一、研究的背景與問題

鋼鐵工業(yè)作為國民經(jīng)濟的支柱性產(chǎn)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(jìn)行著以優(yōu)化產(chǎn)能和節(jié)能減排為核心的結(jié)構(gòu)性行業(yè)變革。其中鐵礦燒結(jié)作為鋼鐵生產(chǎn)流程中煙氣污染物排放量最大的工序，其污染負(fù)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(biāo)準(zhǔn)《燒結(jié)煙氣循環(huán)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》開始實施，2022年1月，由工信部、科技部、自然資源部三部委聯(lián)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(jìn)一步推動清潔生產(chǎn)和超低排放的同時還要提升資源的綜合利用水平。

燒結(jié)煙氣循環(huán)工藝是將燒結(jié)過程中產(chǎn)生的一部分載熱氣體返回到燒結(jié)機料面的熱風(fēng)罩內(nèi)，代替環(huán)境空氣參與燒結(jié)過程的一種燒結(jié)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(jié)煙氣排放總量，減輕除塵、脫硫、脫硝系統(tǒng)負(fù)擔(dān)，提高燒結(jié)過程的熱利用率，降低固體燃料消耗。近年來燒結(jié)煙氣循環(huán)工藝在國內(nèi)已經(jīng)推廣應(yīng)用，根據(jù)循環(huán)煙氣的取風(fēng)位置，可分為外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩類工藝模式。前者的取風(fēng)位置在主抽風(fēng)機之后，工藝相對簡單，循環(huán)煙氣氧含量相對較低，對燒結(jié)過程影響較大。后者的取風(fēng)位置在燒結(jié)風(fēng)箱支管，工藝相對復(fù)雜，但生產(chǎn)調(diào)控更加靈活，可以利用循環(huán)風(fēng)機承擔(dān)一部分燒結(jié)抽風(fēng)任務(wù)，還可以通過循環(huán)風(fēng)箱的合理搭配實現(xiàn)煙氣溫度和氧含量調(diào)節(jié)。通過采取不同工藝模式，可滿足用戶減排、節(jié)能、增產(chǎn)等需求。

實踐證明，采用燒結(jié)煙氣循環(huán)技術(shù)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(jìn)入料面前補氧，通常做法是在熱風(fēng)罩上設(shè)兌風(fēng)口或在循環(huán)煙氣總管處設(shè)混風(fēng)裝置，前者煙氣混勻效果不好，后者會造成熱風(fēng)罩內(nèi)整體含氧量偏低，與自然吸入環(huán)境空氣相比，對燒結(jié)過程仍有一定負(fù)面影響。為解決煙氣循環(huán)技術(shù)應(yīng)用中的一系列問題，中冶北方研發(fā)了“第二代”燒結(jié)煙氣循環(huán)技術(shù)。

二、解決問題的思路與技術(shù)方案

中冶北方自主研發(fā)的“第二代”燒結(jié)煙氣循環(huán)技術(shù)（減排降碳均質(zhì)燒結(jié)技術(shù)，已獲專利授權(quán)）如圖1所示，在回收利用燒結(jié)煙氣和冷卻廢氣的實施方式上進(jìn)行了創(chuàng)新，在減排煙（廢）氣的基礎(chǔ)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(jié)合，通過采用獨特的循環(huán)氣體分配和混風(fēng)方式，既能解決循環(huán)煙氣氧含量低影響生產(chǎn)的問題，又能調(diào)控?zé)Y(jié)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(nèi)部蓄熱互補，使上、中、下層燒結(jié)過程的供熱強度趨向一致，燒結(jié)臺車橫向供風(fēng)性質(zhì)均勻，為實現(xiàn)減排、降碳、均質(zhì)燒結(jié)創(chuàng)造條件。

圖1 減排降碳均質(zhì)燒結(jié)技術(shù)

三、主要創(chuàng)新性成果

1、研發(fā)了燒結(jié)中段梯級供氧技術(shù)，該技術(shù)通過支管混風(fēng)方式控制冷卻廢氣（高氧）與燒結(jié)循環(huán)煙氣（低氧）的混合比例，實現(xiàn)燒結(jié)中段用風(fēng)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(diào)控?zé)Y(jié)過程供熱強度的一種手段，避免料層中下部因熱量過剩導(dǎo)致燒結(jié)溫度過高，造成燒結(jié)礦質(zhì)量下降；

2、研發(fā)了梯級供熱、分區(qū)控壓燒結(jié)技術(shù)，通過控制不同溫度氣體的流向，通過風(fēng)箱壓力控制實現(xiàn)整個燒結(jié)過程的有效風(fēng)量合理配置，隨著料層自動蓄熱量的增加，逐漸調(diào)節(jié)燒結(jié)用風(fēng)溫度和風(fēng)量，使燒結(jié)用風(fēng)攜帶的熱量與固體燃料燃燒放熱、料層內(nèi)部蓄熱互補，作為調(diào)控?zé)Y(jié)過程供熱強度的另一種手段，配合梯級供氧技術(shù)，使燒結(jié)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(jié)料層高度方向上的燒結(jié)礦質(zhì)量差異減小，提高燒結(jié)礦的整體質(zhì)量，降低返礦率；

3、研發(fā)了熱風(fēng)罩均勻供風(fēng)裝置，可在有限的空間內(nèi)將循環(huán)利用的冷卻廢氣與燒結(jié)煙氣充分混合均勻，使進(jìn)入燒結(jié)機熱風(fēng)罩內(nèi)兩側(cè)（臺車寬度方向）的混合氣體性質(zhì)均勻，可為實現(xiàn)燒結(jié)機臺車兩側(cè)均質(zhì)燒結(jié)創(chuàng)造有利條件，還可以改善熱風(fēng)罩內(nèi)流場分布，提高燒結(jié)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(yīng)用情況與效果

中冶北方自主研發(fā)的“第二代”燒結(jié)煙氣循環(huán)技術(shù)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(jié)項目中實現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用。其中興澄特鋼煉鐵事業(yè)部400m2燒結(jié)機配套的煙氣循環(huán)系統(tǒng)于2020年10月熱試成功，該技術(shù)的成功應(yīng)用，有效降低了機頭除塵、活性焦脫硫脫硝系統(tǒng)的負(fù)荷，為鋼鐵企業(yè)鐵前工序的綠色發(fā)展做出了突出貢獻(xiàn)。