Nm3/t鐵的歐冶爐煤氣。由于歐冶爐采用全氧冶煉，未涉及熱風爐，烘干煤粉所使用的煙氣采用煤制氣的煙氣爐煙氣自循環(huán)技術，實現節(jié)能環(huán)保。

頂煤氣循環(huán)風口噴吹煤氣技術消耗40Nm3/t鐵的煤氣。頂煤氣循環(huán)風口噴吹煤氣利于氣化爐風口理論燃燒溫度的降低，抑制[Si]的還原，穩(wěn)定了氣化爐爐況，降低了燃料消耗。

2.4 電消耗

電消耗設計114kWh/t，實際105kWh/t。原設計中未設計頂煤氣循環(huán)風口噴吹煤氣壓縮機的6kWh/t的電耗，因此實績電耗低于設計電耗。

采取的降低電耗的措施：（1）優(yōu)化原料皮帶上料能力，調整相應給料速度，減少上料時間，各電振給料器振幅進行調整， M進倉線5#， 6#電振流量小于280t/h，J系列流量小于300t/h,對各品種物料上料時間進行了調整和優(yōu)化；（2）優(yōu)化焦沫、沫煤、蘭炭沫的槽位控制、調整為8～17m，提高單次上料量，減少上料次數；（3）優(yōu)化除塵布袋的脈沖頻次，降為30min。（4）根據負荷情況調節(jié)無功補償，使功率因數符合0.93的要求。

2.5 氧氣消耗

氧氣消耗設計593Nm3/t，實績500Nm3/t，降低燃料比是氧氣消耗低的直接原因。

2.6 氮氣消耗

氮氣消耗設計330Nm3/t，實績418Nm3/t。初設中沒有采用拱頂煤制氣耗氮技術，實際生產中采用全氮噴吹，同時煤制氣技術保證系統(tǒng)氧含量小于8%的安全噴吹及制粉，需要向煤制氣系統(tǒng)充氮安保，實際生產中噸鐵氮耗在150 Nm3/t。

2.7 回收項中煤氣回收

低燃料比的使煤氣發(fā)生量遠遠小于設計值。符合低能耗低副產品產出的客觀規(guī)律。

3 進一步降低歐冶爐工序能耗的措施

在歐冶爐的生產過程中原燃料的工序能耗約占總工序能耗90%，提高歐冶爐的成本競爭力、持續(xù)降低工序能耗的關鍵是維持爐況順行。

3.1 不斷優(yōu)化配礦結構

歐冶爐爐況順行的條件之一是在兼顧經濟性的同時維持爐況順行，尤其是豎爐爐況順行尤為重要。根據八鋼煉鐵廠現有的配礦資源條件，使用酸性球團礦搭配高堿度燒結礦，根據礦石的冶煉性價比及經濟性，得出適合歐冶爐還原爐爐料結構的最佳配礦結構：熟料 ∶生礦=97∶3，其中燒結礦占比40%，球團礦占比57%。

提高球團礦抗壓強度，努力改善球團礦冶金性能，降低還原膨脹性，使抗壓強度大于2000N。穩(wěn)定燒結礦成分，降低低溫還原粉化，燒結礦堿度穩(wěn)定在R=2.4倍、MgO為2.4%、轉鼓＞80%。爐料結構為燒結礦、球團礦、塊礦等按一定比例進行搭配，合理的爐料結構不僅是精料技術的重要內容，同時也是改善燃料消耗降低能耗的重要內容。

3.2 采用低焦比運行結構及燃料粒級管理

歐冶爐燃料主要使用焦炭+沫煤(焦沫)+噴吹煙煤的生產工藝，為了提高煤氣發(fā)生量，因煤的揮發(fā)分較焦炭高，同時為了降低成本，在保證粒煤和與焦炭置換比的條件下，要確保使用足夠的沫煤和焦沫。歐冶爐從燃料結構、粒度組成、焦炭質量上還有很大的優(yōu)化提升空間。通過篩分提高入爐的沫煤及焦沫的粒級，氣化爐配加大于5mm的沫煤和焦沫，替代了部分焦炭使用量，達到降低大焦比的目的，同時減少小顆粒煤粉進入煤氣后被除塵清洗后的消耗，即提高了煤氣質量和降低了除塵負荷，對于降低煤耗意義重大。

3.3 優(yōu)化生產工藝操作提高作業(yè)率

精細化操作使氣化爐，豎爐工況穩(wěn)定順行，調整合理的豎爐煤氣流的分布，獲得高的金屬化率，適宜的豎爐頂煤氣單耗取得適宜的金屬化率?？刂坪线m的熱制度和造渣制度。煤氣系統(tǒng)穩(wěn)定運行，包括干法除塵穩(wěn)定運行及粉塵線穩(wěn)定運行、加壓機穩(wěn)定運行、煤氣工藝洗滌水穩(wěn)定運行及減少設備故障，歐冶爐的作業(yè)率要達到92%以上。

3.4 歐冶爐頂煤氣脫除CO 2進一步降低工序能耗

采用歐冶爐頂煤氣脫除CO2技術，不僅可以回收利用豎爐的剩余化學熱，而且可以解決氣化爐發(fā)生煤氣物理熱浪費的問題。圖3中標注的脫除CO2工藝為歐冶爐頂煤氣脫除CO2示意圖。采用歐冶爐頂煤氣脫除CO2技術，氣化爐的高溫還原煤氣與脫除CO2后的常溫循環(huán)煤氣相兌混合，使得氣化爐發(fā)生煤氣下降到約850℃，然后進人豎爐流化床。這樣氣化爐發(fā)生煤氣所有的物理熱可以全部進人到還原煤氣中，從而避免了原工藝流程冷煤氣及加壓機回兌200℃的物理熱損失。并且，頂煤氣經醇胺法去除的煤氣中CO2達到1%以下，而氣化爐出口煤氣為防止析碳，其CO2含量要求不小于5%，顯然相兌后的混合煤氣還原勢將比原先單獨使用氣化爐發(fā)生煤氣高，這有利于提高預豎爐爐料的金屬化率。

采取歐冶爐頂煤氣脫除CO2技術，煤氣得到綜合利用，制取還原氣替代冷煤氣，可進一步發(fā)揮歐冶爐頂煤氣的潛力，實現煤氣的高效循環(huán)利用。將煤氣凈化后的還原氣替代冷煤氣，增加高品質的還原煤氣量可以進一步降低燃料消耗，降低噸鐵成本，實現歐冶爐還原煤氣綜合利用。基于歐冶爐頂煤氣的特點，脫除歐冶爐煤氣中的CO2獲得優(yōu)質還原氣，脫除CO2后，工藝生產的還原氣品質CO達到65.9%，CO2含量在1%以下，替代歐冶爐冷煤氣及減少加壓機的開機，預計將顯著降低燃料比及電耗。

圖3 噴煤工藝與頂煤氣脫除CO 2示意圖

3.5 采用氧氣風口噴煤技術

采用氧氣風口噴煤技術，通過歐冶爐氧氣風口向熔融氣化爐進行噴吹煤粉操作，類似于高爐風口噴煤技術，是歐冶爐工藝的又一項創(chuàng)新。圖3中的噴煤工藝為氧氣風口噴煤技術。采用氧氣風口噴煤技術，可以降低理論燃燒溫度，這不僅降低鐵水[Si]含量和渣鐵溫度，降低燃料消耗，還可以減少由于受到過高的回旋區(qū)輻射熱沖擊而產生風口損壞的危險。由于氧氣風口噴煤，在3000℃以上的回旋區(qū)內，煤可以充分分解和燃燒，有效減少氣化爐發(fā)生煤氣中的碳氫化合物含量。經計算，氣化爐出口煤氣中CH4含量下降1%，將減少10kg／thm的煤耗。氣化爐上部粒煤（焦沫）裝入量的減少減輕了上部粒煤分解的熱量負擔，則氧氣燒嘴(主要是控制頂溫并為上部塊煤分解造氣提供一部分能量)的供氧量將減少，從而有助于增加氣化爐出口煤氣的還原勢，在相同熔煉率條件下，增加預還原礦的金屬化率，從而降低終還原的燃料消耗。風口噴煤技術的另一個優(yōu)勢是噴吹高揮發(fā)分煙煤，煤氣量較大。氣化爐的氧氣風口噴吹煤粉，用以提高熔融還原段和氣流段發(fā)生煤粉的氣化反應，有利于煤粉對熔融段還原段內礦石與焦炭的還原反應的進行，確保噴吹煤粉的制氣效果，優(yōu)化歐冶爐的操作降低燃料比，進而降低生鐵成本及工序能耗。

3.6 采用歐冶爐煤氣余熱回收技術

圖3為歐冶爐發(fā)生煤氣流向圖，整個流向中的能量損失主要集中在兩次洗滌冷卻過程（A點和B點）造成的物理熱損失。第一次（A點處）為循環(huán)煤氣和過剩煤氣經洗滌冷卻后由850℃降至45℃；第二次（B點處）為爐頂煤氣洗滌冷卻溫度由240℃降至45℃。由這兩部分因煤氣洗滌冷卻造成的大量物理熱損失,是歐冶爐工序能耗過高的主要原因。脫除CO2之前采用歐冶爐煤氣余熱回收技術，不僅可以回收利用豎爐的剩余化學熱，而且可以解決氣化爐發(fā)生煤氣物理熱浪費的問題，降低歐冶爐工序能耗

4 結語

歐冶爐低工序能耗的實踐表明：歐冶爐的低能耗經濟運行必須從精料做起，通過不斷技術創(chuàng)新，降低能耗的空間及潛力巨大。

八鋼歐冶爐煉鐵工序實績工序能耗低于設計能耗，通過技術升級，進一步降低燃料比、提高煤氣利用率、提高產量。在保證歐冶爐穩(wěn)定運行的基礎上，歐冶爐完全可以保持工序低能耗運行，達到或優(yōu)于煉鐵工序能耗清潔生產一級標準（HJ/T427-2008）≤385kgce/t鐵的指標。