摘要：从国家生态文明建设、钢铁行业能源“双控”和企业可持续发展三个维度来看，降低烧结工序能耗具有重大意义，同时也迫在眉睫。近年来，烧结作业区针对工序能耗的主要构成，从降低固体燃耗、电耗、煤气消耗，以及回收蒸汽等方面展开了大量生产实践，取得了相当程度的成果，但距离绿色生产还有较大差距。后期还需要探索更多科学、高效、环保的改进措施，不断优化现有技术，以期为行业发展提供参考。

　　关键词：工序能耗；固体燃耗；煤气消耗；蒸汽回收

　　1工序能耗

　　工序能耗是指单位产品能耗，具体定义为在统计期内，每生产一吨合格工序产品，扣除本工序回收的能源量后，实际消耗的各种能源总量。这个指标用单位kgce/t表示，其中t代表产品量的单位。

　　2降低工序能耗的意义

　　2.1响应国家政策的正确选择

　　党的十八届五中全会提出实行能源消耗总量和强度“双控”行动。能源“双控”行动，是推进生态文明建设，解决资源约束趋紧、环境污染严重的一项重要措施，同时也是确保国家能源安全的关键举措，既能节约能源资源，从源头上减少污染物和温室气体排放，也能推动经济发展方式转变，提高我国经济发展绿色水平，有利于推动碳达峰、碳中和目标实现。

　　2.2企业降本增效的重要抓手

　　节能降耗不仅能够增强企业的市场竞争力，也是其实现长期可持续发展的关键因素。在钢铁生产过程中，烧结环节扮演着极其重要的角色，其能耗约占整个生产过程总能耗的10%，并且这部分能源成本大约占到了烧结矿总成本的9.3%。因此，在组织烧结生产时，确保烧结矿质量的同时，通过减少该环节的能耗来降低整体成本，成为了企业控制生产成本、提升综合效益和加强核心竞争力的重要手段。

　　烧结过程中涉及的主要能耗因素包括固体燃料、煤气、电能、水资源、蒸汽、氮气以及压缩空气等。特别是固体燃料、煤气和电力这三项加起来占据了烧结工序总能耗的大约97.5%。因此，通过技术创新与工艺改进来重点降低这些方面的消耗，挖掘潜在的节能机会，进而达到降低成本的目的成为了工作的核心内容［1］。

　　3烧结工序能耗的现状分析

　　3.1烧结基本情况

　　烧结工序原有一烧6台99m2机上冷却烧结机。2021年，为满足环保要求，1月8日一烧全线停产，1月16日三烧360m2烧结机投产运行。目前合计有2台360m2烧结机，设计产能均为370万吨，二烧于2008年8月建成投产，全厂年均烧结矿产量约800万吨。

　　二烧采用“一次配料+两段混合”工艺，两次混合之间有两个600t仓容的中间仓，烧结机有内循环，环冷机采用液密封。三烧国内首创基于立式强力混合机的“两配三混”原料准备流程，采用“内循环、外循环和环冷机热风循环”三段烟气循环技术，采用风箱交叉布置技术、环冷机液密封技术、环冷机近零排放技术和料面天然气喷吹技术。

　　3.2烧结工序能耗的构成

　　钢铁工业是全球能源消耗最大的行业之一，据统计，其在全球总能耗中占比约为8%。中国是世界上钢铁产量最大的国家之一，据统计，中国钢铁行业碳排放量占全国碳排放总量的15%，是国内31个制造业门类中碳排放量最大的行业。烧结工序能耗占钢铁生产总能耗的10%~12%，仅次于高炉炼铁，降低烧结工序能耗对于提高钢铁企业的经济效益具有重要意义。

　　3.3烧结工序能耗的案例分析

　　某钢铁企业2018年年底开始，一烧和二烧进行超低排放改造，二烧增加脱硝系统，一烧湿法脱硫改活性炭脱硫脱硝。由此，2019年烧结工序能耗明显升高。

　　2021年，一烧6台99平烧结机全线停产，三烧360m2烧结机投产运行，投产之初，因为环冷锅炉未同步投入，2021年工序能耗急剧升高。2021年5月，三烧环冷锅炉投入运行，8月三烧主抽烟道内置锅炉和耐热风机烟道内置锅炉投入运行。经过一段时间的摸索，2022年，烧结工序能耗下降明显。

　　该钢铁企业的烧结工序综合能耗，对比其他钢铁企业都较高，形成差距较大，主要原因包括：①固体燃料消耗较高，影响能耗上升约3.39kgce/t；②焦炉煤气和天然气等燃气消耗较高，影响能耗上升约0.32kgce/t；③回收蒸汽效率低，影响工序能耗上升约1.19kgce/t。

　　4降低烧结工序能耗的实践与探索

　　以某钢铁企业为例，2022年以来，作业区针对降低烧结工序能耗开展大量工作，2024年上半年的工序能耗与2021年同口径比较，在烧结脱硫脱硝大幅改造，新增环保设施运行能耗高，较大程度导致工序能耗上升的情况下，抵消环保设施运行的能耗，这些降低工序能耗的实践与探索依然使得工序能耗降低了2.2kgce/t，取得了较大进步。

　　4.1降低固体燃料消耗

　　固体燃料消耗（折标后）占工序能耗的75%左右，是最重要的组成部分，所以降低固体燃料消耗对降低工序能耗至关重要。烧结使用的固体燃料主要是焦粉和无烟煤，2023年9月份以来，对该企业的烧结作业区二烧脱硫脱硝改造，脱硫能力提升后，作业区生产实现全焦粉烧结。

　　4.1.1低碳厚料烧结

　　低碳厚料烧结可以充分利用混合料在烧结过程中的自动蓄热作用，降低固体燃料消耗。

　　首先，改善布料设备。受限于烧结机台车两侧掉料问题，料厚最高只能布料至800mm。组织在九辊下部安装收料板，在台车两侧栏板上部安装清扫刷和压辊，解决两侧掉料问题，料厚调整不再受此影响。

　　其次，提高混合料温度。在烧结“过湿带”，上层高温废气带入较多的水汽，进入下层冷料时水分析出，会破坏已造好的混合料小球，进而影响混合料层透气性，造成负压升高，影响料厚上调。因此，烧结生产过程中要将混合料的温度加热到“露点”温度（58℃)以上。

　　（1）混合加水使用热水，烧结过程中混合料的加水主要来自一次混合，目前稳定在30t/h。一次混合水箱通入饱和蒸汽，水温按照80℃中线控制，蒸汽电动阀门根据设定温度自动调整。

　　（2）松料器通蒸汽，作业区组织将松料器的φ32mm圆钢改成φ32mm管，并将用于缓冲矿槽的蒸汽引到送料器，通入混合料中，提高混合料温度。

　　（3）缓冲矿槽通过热蒸汽.作业区组织二烧缓冲矿槽安装蒸锅；组织三烧缓冲矿槽距离泥辊600mm高度的位置增加一排蒸锅喷头共计15个。两台烧结机缓冲矿槽均通入过热蒸汽，蒸汽压力按照300kPa进行自动控制。由此，混合料温度从48℃提高到62℃左右。

　　再次，改善混合料制粒。混合料粒级是影响料层透气性的另一关键指标，降低混合料中-3mm粒级含量，有利于改善料层透气性，进一步提高烧结机料厚。

　　（1）“两配三混”新工艺。三烧设计一次配料+强力混合+二次配料+两次圆筒混合的“两配三混”新工艺，有助于混合料的混匀和制粒。在此基础上，我们摸索强力混合的最优加水量6~10t/h，研究在二次配料返矿下料点前安装四个加水喷头，加水量控制在5t/h左右，做好返矿提前润湿，进一步改善混合料制粒。

　　（2）改善白灰质量。白灰是烧结的主要熔剂，其主要作用有：利用生石灰消化后所具有的胶体性质，提高混合料成球性，改善混合料透气性；利用生石灰遇水发生水化放热反应CaO+H2O=Ca（OH）2的特性，提高混合料料温；生石灰有效CaO含量高，在烧结矿碱度不变情况下，可以降低石灰石配入量，降低熔剂消耗，同时减少高温下分解吸热，有利于降低燃料消耗。2022年，白灰取样方式从仓前打灰时取样，优化调整为仓后电子秤机头流程取样，更能反映白灰质量稳定与否，更接近生产实际，更有利于对白灰质量的管控。

　　此外，白灰活性度是表征生石灰水化反应速度的一个指标，即在足够时间内，以中和生石灰消化时产生的Ca（OH）2所消耗的4mol/L盐酸的毫升数表示。

　　使用水溶“土办法”，即“100g白灰加400mL”水反应白灰活度。2022年，采购一台白灰活度仪检测白灰温升，更好地反映白灰质量，并将该检测办法推广至质检中心，进而修订采购合同，规范白灰进厂质量标准。

　　随着对外购白灰质量抽查和检查力度的增大，取样和质检规则变化，以及采购合同的配合调整，外购白灰质量逐步稳定。外购白灰的水溶温度从75℃提升至100℃左右，外购白灰活度仪检测温升稳定在40℃左右。

　　4.1.2热风循环利用

　　烧结生产中的热烟气，循环至烧结机料面，其热量回收利用，可以降低固体燃料消耗。

　　首先，增加外循环风机。烧结烟气外循环技术是一种创新性的节能减排工艺，主要是从烧结主抽风机后分流一部分烟气作为循环使用。通过烧结主抽风机出口烟气经过热风管道将160℃的热风送入18#~20#风箱对应的台车上罩进行循环利用。为充分利用烟气余热，提高热量回收率，三烧外循环风机开机投入运行。通过不断摸索、调整，外循环风机变频稳定在48Hz左右，风量10~15万m3/h左右。三烧主抽后140℃废气回烧结机料面，有效实现余热利用，同时提高18#~20#风箱处烟道温度，降低工序能耗约0.3kg/t。

　　其次，内循环系统优化。烧结烟气内循环技术是将烧结机部分风箱的烟气经初步除尘后，由耐热风机送至烧结机台车上方的热风罩内作为烧结空气使用。二烧和三烧内循环风温350℃左右，设计风量45万m3/h。（1）针对三烧耐热风机叶轮粘灰造成风机振动，导致频繁停机清理的问题，对耐热风机叶轮进行更换，并对耐热风机风门和变频调整做出规范，清理周期延长3倍。（2）针对二烧耐热风机上罩冒烟的问题，结合大修将二烧耐热风机烟气罩子向东延长两段，电机工频改成变频，改造完成后风门可稳定开至1350转，提高耐热风机使用效率。实践表明，内循环系统热风烧结可以降低固体燃料消耗3.35kg/t。

　　4.1.3降低烧结矿亚铁指标

　　烧结矿亚铁含量对烧结矿质量的影响是多方面的，包括对烧结矿的冶金性能、强度的影响。随着亚铁含量的增加，烧结矿还原度呈下降趋势，影响高炉的产量和燃料比；烧结矿亚铁含量降低，烧结矿低温还原粉化指数则呈现降低趋势，烧结矿质量变差，会造成高炉料柱透气性变差，不利于高炉顺行。

　　4.1.4优化燃料粒级

　　燃料粒度过大或者过小，在向烧结机布料时，均会产生燃料偏析现象。粒度较大，大颗粒燃料集中在料层的下部，造成燃料的浪费；粒度过小，烧结速度快，燃烧所产生的热量难以使烧结料达到所需的高温，小的燃料颗粒还会被气流带走，也会造成燃料的浪费。

　　对比燃料粒级优化前后的烧结参数，燃料粒级优化后，因为焦粉粒级的改善，烧结机燃料消耗降低0.8kg/t。

　　4.1.5增加含碳固废

　　2022年9月，生技室组织质检中心实现了烧结原料灰、瓦斯灰和炼铁灰的流程取样和成分检验工作，便于岗位掌握含碳变化，稳定含碳控制，稳定烧结矿各项指标。

　　4.2降低电耗

　　2021年以来，烧结矿电单耗逐年增多，尤其是2023年下半年，随着三烧接入布袋除尘器和SCR系统，三烧360m2烧结机四台增压风机运行，作业区平均电耗升高了约10kw·h/t，亟待采取措施，降低电耗，控制成本，提高综合经济效益。

　　切实做好烧结作业区躲峰限电生产组织，在保证物料供应，稳定生产运行的前提下，严格落实原料上料、打灰操作要求；做好设备开机、试车、间断性运转以及倒机工作，尽量做到峰期停机，谷期、平期运行，最大限度移峰填谷。

　　4.3降低煤气消耗

　　二烧三烧360m2烧结机均采用焦气点火，炉膛温度按照1050±50。C进行控制。降低煤气消耗的前提就是要保证炉膛温度满足烧结点火需求。据此进行分析，降低煤气消耗的关键就是提高助燃风温度，提高进入炉膛的空气的温度以及减少进入炉膛的风量。实践中，采取了如下措施来降低煤气消耗。

　　首先，提高助燃风的温度。为解决烧结机上部料层热量不足的问题，采取从点火炉的助燃空气管道中抽取多余的热空气，并将其导入点火炉后方的保温罩内。提高了穿过料层气体的温度，从而增加上部料层的烧结温度，缩小上下层之间的温差，有效减少了固体燃料的使用量。提高进入炉膛的空气的温度，三烧配置有耐热风机进行烟气内循环，将机尾2个风箱的热烟气引至烧结机4~12号风箱。为降低煤气消耗，将该热风循环进行改造，增加一根支管去2号风箱，进入点火炉的空气温度提高，煤气单耗从3.2m3/t降至3.1m3/t。三烧通过热风助燃风机将环冷机二段热风温度200。C，用焦气替点火，煤气单耗从3.5m3/t降至3.2m3/t。

　　其次，探索采用低负压点火优化。在铁矿烧结过程中，微负压烧结技术已获得各大钢铁企业的广泛认可，并且大多数企业已经完成了相应的技术改造［2］。这种技术涉及将烧结机的1号和2号风箱调整至轻微负压状态，通常建议维持在6~7kPa。负压设置过高，会导致料层内气体流动速度加快，煤气燃烧时间缩短，从而影响煤气的使用效率及点火温度的稳定性，最终可能导致烧结物料表面质量下降及煤气消耗量增加；若负压太低，则热量难以迅速传递至物料内部，造成表层过热而中上部温度不足的现象，进而引发整个烧结区域内的温度分布不均；过低的负压还可能使烧结炉内产生微正压环境，促使煤气逸出，不仅影响生产的稳定性，还可能带来安全隐患［3］。二烧检修时，对低负压点火进行改造，1-3#风箱采用双管双分流改造方案，点火风箱各自分离独立控制，解决风箱磨损大漏风严重等问题。三烧在1、2#风箱均安装低负压点火插板的基础上，3#风箱也安装低负压点火插板。二烧和三烧3#风箱和4#风箱之间安装隔板，防止风箱之间串风，降低炉膛负压。

　　通过上述措施，二、三烧炉膛负压降低至5kPa左右，焦炉煤气单耗从3.1m3/t降低至2.8m3/t。

　　5结论

　　降低固体燃料消耗是烧结厂节能的首要环节，降低电力和点火煤气消耗是烧结厂节能工作的重要组成部分。通过应用节能技术及工艺措施进一步降低烧结工序的能源消耗，以缓解钢铁企业的节能压力，尤其是应注重烧结余热发电技术的推广和应用，提高烧结余热的回收利用效率。

　参考文献

　　［1］王轶韬，陈乾，王志春.降低烧结工序能耗生产实践［J］.企业技术开发，2016，35（14）：179-180.

　　［2］李国良，李乾坤，周晓冬，等.多工艺协同降低烧结机工序能耗生产实践［J］.烧结球团，2021，46（1）：55-59+75.

　　［3］赵书清，宋阳，刘巍，等.降低烧结工序能耗的生产实践［J］.甘肃冶金，2024，46（2）：18-20.