第二代烧结烟气循环技术的研发及应用

一、研究的背景与问题

钢铁工业作为国民经济的支柱性产业，伴随而来的高能耗、高污染问题也日益凸显，在“双碳”背景下，中国钢铁行业正进行着以优化产能和节能减排为核心的结构性行业变革。其中铁矿烧结作为钢铁生产流程中烟气污染物排放量最大的工序，其污染负荷占比约40%，主要污染物包括颗粒物、SO₂、NOx、重金属、二噁英等， 2019年12月，行业标准《烧结烟气循环设计标准》开始实施，2022年1月，由工信部、科技部、自然资源部三部委联合发布的《“十四五”原材料工业发展规划》对钢铁行业给予了新的环保期望，要求在进一步推动清洁生产和超低排放的同时还要提升资源的综合利用水平。

烧结烟气循环工艺是将烧结过程中产生的一部分载热气体返回到烧结机料面的热风罩内，代替环境空气参与烧结过程的一种烧结方法，其主要目的在于通过循环利用一部分热烟气减少烧结烟气排放总量，减轻除尘、脱硫、脱硝系统负担，提高烧结过程的热利用率，降低固体燃料消耗。近年来烧结烟气循环工艺在国内已经推广应用，根据循环烟气的取风位置，可分为外循环和内循环两类工艺模式。前者的取风位置在主抽风机之后，工艺相对简单，循环烟气氧含量相对较低，对烧结过程影响较大。后者的取风位置在烧结风箱支管，工艺相对复杂，但生产调控更加灵活，可以利用循环风机承担一部分烧结抽风任务，还可以通过循环风箱的合理搭配实现烟气温度和氧含量调节。通过采取不同工艺模式，可满足用户减排、节能、增产等需求。

实践证明，采用烧结烟气循环技术可减少20%以上的外排烟气量，同时还能有效利用循环烟气的显热及其可燃成分，降低颗粒物、SO₂、NOx和二噁英的外排量。由于循环烟气具有低氧、高水分的特点，需要在进入料面前补氧，通常做法是在热风罩上设兑风口或在循环烟气总管处设混风装置，前者烟气混匀效果不好，后者会造成热风罩内整体含氧量偏低，与自然吸入环境空气相比，对烧结过程仍有一定负面影响。为解决烟气循环技术应用中的一系列问题，中冶北方研发了“第二代”烧结烟气循环技术。

二、解决问题的思路与技术方案

中冶北方自主研发的“第二代”烧结烟气循环技术（减排降碳均质烧结技术，已获专利授权）如图1所示，在回收利用烧结烟气和冷却废气的实施方式上进行了创新，在减排烟（废）气的基础上更合理地利用余热。将大烟道烟气循环利用与环冷机热废气循环利用相结合，通过采用独特的循环气体分配和混风方式，既能解决循环烟气氧含量低影响生产的问题，又能调控烧结过程的供热强度，通过优化气体流量、温度、含氧量的组合，循环烟（废）气余热、固体燃料燃烧放热与料层内部蓄热互补，使上、中、下层烧结过程的供热强度趋向一致，烧结台车横向供风性质均匀，为实现减排、降碳、均质烧结创造条件。

图1 减排降碳均质烧结技术

三、主要创新性成果

1、研发了烧结中段梯级供氧技术，该技术通过支管混风方式控制冷却废气（高氧）与烧结循环烟气（低氧）的混合比例，实现烧结中段用风的氧含量梯级减量供给，随着料层自动蓄热量的增加，减缓固体燃料燃烧供热强度，作为调控烧结过程供热强度的一种手段，避免料层中下部因热量过剩导致烧结温度过高，造成烧结矿质量下降；

2、研发了梯级供热、分区控压烧结技术，通过控制不同温度气体的流向，通过风箱压力控制实现整个烧结过程的有效风量合理配置，随着料层自动蓄热量的增加，逐渐调节烧结用风温度和风量，使烧结用风携带的热量与固体燃料燃烧放热、料层内部蓄热互补，作为调控烧结过程供热强度的另一种手段，配合梯级供氧技术，使烧结料层的上、中、下层供热强度趋于一致，既能降低固体燃耗，又能使整个烧结料层高度方向上的烧结矿质量差异减小，提高烧结矿的整体质量，降低返矿率；

3、研发了热风罩均匀供风装置，可在有限的空间内将循环利用的冷却废气与烧结烟气充分混合均匀，使进入烧结机热风罩内两侧（台车宽度方向）的混合气体性质均匀，可为实现烧结机台车两侧均质烧结创造有利条件，还可以改善热风罩内流场分布，提高烧结过程消纳循环气体的能力，避免烟气外溢，减少环境空气漏入。

四、应用情况与效果

中冶北方自主研发的“第二代”烧结烟气循环技术已在江阴兴澄特种钢铁有限公司（如图2所示）、福建大东海实业集团有限公司、河北太行钢铁、河北普阳钢铁等烧结项目中实现了工业化应用。其中兴澄特钢炼铁事业部400m²烧结机配套的烟气循环系统于2020年10月热试成功，该技术的成功应用，有效降低了机头除尘、活性焦脱硫脱硝系统的负荷，为钢铁企业铁前工序的绿色发展做出了突出贡献。

 图2 兴澄特钢炼铁事业部400m2烧结机

该技术在兴澄特钢炼铁事业部400m2烧结机系统应用期间，烧结烟气循环量达到30×104m³/h以上，同步减少经主抽风机进入活性焦装置的烟气总量，烧结固体燃料消耗降低1.02-1.5kg/t，烧结机利用系数提高0.08t/（m².h），烧结矿转鼓指数（+6.3mm）提高0.07%，实现了烧结工序“减排、降碳、增产、提质”的综合目标。近日，中国钢铁工业协会、中国机械冶金建材工会全国委员会公示了“2022年度全国重点大型耗能钢铁生产设备节能降耗对标竞赛”结果，兴澄特钢炼铁事业部400m²烧结机脱颖而出，获评全国节能降耗“优胜炉”称号。（中冶北方（大连）工程技术有限公司）