一、研究的背景與問題

鋼鐵工業(yè)作為國民經濟的支柱性產業(yè)，伴隨而來的高能耗、高污染問題也日益凸顯，在“雙碳”背景下，中國鋼鐵行業(yè)正進行著以優(yōu)化產能和節(jié)能減排為核心的結構性行業(yè)變革。其中鐵礦燒結作為鋼鐵生產流程中煙氣污染物排放量最大的工序，其污染負荷占比約40%，主要污染物包括顆粒物、SO2、NOx、重金屬、二噁英等， 2019年12月，行業(yè)標準《燒結煙氣循環(huán)設計標準》開始實施，2022年1月，由工信部、科技部、自然資源部三部委聯合發(fā)布的《“十四五”原材料工業(yè)發(fā)展規(guī)劃》對鋼鐵行業(yè)給予了新的環(huán)保期望，要求在進一步推動清潔生產和超低排放的同時還要提升資源的綜合利用水平。

燒結煙氣循環(huán)工藝是將燒結過程中產生的一部分載熱氣體返回到燒結機料面的熱風罩內，代替環(huán)境空氣參與燒結過程的一種燒結方法，其主要目的在于通過循環(huán)利用一部分熱煙氣減少燒結煙氣排放總量，減輕除塵、脫硫、脫硝系統負擔，提高燒結過程的熱利用率，降低固體燃料消耗。近年來燒結煙氣循環(huán)工藝在國內已經推廣應用，根據循環(huán)煙氣的取風位置，可分為外循環(huán)和內循環(huán)兩類工藝模式。前者的取風位置在主抽風機之后，工藝相對簡單，循環(huán)煙氣氧含量相對較低，對燒結過程影響較大。后者的取風位置在燒結風箱支管，工藝相對復雜，但生產調控更加靈活，可以利用循環(huán)風機承擔一部分燒結抽風任務，還可以通過循環(huán)風箱的合理搭配實現煙氣溫度和氧含量調節(jié)。通過采取不同工藝模式，可滿足用戶減排、節(jié)能、增產等需求。

實踐證明，采用燒結煙氣循環(huán)技術可減少20%以上的外排煙氣量，同時還能有效利用循環(huán)煙氣的顯熱及其可燃成分，降低顆粒物、SO2、NOx和二噁英的外排量。由于循環(huán)煙氣具有低氧、高水分的特點，需要在進入料面前補氧，通常做法是在熱風罩上設兌風口或在循環(huán)煙氣總管處設混風裝置，前者煙氣混勻效果不好，后者會造成熱風罩內整體含氧量偏低，與自然吸入環(huán)境空氣相比，對燒結過程仍有一定負面影響。為解決煙氣循環(huán)技術應用中的一系列問題，中冶北方研發(fā)了“第二代”燒結煙氣循環(huán)技術。

二、解決問題的思路與技術方案

中冶北方自主研發(fā)的“第二代”燒結煙氣循環(huán)技術（減排降碳均質燒結技術，已獲專利授權）如圖1所示，在回收利用燒結煙氣和冷卻廢氣的實施方式上進行了創(chuàng)新，在減排煙（廢）氣的基礎上更合理地利用余熱。將大煙道煙氣循環(huán)利用與環(huán)冷機熱廢氣循環(huán)利用相結合，通過采用獨特的循環(huán)氣體分配和混風方式，既能解決循環(huán)煙氣氧含量低影響生產的問題，又能調控燒結過程的供熱強度，通過優(yōu)化氣體流量、溫度、含氧量的組合，循環(huán)煙（廢）氣余熱、固體燃料燃燒放熱與料層內部蓄熱互補，使上、中、下層燒結過程的供熱強度趨向一致，燒結臺車橫向供風性質均勻，為實現減排、降碳、均質燒結創(chuàng)造條件。

圖1 減排降碳均質燒結技術

三、主要創(chuàng)新性成果

1、研發(fā)了燒結中段梯級供氧技術，該技術通過支管混風方式控制冷卻廢氣（高氧）與燒結循環(huán)煙氣（低氧）的混合比例，實現燒結中段用風的氧含量梯級減量供給，隨著料層自動蓄熱量的增加，減緩固體燃料燃燒供熱強度，作為調控燒結過程供熱強度的一種手段，避免料層中下部因熱量過剩導致燒結溫度過高，造成燒結礦質量下降；

2、研發(fā)了梯級供熱、分區(qū)控壓燒結技術，通過控制不同溫度氣體的流向，通過風箱壓力控制實現整個燒結過程的有效風量合理配置，隨著料層自動蓄熱量的增加，逐漸調節(jié)燒結用風溫度和風量，使燒結用風攜帶的熱量與固體燃料燃燒放熱、料層內部蓄熱互補，作為調控燒結過程供熱強度的另一種手段，配合梯級供氧技術，使燒結料層的上、中、下層供熱強度趨于一致，既能降低固體燃耗，又能使整個燒結料層高度方向上的燒結礦質量差異減小，提高燒結礦的整體質量，降低返礦率；

3、研發(fā)了熱風罩均勻供風裝置，可在有限的空間內將循環(huán)利用的冷卻廢氣與燒結煙氣充分混合均勻，使進入燒結機熱風罩內兩側（臺車寬度方向）的混合氣體性質均勻，可為實現燒結機臺車兩側均質燒結創(chuàng)造有利條件，還可以改善熱風罩內流場分布，提高燒結過程消納循環(huán)氣體的能力，避免煙氣外溢，減少環(huán)境空氣漏入。

四、應用情況與效果

中冶北方自主研發(fā)的“第二代”燒結煙氣循環(huán)技術已在江陰興澄特種鋼鐵有限公司（如圖2所示）、福建大東海實業(yè)集團有限公司、河北太行鋼鐵、河北普陽鋼鐵等燒結項目中實現了工業(yè)化應用。其中興澄特鋼煉鐵事業(yè)部400m2燒結機配套的煙氣循環(huán)系統于2020年10月熱試成功，該技術的成功應用，有效降低了機頭除塵、活性焦脫硫脫硝系統的負荷，為鋼鐵企業(yè)鐵前工序的綠色發(fā)展做出了突出貢獻。