烧结配用焦化除尘灰的研究与应用
万义东，刘海军
(河北邯郸钢铁集团西区炼铁厂河北邯郸056015)
摘要：为了减少资源浪费，降低其对环境的影响，邯钢公司开展了烧结工序回收利用焦化除尘灰替代部分固体燃料的研究和应用。此举实现了废弃物循环利用，在降低烧结固体燃料单耗的同时，烧结矿质量还有所改善，取得了较好的社会效益和经济效益。
关键词：焦化除尘灰；烧结固体燃耗；燃料破碎
1 前言
邯钢西区焦化厂生产的焦炭采取干熄焦冷却法，在干熄焦冷却过程中产生大量粉尘，经除尘器捕捉、收集，成为焦化除尘灰。这种除尘灰粒度极细，<1mm比例在87％以上，其灰分较高(在28％左右)且发热值低、含硫高，若回收利用易增加焦炭成品灰分，故不适合焦化厂作为回配煤使用。
西区焦化厂每月产生除尘灰约4500t，2010年之前全部当作废弃物由附企公司无偿外排，这直接造成邯钢燃料损失约5万t／a。为避免此部分损失，2010年初公司曾尝试将焦化除尘灰加到中速磨中和煤粉混合，一起喷入高炉。但高炉使用2个月后发现，焦化除尘灰在炉内燃烧后易造成风口严重结焦，进而影响风口面积，造成炉况波动，调控困难。故也不适宜在高炉回收利用。
2010年四季度，公司希望烧结工序能够回收利用焦化除尘灰，用以替代部分固体燃料，既实现废弃物循环利用，减少含碳资源浪费，同时降低烧结工序能耗和CO2排放量。
2 生产现状及分析
焦化除尘灰能否用于烧结生产，对烧结矿质量和生产过程会产生怎样的影响？为此，西区炼铁厂就烧结使用焦化除尘灰的可行性进行了研究。
2．1 配用焦化除尘灰之前烧结固体燃料消耗
烧结使用的粗焦粉是高炉入炉焦炭筛分后粒度不合格的筛下物，其预算价格只有800元／t，而外购无烟煤的预算价格为1100元／t，二者的价差在300元／t以上。因此，烧结配用焦化除尘灰之前，所用固体燃料以粗焦粉为主，无烟煤为辅(粗焦粉供应不足时使用)，见表1。
2．2 配用焦化除尘灰之前固体燃料破碎粒度
我厂要求烧结燃料破碎后粒度﹣3mm≥75％，平均粒度2．0mm左右。由于粗焦粉硬度比无烟煤大，破碎较困难，破碎后﹣3mm约为73％(见表2)，达不到烧结工艺要求。
2．3 焦化除尘灰特性
焦化除尘灰实质上是一种细度极细的焦粉，从取样分析(表3)看，≤3mm粒级达到94．22％，符合我厂对烧结燃料的粒度要求；但其平均粒度太细，只有0．46mm。作为烧结固体燃料配加，会降低燃料综合平均粒度，使燃烧时间缩短，燃烧速度远远快于传热速度，
造成烧结料层燃烧带变薄，热量不足，烧结液相减少；同时，除尘灰周围局部还原性气氛强烈，导致部分Fe2O3还原成Fe3O4，烧结矿中铁酸钙比例减少，强度降低。此外，由于粒度细，灰份高，热值偏低，其燃烧强度低于正常焦粉；同时有一部分被通过气孔的气流抽走，造成燃耗升高。
3 试用情况及采取的措施
2011年一季度，炼铁厂利用现有焦灰资源阶段性地进行了烧结添加焦化除尘灰的工业试验。按照粗焦粉：焦化除尘灰：85：15的比例混合使用，重点关注二者的混合效果，同时加强对燃料破碎的调控，防止过细燃料比例太高。通过分析使用前后烧结过程参数(水分、温度、压力等)及烧结指标的变化，积极调整相关操作方针，增加焦化除尘灰消耗。2012年，我厂将西区焦化厂产生的除尘灰全部消化，彻底杜绝了焦化除尘灰外排。
3．1 控制焦化除尘灰均匀排放，原料场汽车受料槽分槽接收
焦化除尘灰平均每天产生150t，除尘灰运输车每辆净装8～10t，原料场汽车受料槽有效容积50m3，可容纳焦化除尘灰35t左右。根据以上条件，要求附企公司运输车队每4个小时集中往原料场输送3车焦化除尘灰，原料场专门设置一个汽车受料槽接受该品种。3．2 焦化除尘灰在汽车受料槽预先润湿，控制其水分
经检测分析：焦粉水分为10．5％，无烟煤水分为15．5％，焦化除尘灰水分仅为0．5％。可以看出，焦化除尘灰基本不含水，且粒度细、质量轻，在转运及使用过程中极易被除尘器抽走，造成实际利用量降低。为此，我们在汽车受料槽采取了水雾抑尘措施，使其水分控制在4％～6％，既防止扬尘，又起到提前润湿的作用。
3．3 原料场汽车受料槽按比例排放，分层堆放
原料场接受焦粉情况为：高炉返焦采用皮带运输到料条，日均接收量250t；焦化筛分焦粉采用汽车运输到受料槽，日均接收量600t；焦化除尘灰采用汽车运输到受料槽，日均接收量150t。根据焦化筛分焦粉的接收量，原料场另外安排了2个受料槽接受焦化筛分焦粉。在由汽车受料槽向一次料场焦粉料堆堆料时，焦化筛分焦粉和焦化除尘灰按4：1的比例均匀切出。堆放时，采取分层行走方式，从而保证焦化除尘灰能初步混匀，实际混匀效果见图1。
3．4 优化破碎作业时间，稳定四辊单位时间破碎量
烧结燃料由无烟煤改为粗焦粉后，由于焦粉硬度较大，破碎困难，导致燃料破碎量比原设计值降低40％。为保证破碎效果，同时兼顾避峰就谷的节电措施和稳定料仓料位，对四辊破碎机作业时间进行了优化，由3台×12h×35t改为3台×15h×27t，降低四辊的单位时间破碎量，确保燃料粒度合格。
3．5 调整对辊、四辊辊隙，优化燃料粒度组成
配加焦化除尘灰后，燃料粒度组成整体向下限偏移，平均粒度偏小。为此，将对辊粗破粒度由15mm降到12mm；适当放宽四辊辊隙，使四辊破碎粒度上限由3．5mm提高到3．75mm，稳定平均粒度在1．9mm以上。改进前后的燃料粒度组成见图2。
3．6 加强备件管理，提高设备保障能力
四辊破碎机辊皮使用一段时间后会有一定的磨损，并且上辊破损状况比下辊严重，同时下辊要求的辊隙精度更高。为此，我们将以前整体更换四辊改为只更换辊皮，而且只是下辊使用新辊皮，换下来的下辊置换成上辊。在保证辊隙正常稳定的前提下，节省了备件费用。3．7 制定全新的标准化操作规程
重新制定操作规程，适应新的燃料破碎制度，调整烧结过程水分、温度、压力等操作参数，控制烧结机料层、机速和烧结终点温度及位置，保证烧结生产稳定。
4 效果分析
1)2011年，邯钢西区炼铁厂烧结燃料单耗大幅度降低，其中焦粉单耗由54．82kg／t 降到45．53k／t，焦化除尘灰全部用完，吨矿单耗达到6．81kg／t，见图3。仅烧结燃料消耗一项，即可降低成本5000万元以上，经济效益十分显著。
