随着铁矿石和焦炭价格的飙升,炼铁原燃料消耗所占炼铁制造成本的比例大幅度增长,高炉热风温度和喷煤工序的降耗作用愈加突显。热风温度和喷煤不再是工艺技术的“细节”问题,已转化成为提升钢铁企业核心竞争力的“主角”。
炼铁系统直接消耗的能源占钢铁生产总耗能的70%以上,一直被视为钢铁企业节能的重点。由于近年来原燃料大幅度涨价,炼铁生产已经进入了高成本时代。然而,炼铁工作者一直致力于高炉节能减排和环境友好,采用先进的高风温和富氧喷煤技术已成为许多钢铁厂的首选。很多新建的高炉采用了设计风温为1250℃的高温热风炉。
目前,我国采用了一批先进的热风炉,风温虽有较大提高,但仍比国际先进水平低80℃~100℃,且高炉煤气放散率仍近10%。这不仅浪费了大量的二次能源,而且严重污染了大气环境。随着矿粉和焦炭价格的飙升,炼铁系统遇到了前所未有的“挑战与机遇”———在炼铁制造成本快速增长的今天,必须加速技术改造和各种新技术的研究与应用,进一步利用高炉煤气、提高风温和喷煤质量、促进富氧喷煤,以达到降低成本和增加经济效益的目的。
以煤代焦经济效益显著
高炉喷煤是炼铁系统结构优化的中心环节,是国内外炼铁技术发展的大趋势,也是我国钢铁工业技术发展的重点之一。高炉喷吹煤粉置换焦炭是国内外炼铁节能降耗的重要技术措施,同时,煤粉置换焦炭可减少焦炭用量,从而减轻炼焦过程对环境的污染,还可以缓解炼焦煤紧缺的状况。对高炉炼铁来讲,因煤焦差价较明显,煤粉置换焦炭可以降低生铁成本,改善炼铁技术经济指标,进而提高炼铁生产的经济效益,最终达到提高企业核心竞争力的目的。
富氧是弥补喷煤后风口前理论燃烧温度降低的有效措施。富氧在增加鼓风中的氧浓度和提高炉缸温度的同时,可加快氧向煤粉表面的传递速度,促进煤粉燃烧,提高煤粉燃烧率。
科学研究和生产实践表明,限制喷煤量进一步提高的因素有四点:煤粉在风口前的燃烧率、喷煤后必要的炉缸热状态、煤气流运动阻力和提高置换比。提高喷煤比的技术措施包括:减少渣量、提高风温、富氧、脱湿鼓风、贯彻精料方针、优化喷煤煤种、采用助燃剂、均匀煤枪分布、进行混合喷吹等。我国目前已经掌握了先进的喷煤技术,从喷煤设计、设备制造到安装投产均可实现国产化。
实践证明,使用质量好的煤粉是提高喷煤比、稳定炼铁生产的良好途径。这就要求喷吹用煤的灰分低、含硫少,同时还要求煤的可磨性系数高、燃烧性能好、反应性高等。高炉喷煤可以从80千克/吨~100千克/吨起步,均匀喷吹,辅以富氧。对于中小高炉而言,均匀喷吹尤为重要,加强煤枪管理,减少堵枪,尽最大限度实现全风口均匀喷吹。
氧煤强化炼铁新工艺、新技术是当今世界炼铁发展的方向。在现行能源结构条件下,喷煤给高炉带来了巨大的经济效益。2007年我国重点钢铁企业喷煤比为137千克/吨,高于150千克/吨的钢铁企业有11个,宝钢4号高炉喷煤比于2006年就达到224.6千克/吨,处于国际先进水平。
若按外购焦炭价格为2280元/吨、自产焦炭价格1800元/吨、喷吹用煤价格950元/吨(包括运费)、煤粉制备80元/吨、煤焦置换比为0.9、全国喷煤比为137千克/吨来计算:喷煤总量为46944.63万吨×0.137=6431.41万吨,煤粉成本为6431.41万吨×(950+80)元/吨=662.4亿元,可代焦炭6431.41万吨×0.9=5788.27万吨,焦炭成本为5788.27万吨×1800元/吨=1041.9亿元,煤代焦效益为1041.9亿元-662.4亿元=379.5亿元,则吨铁可降低成本80.82元 。其中,尚未计算风温的提高、改善顺行和增产带来的效益。考虑到设备折旧费和各种税费,吨铁成本至少降低50元~60元。对于年产能为500万吨的钢铁厂,以煤代焦的经济效益高达2.5亿元~3亿元。
高风温有利于实现高效、低耗、环保
高风温具有明显的节能作用,这是因为风温每升高100℃,可节约焦比20千克/吨~30千克/吨,可允许多喷25千克/吨~30千克/吨的煤粉。经过近年来的努力,我国高炉风温水平进步较大,2007年大中型企业热风温度平均1125℃,比上年提高25℃,与国际先进水平差距缩小。目前,我国热风炉的形式向多样化方向发展,从设计制造到施工投产等均可实现国产化,只是在使用材料、结构设计、送风系统的保障和送风操作制度的科学性等方面存在一些缺陷,需要继续改进。
在大力推动循环经济、控制温室气体排放方面,热风炉发挥着极其重要的作用,可以称其为生态热风炉或绿色热风炉。其主要特征为:使用低热值煤气作为主要燃料,经工艺转化后以低价值的高炉煤气获取高价值的高温热量,减少煤气的放散量,节省昂贵的高热值煤气供给更急需的部门,达到能源的合理配置;实现系统优化和合理燃烧,回收利用了大量的烟气余热。虽然2007年我国大中型钢铁企业风温比上年提高25℃,但和国外先进水平还有80℃的差距。80℃的风温可以降低焦比约20千克/吨,相当于直接降低生铁制造成本至少36元/吨。按1000立方米高炉年产生铁80万吨计算,则年可节省成本2880万元,3~4年内就可收回新建热风炉的投资成本。
钢铁生产流程不仅具备生产钢铁产品的功能,也具备能源转换功能。目前,在钢铁生产过程中约有38%左右的能源并没有被充分利用。提高风温和喷吹煤粉这两个重要技术路线完全可以把劣质资源(贫煤气和劣质煤)转化成高价值的高温热量和昂贵冶金焦炭的替代物等,并相应改善环境状况,实现“一举多得”。因此,在未来的5~10年内,钢铁企业应该以积极的心态来定位自己的社会地位和经济角色,抓住机遇,应对挑战,其主要着眼点是:要以过程工程为基础来进一步优化企业结构,通过提高风温和喷吹煤粉这两个重要技术路线实现“高效、优质、低耗、长寿、环保”的目标。