一、研究的背景与问题

中国约90％的钢铁是采用“高炉-转炉”长流程工艺生产，烧结工序提供了高炉冶炼的主要原料。烧结过程具有高污染和高能耗等特点，其污染物排放和碳排放分别占到钢铁行业总排放量的第一位和第二位。在国家实施“双碳”战略和推动绿色发展的背景下，深入研发并推广减污降碳烧结技术对我国钢铁行业的低碳绿色转型具有重要意义。

推进烧结工序进一步减污降碳面临诸多难题：1、如何实现优质烧结矿的高效稳定生产，为烧结绿色低碳发展奠定坚实基础；2、环冷机中低温冷却废气缺乏高效回收利用技术，多以直接排放为主，造成热量浪费和无组织排放；3、超低排放在钢铁企业陆续实施后，烧结过程中的颗粒物、SO₂和NO_x排放量大幅降低，但烟气中的CO排放问题依然严峻，其浓度多在5000mg/m³以上，造成了环境污染和余能浪费。

二、解决问题的思路与技术方案

图1 项目总体技术方案

项目以“高效、低碳、极低排放”烧结为目标，针对高效优质烧结矿生产工艺和烧结过程减污降碳协同方面进行了深入研究。在高效优质烧结矿生产方面，通过原料润湿特性、石灰消化特性、强化混匀及返矿优化使用等研究，开发强化制粒技术，实现高效高质低耗烧结生产；针对环冷机中低温废气，以全量高效利用为目标，通过合理的冷却制度、烧结机漏风治理、烧结机和环冷机风量合理匹配等技术实现环冷机中低温废气在烧结机料面全量消纳，以实现余热回收并杜绝废气排放；针对烧结烟气中的高浓度CO，通过CO催化氧化协同烧结大烟道烟气再利用等技术，实现CO向CO₂的转化和余能利用；同时针对影响烧结生产的配料波动、生产顺稳性难以保障等问题进行攻关，通过开发智能配料自校验系统、机头免停料一键换台车和关键设备自动清理等自动高效运维技术，保障高效、顺稳生产，支撑烧结降碳减排。

三、主要创新性成果

针对烧结工序在低碳绿色发展方面所面临的瓶颈问题，开展了高效生产和协同减污降碳等方面的基础研究和技术攻关，研发了强化制粒、环冷中低温废气零排放、烧结CO催化氧化、精准配料和高效运维等系列新工艺和新技术，关键技术全部实现工业应用，主要创新性成果如下：

1、深入研究了返矿的润湿特性，明晰了强混-润湿-消化对烧结原料混匀制粒的影响机制，开发了返矿分流、延长消化时间等强化制粒技术，烧结混合料平均粒度提高10.93%，烧结利用系数提高4.89%。

2、开发了环冷机中低温段废气全量循环利用技术，首次实现了烧结机烟气内外循环比例30%条件下的环冷机废气零排放和余热回收，冷却新风用量减少50%，余热回收蒸汽提升39.10%，固体燃耗降低0.63kg/t。

3、采用大烟道烟气烧结再利用及CO催化氧化等技术，开发了烧结烟气CO综合治理技术，实现了烧结烟气CO减排38.66%，脱硝用高炉煤气消耗降低66.63%，实现了烧结外排烟气CO浓度低于2800mg/m³。

4、开发了智能配料自校验系统，解决了烧结配料易偏差问题，实现了烧结矿TFe±0.5稳定率100%；开发出机头免停料一键换台车新技术，实现5min快速换台车；开发出混合机、布料仓、烧结机篦条等设备自动清洁技术，提高了烧结生产作业率。

四、应用情况与效果

项目成果应用于北京首钢股份有限公司360m²烧结机。在磁精粉比例约30%条件下，烧结机料厚逐步提升，由744.1mm逐步提升至839.2mm，同时烧结利用系数维持在1.4t/(m².h)的较高水平，烧结自返率由22.76%降低至16.26%，烧结矿碱度±0.08稳定率由87.95%提升至94.10%，TFe±0.5稳定率由96.55%提升至100%。烧结矿转鼓强度在83.92%的较高水平下提升至85.14%，烧结矿FeO含量低至8.20%。项目取得了明显的降耗减排效果，烧结固体燃耗最低至43.16kg/t，蒸汽回收最高实现109.42kg/t，烧结工序能耗最低至38.06kgce/t。实现了环冷机冷却废气零排放，烧结烟气外排CO浓度低于2800mg/m³，颗粒物、SO₂和NO_x排放浓度分别低至2.3mg/m³、3.3mg/m³和20.6mg/m³，远低于国家标准。

图2 项目技术成果工业应用实景图（左-环冷机；右-脱硝及CO治理装置）

信息来源：北京首钢股份有限公司