“雙碳”背景下燒結(jié)工序溫室氣體減排研究

臧疆文

(寶鋼集團(tuán)八鋼公司碳中和辦公室)

前言[1]

全球氣候變暖已經(jīng)嚴(yán)重威脅到人類的生產(chǎn)生活，成為當(dāng)今世界面臨的主要挑戰(zhàn)之一。隨著人類工業(yè)活動(dòng)的活躍(如大量使用化石燃料、開發(fā)和使用含氟冷媒劑等)加劇了溫室效應(yīng)。在大氣層中，CO2所產(chǎn)生的溫室效應(yīng)大約占整體溫室效應(yīng)的26%，是最主要的溫室氣體。它不僅是自然活動(dòng)的載體和產(chǎn)物，同時(shí)也是人類生產(chǎn)活動(dòng)的產(chǎn)物，在地球的大氣圈、生物圈、地圈和水圈中不停地循環(huán)。隨著煤炭和石油被加速消耗，大氣中的CO2濃度明顯增加，而且增速越來越大。大氣CO2濃度已從工業(yè)化前約0.028%，2014年增加到0.0395%。根據(jù)國際能源機(jī)構(gòu)(IEA)的預(yù)測，在沒有新政策或采取進(jìn)一步降碳行動(dòng)的情況下，預(yù)計(jì)到2100年，大氣中溫室氣體的含量將比現(xiàn)在增加一倍，全球平均氣溫將升高3～6℃，這必將給全球帶來毀滅性的影響。氣候變化的持續(xù)加劇將會(huì)對未來的淡水資源、生態(tài)系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)、海岸帶系統(tǒng)和低洼地區(qū)以及人類健康等造成嚴(yán)重影響。

2020年9月22日，國家主席習(xí)近平在第七十五屆聯(lián)合國大會(huì)一般性辯論上發(fā)表重要講話提出，中國將提高國家自主貢獻(xiàn)力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。鋼鐵工業(yè)是高能耗行業(yè)，也是二氧化碳排放大戶，中國鋼鐵工業(yè)碳排放總量占全國碳排放總量約16%，占全球鋼鐵行業(yè)碳排放總量的60%以上。中國鋼鐵行業(yè)已成為落實(shí)碳減排，實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的重要領(lǐng)域，面臨著低碳轉(zhuǎn)型的巨大壓力，實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)是前所未有的挑戰(zhàn)。在鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)中燒結(jié)工序的CO2排放僅次于煉鐵工序、焦化工序，是鋼鐵企業(yè)溫室氣體的主要排放源，降低燒結(jié)工序的溫室氣體排放是鋼鐵企業(yè)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的工作之一。

1 燒結(jié)工序溫室氣體排放強(qiáng)度

以八鋼公司燒結(jié)工序?yàn)槔?，分?019年燒結(jié)工序各排放源CO2排放情況。

八鋼有2×265m2+1×430m2燒結(jié)機(jī)，其中430m2燒結(jié)機(jī)的主抽風(fēng)機(jī)由汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)。根據(jù)國家發(fā)展改革委2013年發(fā)布的《中國鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報(bào)告指南(試行)》(下稱指南)，燒結(jié)工序溫室氣體排放源包括：固體燃料與點(diǎn)火煤氣等化石燃料溫室氣體排放、熔劑等原材料在工業(yè)生產(chǎn)過程中溫室氣體排放、外購電力與熱力的間接溫室氣體排放、扣除余熱回收輸出的電力與熱力的間接溫室氣體排放。2019年八鋼燒結(jié)工序的CO2排放強(qiáng)度見表1，燒結(jié)工序各排放源CO2排放比例(未計(jì)余熱回收)見圖1。燒結(jié)工序的CO2排放強(qiáng)度為0.21tCO2/t粗鋼，燒結(jié)工序的CO2排放量占整個(gè)鋼鐵廠CO2總排放量的10.26%。燒結(jié)工序CO2排放前三位分別是固體燃料、電力、蒸汽。蒸汽的CO2排放高的主要原因是430m2燒結(jié)機(jī)的主抽汽輪機(jī)消耗蒸汽；工業(yè)生產(chǎn)過程排放比例低的原因是熔劑單耗101kg/t，其中白云石6kg/t、生石灰84kg/t、電石渣11kg/t，僅白云石的碳排放計(jì)算在燒結(jié)工序，而生石灰與電石渣的碳排放分別計(jì)算在石灰加工工序與電石加工工序。燒結(jié)工序應(yīng)通過降低固體燃耗、電耗、蒸汽消耗、煤氣消耗等方面，減少碳排放。

表1 八鋼燒結(jié)工序CO2排放強(qiáng)度

圖1 八鋼燒結(jié)工序各排放源CO2排放比例(未計(jì)余熱回收)

2 降低燒結(jié)工序溫室氣體排放的技術(shù)探索

跟蹤國內(nèi)外的研究成果及生產(chǎn)實(shí)踐，燒結(jié)工序在低碳技術(shù)，減少溫室氣體排放等方面進(jìn)行了許多技術(shù)探索，并取得了成效。

2.1 燒結(jié)機(jī)臺(tái)車加寬技術(shù)[2～7]

當(dāng)流體沿裝有固體散狀物料的空間圍壁處流過時(shí)，圍壁對它的影響就稱作邊緣效應(yīng)。在燒結(jié)機(jī)臺(tái)車邊緣，物料疏松，空隙率大，且物料在燒結(jié)過程中收縮與臺(tái)車欄板分離形成邊縫，造成燒結(jié)過程中邊緣阻力小，風(fēng)速顯著加大，形成邊緣效應(yīng)。由于邊緣效應(yīng)，欄板附近的邊緣帶與中部相比，其風(fēng)流規(guī)律被擾亂，因?yàn)椴糠诛L(fēng)順著阻力最低的通道走，沒有進(jìn)入燒結(jié)過程，所以該帶的燒結(jié)礦質(zhì)量差、產(chǎn)量低。抑制邊緣效應(yīng)的簡便而有效的方法是增加邊緣風(fēng)的行程，從而加大邊緣風(fēng)的阻力，減少邊緣漏風(fēng)，使抽風(fēng)風(fēng)量有效地用于燒結(jié)。

根據(jù)這一思路，采用臺(tái)車加寬技術(shù)，在軌道中心距不變的前提下，將臺(tái)車寬度方向兩側(cè)加寬并安裝盲板或篦條，燒結(jié)面積可增加約10%，可顯著減少臺(tái)車側(cè)壁區(qū)域的漏風(fēng)量，燒結(jié)過程中沿側(cè)壁抽吸的空氣可形成氣流從燒結(jié)生料中穿過，從而改善這些邊緣區(qū)域的燒結(jié)狀況，燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量提高、能耗下降。

國內(nèi)外許多燒結(jié)機(jī)已采用該臺(tái)車加寬技術(shù)，1990年奧鋼聯(lián)林茨鋼鐵廠的一臺(tái)168m2燒結(jié)機(jī)臺(tái)車加寬13%，臺(tái)車加寬后燒結(jié)機(jī)利用系數(shù)提高8.57%，燒結(jié)礦日產(chǎn)量提高23.59%，焦粉單耗降低10%；1997年巴西圖巴朗公司1臺(tái)440m2燒結(jié)機(jī)臺(tái)車由5m加寬到5.5m，改造后燒結(jié)機(jī)利用系數(shù)提高5.14%，燒結(jié)礦日產(chǎn)量提高15.48%，焦粉單耗降低4.26%，點(diǎn)火煤氣消耗降低16.67%，電耗降低2kW·h/t；2003年寶鋼3號(hào)450m2燒結(jié)機(jī)臺(tái)車由5m加寬到5.5m，改造后燒結(jié)機(jī)利用系數(shù)提高4.03%，燒結(jié)礦日產(chǎn)量提高14.59%，電耗降低4.72%；2015年邯寶煉鐵廠1#360m2燒結(jié)機(jī)臺(tái)車由4m加寬到4.5m，改造后燒結(jié)礦日產(chǎn)量提高8.24%，轉(zhuǎn)鼓指數(shù)提高0.33%，返礦率降低4.85%，成品率提高0.34%，固體燃耗降低2.14%，電耗降低14.27%。

2.2 新型環(huán)冷機(jī)技術(shù)的應(yīng)用[8][9]

傳統(tǒng)的環(huán)冷機(jī)源于上世紀(jì)50年代，存在的主要問題是漏風(fēng)率高、故障率高、余熱回收和余熱發(fā)電效果差、現(xiàn)場環(huán)境差。通過不斷優(yōu)化升級(jí)，研制出了新型環(huán)冷機(jī)，在可靠性、漏風(fēng)率、設(shè)備的檢修維護(hù)、節(jié)能效果、余熱收集及現(xiàn)場環(huán)境等方面都有大幅改善。主要優(yōu)勢：(1)設(shè)計(jì)上大幅提高回轉(zhuǎn)體強(qiáng)度和剛性，避免了傳統(tǒng)環(huán)冷機(jī)回轉(zhuǎn)體強(qiáng)度和剛性不足造成設(shè)備精度下降。(2)風(fēng)箱和回轉(zhuǎn)框架之間采用平面連續(xù)密封，有柔性材料、液體密封、顆粒狀介質(zhì)密封等密封方案，漏風(fēng)率小于5%，冷卻風(fēng)機(jī)裝機(jī)功率是傳統(tǒng)環(huán)冷機(jī)裝機(jī)功率的1/3，節(jié)能效果明顯。(3)臺(tái)車欄板上部和罩子采用鱗片式、落棒密封、平面迷宮式+機(jī)械密封、液體密封等密封方式；罩子采用保溫技術(shù)；采用合理熱風(fēng)循環(huán)技術(shù)；改善了余熱回收和余熱發(fā)電效果，噸礦發(fā)電量可達(dá)20kW·h以上。(4)顯著改善現(xiàn)場環(huán)境。將傳統(tǒng)環(huán)冷機(jī)改造為新型環(huán)冷機(jī)，可以顯著降低電耗，大幅提高余熱回收發(fā)電量，減少溫室氣體排放。

2.3 應(yīng)用變頻技術(shù)[10]

在設(shè)計(jì)風(fēng)機(jī)時(shí)，要考慮起動(dòng)、過載、漏風(fēng)、系統(tǒng)安全及生產(chǎn)組織等方面因素，以及長期運(yùn)行過程中可能發(fā)生的各種問題，選型時(shí)通常按系統(tǒng)最不利條件下的最大風(fēng)量和風(fēng)壓作為選型依據(jù)，這樣就造成風(fēng)機(jī)的能力比實(shí)際生產(chǎn)過程中的需求能力偏大，傳動(dòng)電機(jī)輸出功率比實(shí)際需求大20%～30%。

在傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)方式中，采用關(guān)閉風(fēng)門來調(diào)節(jié)風(fēng)量與壓力，一定程度上降低風(fēng)機(jī)的軸功率，同時(shí)也增加了管路阻尼，增加了管路損耗。如果采用變頻系統(tǒng)對風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速，風(fēng)門盡可能開大，通過降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速來限制風(fēng)量與壓力，降低風(fēng)機(jī)的軸功率。相比傳統(tǒng)調(diào)節(jié)方式，此時(shí)管路的阻尼不變甚至減少，節(jié)能效果更佳。風(fēng)機(jī)軸功率與轉(zhuǎn)速成三次方關(guān)系，因此，轉(zhuǎn)速差越大，節(jié)能越顯著。風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速后，通過降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速來控制風(fēng)量而產(chǎn)生的節(jié)能空間是很可觀的。

2.4 煙氣循環(huán)技術(shù)的主要特點(diǎn)[11][12]

煙氣循環(huán)燒結(jié)工藝是有選擇地將燒結(jié)過程排出的部分煙氣返回點(diǎn)火器后的臺(tái)車上部密封罩中循環(huán)使用的一種燒結(jié)方法。煙氣循環(huán)技術(shù)分為內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩種模式，內(nèi)循環(huán)模式是選取部分燒結(jié)機(jī)風(fēng)箱的煙氣進(jìn)行循環(huán)利用，外循環(huán)模式是選取主抽風(fēng)機(jī)后部分煙氣進(jìn)行循環(huán)利用。國外典型煙氣循環(huán)工藝主要有4種：日本新日鐵開發(fā)的區(qū)域性廢氣循環(huán)技術(shù)、荷蘭艾默伊登開發(fā)的排放優(yōu)化燒結(jié)技術(shù)EOS(Emission Optimized Sintering)、德國HKM公司開發(fā)的燒結(jié)過程降低排放和能耗優(yōu)化技術(shù)LEEP(Low Emission and Energy Optimized Sinter Process)以及奧地利奧鋼聯(lián)公司開發(fā)的燒結(jié)環(huán)境工藝優(yōu)化技術(shù)EPOSINT(Environmental Process Optimized Sintering)。國內(nèi)典型煙氣循環(huán)工藝是以寧波鋼鐵、寶鋼為代表的燒結(jié)廢氣余熱循環(huán)技術(shù)。

燒結(jié)煙氣循環(huán)利用的技術(shù)特點(diǎn)，是基于一部分熱廢氣被再次引入到燒結(jié)工藝過程的原理。熱廢氣再次通過燒結(jié)料層時(shí)，因熱交換和燒結(jié)料層的自動(dòng)蓄熱作用，可將廢氣的低溫顯熱全部供給燒結(jié)混合料，與此同時(shí)，熱廢氣中的二噁英、PAHs、VOC等有機(jī)污染物在通過燒結(jié)料層中1300℃以上的燒結(jié)帶時(shí)被分解，NOx在通過高溫?zé)Y(jié)帶時(shí)能夠通過熱分解被部分破壞，盡管二噁英、PAHs、VOC等有機(jī)污染物在燒結(jié)預(yù)熱帶可能重新合成，但廢氣循環(huán)燒結(jié)仍然可以顯著減少有機(jī)污染物的排放以及大幅度削減廢氣排放總量。

采用不同的煙氣循環(huán)工藝，帶來的節(jié)能效果不一樣，國外四種典型燒結(jié)煙氣循環(huán)工藝節(jié)能量為5%～20%。能耗的降低主要是通過循環(huán)煙氣中的高溫顯熱以及部分CO等可燃物的潛熱來替代燒結(jié)的固體燃料燃燒的熱能。國內(nèi)的燒結(jié)煙氣循環(huán)技術(shù)改造，相對比較簡單，循環(huán)利用的僅僅是燒結(jié)機(jī)頭機(jī)尾部分煙氣，故節(jié)能的效果一般，大約3%～5%。

由于燒結(jié)煙氣循環(huán)工藝會(huì)降低排出煙氣溫度，煙氣溫度對半干法循環(huán)流化床脫硫工藝的脫硫效率影響較大，當(dāng)煙氣脫硫采用半干法循環(huán)流化床工藝且原料含硫較高時(shí)，應(yīng)慎重選擇煙氣循環(huán)工藝。

2.5 噴吹富氫氣體燃料技術(shù)[13][14]

日本JFE公司2009年開發(fā)出了向燒結(jié)機(jī)料面噴加氫系氣體燃料LNG的Super-Sinter技術(shù)，在整體減少料層固體燃料配比的同時(shí)，在燒結(jié)料面噴入一定量的可燃?xì)怏w，在燒結(jié)負(fù)壓的作用下，可燃?xì)怏w被抽入燒結(jié)料層并在料層中的燃燒層上部被燃燒放熱。氣體燃料噴入技術(shù)對料層溫度分布、燒結(jié)礦組織、壓降及燒結(jié)餅孔隙方面有影響：(1)噴入氣體燃料，可擴(kuò)大1200～1400℃溫度帶寬。燃料氣體從料層上部噴入，不會(huì)提高料層最高溫度，在到達(dá)焦粉燃燒位置前溫度為650～750℃。(2)噴入氣體燃料，料層液相中的SFCA比例提高，玻璃相硅酸鹽比例下降，延長了1200～1400℃溫度帶的持續(xù)時(shí)間，提高燒結(jié)礦強(qiáng)度與還原性。(3)提高了1～5mm孔隙的燒結(jié)礦結(jié)合率，增加液相轉(zhuǎn)化，超過5mm孔隙的燒結(jié)礦比例提高。最終，1～5mm的孔隙減少，燒結(jié)礦強(qiáng)度增加；超過5mm孔隙燒結(jié)礦比例提高，改善了料層透氣性。(4)噴入氣體燃料，減少了燒結(jié)料中的燃料量。(5)在保持臺(tái)時(shí)產(chǎn)量相等情況下，噴入氣體燃料會(huì)產(chǎn)生高強(qiáng)度與強(qiáng)還原性的燒結(jié)礦。京濱1號(hào)燒結(jié)機(jī)利用LNG噴吹技術(shù)，減少約3.0kg/t燃料消耗，年減少CO2的排放近6萬t。梅鋼2015年實(shí)施焦?fàn)t煤氣噴加，噸礦工序能耗降低1.48kg標(biāo)煤。2016年韶鋼焦?fàn)t煤氣噴加實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了噸礦工序能耗降低1.99kg標(biāo)煤。2020年中天鋼鐵天然氣噴加實(shí)現(xiàn)了噸礦工序能耗降低2.63kg標(biāo)煤。

2.6 料面噴灑蒸汽技術(shù)[15][16]

料面噴灑蒸汽技術(shù)通過往燒結(jié)料層上面噴射蒸汽來提升空氣比熱(蒸汽的比熱是干燥空氣比熱的1.8倍)，同樣數(shù)量的空氣增添蒸汽就會(huì)在料層內(nèi)產(chǎn)生更強(qiáng)的熱交換能力；同時(shí)，能提高料層內(nèi)空氣滲入速度，料層內(nèi)滲入空氣混入蒸汽可大大增加其熱含量，因而料層增加濕氣可提高其熱傳導(dǎo)率；能提高CO2/(CO+CO2)比率，使得能用同樣數(shù)量的焦粉產(chǎn)生更多的熱量。燒結(jié)料面噴灑蒸汽后，由于提高了碳的燃盡程度，提高了碳和CO的燃燒速度且減輕了對氧的依賴，最終有助于降低燒結(jié)固體燃料消耗。

印度BSP鋼鐵公司曾在1號(hào)燒結(jié)機(jī)開展燒結(jié)機(jī)料層噴汽加濕工業(yè)試驗(yàn)；2015年5月京唐在1號(hào)550m2燒結(jié)機(jī)進(jìn)行了噴灑蒸汽工業(yè)試驗(yàn)，蒸汽噴灑量為2t/h水平，水蒸氣的溫度為130℃，壓力為0.3MPa。工業(yè)試驗(yàn)證明，燒結(jié)速度有所提高，燒結(jié)礦質(zhì)量有所改善，固體燃耗降低了1.64kg/t，返礦率降低了0.4%，轉(zhuǎn)鼓指數(shù)有所提高，5～10mm比例降低了0.8%。

2.7 生物質(zhì)能燒結(jié)技術(shù)[17][18]

生物質(zhì)能是可再生的清潔能源，是指由光合作用而固定在各種有機(jī)體中的太陽能，是光合作用產(chǎn)生的有機(jī)可燃物的總稱。我國生物質(zhì)能源豐富，其中農(nóng)作物秸稈及副產(chǎn)品、林業(yè)作物、水生植物及城市固體廢棄物資源總量相當(dāng)于我國煤炭年開采量的50%，每年可達(dá)6.5億t標(biāo)煤以上。我國可開發(fā)為能源的生物質(zhì)資源可達(dá)3億t標(biāo)煤，利用率不足10%，大量寶貴的生物質(zhì)能源被白白浪費(fèi)。由于燒結(jié)生產(chǎn)規(guī)模大，所需的燃料用量大，當(dāng)前能為鐵礦燒結(jié)提供燃料的生物質(zhì)資源主要是林木類生物質(zhì)、農(nóng)業(yè)秸稈廢棄物和加工廢棄物(指食品/農(nóng)產(chǎn)品加工廠、林業(yè)加工廠、酒廠、紙廠等加工排放的廢渣、廢液以及城市垃圾等)。應(yīng)用生物質(zhì)能替代煤炭類化石燃料進(jìn)行燒結(jié)，其燃燒產(chǎn)生的CO2參與大氣碳循環(huán)，加之生物質(zhì)燃料低S、低N的特點(diǎn)，因而可從源頭降低燒結(jié)CO2，SO2，NOx的產(chǎn)生。

國內(nèi)外對生物質(zhì)燃料在燒結(jié)中的應(yīng)用開展了相關(guān)研究，2004年澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織(CSIRO)采用紅桉樹炭化后的木炭替代焦粉進(jìn)行燒結(jié)試驗(yàn)研究；2010年荷蘭柯羅斯(Corus)技術(shù)與發(fā)展研究中心研究了橄欖樹殘?jiān)⑾蛉湛麣?、杏仁殼等生物質(zhì)燃料分別取代25%的焦粉對燒結(jié)料層熱波曲線的影響；中南大學(xué)甘敏系統(tǒng)研究了木質(zhì)炭、秸稈炭、果核炭等三種典型的生物質(zhì)燃料的物化特性、微觀結(jié)構(gòu)特征及熱化學(xué)行為，揭示了生物質(zhì)燃料性質(zhì)與焦粉的差異，研究了生物質(zhì)能影響鐵礦燒結(jié)的機(jī)理與規(guī)律；東北大學(xué)劉超等研究了鋸末的碳化處理與成型處理。

由于生物質(zhì)燃燒性好，使燒結(jié)燃燒前沿速度加快，導(dǎo)致與傳熱前沿速度不匹配；由于生物質(zhì)反應(yīng)性好，使燃料與CO2快速反應(yīng)生成大量的CO，導(dǎo)致燃料不完全燃燒程度增加，進(jìn)而使燒結(jié)料層溫度降低、高溫保持時(shí)間縮短。因此，生物質(zhì)替代焦粉后燒結(jié)礦成品率和轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度降低、利用系數(shù)下降。須通過生物質(zhì)燃料的制備技術(shù)、改性處理技術(shù)等強(qiáng)化技術(shù)，改善生物質(zhì)替代焦粉后的燒結(jié)指標(biāo)。

生物質(zhì)燃料用于燒結(jié)是減少燒結(jié)溫室氣體排放的發(fā)展方向之一，要在燒結(jié)生產(chǎn)中大規(guī)模使用生物質(zhì)燃料，還需在生物質(zhì)燃料的收集、加工、制備、配加等方面開展大量研究。

2.8 微波燒結(jié)技術(shù)

微波是指頻率在300MHz-300GHz的電磁波，微波燒結(jié)是利用微波具有的特殊波段與材料的基本細(xì)微結(jié)構(gòu)耦合而產(chǎn)生熱量，材料的介質(zhì)損耗使其材料整體加熱至燒結(jié)溫度而實(shí)現(xiàn)致密化的方法。微波燒結(jié)具有加熱速度快、均勻加熱、選擇性加熱、節(jié)能高效、易于控制、清潔衛(wèi)生、安全無害等特點(diǎn)。[19]

傳統(tǒng)的燒結(jié)礦生產(chǎn)工藝中，需要用煤氣點(diǎn)火、在原料中配入焦粉或煤粉等固體燃料提供固化反應(yīng)需要的熱量，煤氣與焦粉或煤粉等固體燃料是化石燃料，在生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量CO2。如果采用綠電+微波燒結(jié)工藝，利用微波提供燒結(jié)過程需要的熱量，則可以取消燒結(jié)過程化石燃料燃燒的碳排放，大幅減少燒結(jié)工序碳排放。

國內(nèi)已開展了大量微波燒結(jié)研究，有專利公開了一種鐵礦石微波燒結(jié)方法：其工藝流程為將鐵礦石、熔劑、返礦和含鐵固廢經(jīng)配料和混合制粒后用圓輥給料方式直接裝入已鋪好鋪底料的燒結(jié)臺(tái)車上；將裝滿混合料的燒結(jié)臺(tái)車按照設(shè)定的移動(dòng)速度依次經(jīng)過預(yù)熱一段、預(yù)熱二段、微波加熱段、微波燒結(jié)段、冷卻一段、冷卻二段和冷卻三段，使混合料經(jīng)預(yù)熱、加熱、燒結(jié)和冷卻后成礦，再經(jīng)破碎篩分后得到成品燒結(jié)礦。采用該發(fā)明[20]可以不使用燃料，不需要燒結(jié)點(diǎn)火裝置，并實(shí)現(xiàn)絕大部分煙氣循環(huán)利用，能徹底解決鐵礦石燒結(jié)工藝的污染物排放問題和降低能源消耗，實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保生產(chǎn)。微波加熱段溫度為1220～1350℃，微波燒結(jié)段保溫時(shí)間為10～5min,微波燒結(jié)氧含量10%～21%。普通燒結(jié)的成品率為77.75%、轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度為77.23%、平均粒度為19.33mm、鐵酸鈣含量為33.56%、外排廢氣量為3200m3/t，微波燒結(jié)的成品率為79.03%～84.36%、轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度為78.45%～82.24%、平均粒度為19.84～22.46mm、鐵酸鈣含量為36.35%～45.24%、外排廢氣量為0～100m3/t。

與傳統(tǒng)燒結(jié)相比，微波燒結(jié)在燒結(jié)工藝、原料配比、燒結(jié)料層的狀態(tài)分布等方面發(fā)生了較大改變。當(dāng)燒結(jié)原料為包括含鐵原料、熔劑及返礦等常規(guī)燒結(jié)混合料時(shí)，無需添加固體燃料，燒結(jié)混合料焙燒固結(jié)所需能量全部由微波提供。在燒結(jié)過程中，燒結(jié)料層的狀態(tài)分布完全發(fā)生改變，垂直方向沒有依次分布的五個(gè)帶(燒結(jié)礦帶、燃燒帶、預(yù)熱帶、干燥帶、過濕帶)。燒結(jié)混合料中沒有燃料，無需助燃，因此所需風(fēng)量大幅度減少，從而降低抽風(fēng)機(jī)的壓力，煙氣量也大幅減少；同時(shí)，氮氧化物與碳氧化物等污染物也大幅減少。為保證燒結(jié)礦質(zhì)量，一般追求液相反應(yīng)為主，粘結(jié)相以鐵酸鈣粘結(jié)相為主。[21]

綠電+微波燒結(jié)是綠色低碳燒結(jié)的發(fā)展方向之一，盡管實(shí)驗(yàn)室研究已取得一定成果，但要大規(guī)模應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，還有很長的路要走。

2.9 電石渣利用技術(shù)[22]

電石渣是由電石加水生成乙炔氣過程中產(chǎn)生的廢渣，電石渣的主要成分是Ca(OH)2，雖然可以利用電石渣生產(chǎn)水泥、制磚、生產(chǎn)化工原料等，但電石渣并未被完全消納，仍有大量電石渣被堆存。

將化工企業(yè)產(chǎn)生的電石渣代替生石灰用于脫硫、燒結(jié)生產(chǎn)等，降低生產(chǎn)成本，減少CO2排放。電石渣與消石灰的成分接近、水分小于5%、粒度小于74μm，非常適合用于半干法脫硫，而且省去了將生石灰破碎至小于74μm及生石灰消化兩道生產(chǎn)工序，可以用電石渣代替消石灰直接用于半干法脫硫；循環(huán)流化床半干法脫硫工藝有一個(gè)缺陷，開機(jī)時(shí)由于煙氣溫度低，一般有1～3個(gè)SO2小時(shí)均值超標(biāo)，通過使用電石渣已可以做到開機(jī)SO2不超標(biāo)。

生石灰的生產(chǎn)是一個(gè)高能耗和高二氧化碳排放過程，用電石渣代替生石灰的環(huán)保效益主要是能減少電石渣堆放污染環(huán)境、減少能源消耗及二氧化碳排放等。生石灰的碳排放由兩部分組成：(1)碳酸鈣分解產(chǎn)生二氧化碳的排放；(2)煅燒生石灰過程消耗的化石燃料、電力、熱力等的直接與間接排放。計(jì)算碳酸鈣分解產(chǎn)生二氧化碳的排放，用電石渣代替生石灰，每使用1t電石渣，可以減少0.516tCO2排放。

3 降低八鋼燒結(jié)工序CO2排放量的建議

目前，八鋼燒結(jié)工序的CO2排放強(qiáng)度為0.21tCO2/t粗鋼，燒結(jié)工序CO2排放量占整個(gè)鋼鐵廠CO2總排放量的10.26%；八鋼燒結(jié)工序CO2排放強(qiáng)度為0.1614 tCO2/t燒結(jié)礦，CO2排放前三位分別是固體燃料占65.68%、電力占17.30%、蒸汽占11.92%。

為降低燒結(jié)工序CO2排放，八鋼燒結(jié)工序針對電石渣進(jìn)行了研究，電石渣太細(xì)且流動(dòng)性太好，在燒結(jié)配料倉內(nèi)易出現(xiàn)起拱、堵塞、下料不暢、噴灰等情況，影響到燒結(jié)配料精度，通過對存在問題的系統(tǒng)研究，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際，研制了燒結(jié)配料配加電石渣裝置，并應(yīng)用到八鋼燒結(jié)生產(chǎn)中，電石渣下料量波動(dòng)小于±0.1t/h。

通過對國內(nèi)外低碳燒結(jié)新技術(shù)的研究，結(jié)合八鋼燒結(jié)工序現(xiàn)有裝備、CO2排放量及構(gòu)成，提出幾點(diǎn)建議：(1)燒結(jié)工序應(yīng)持續(xù)完善電石渣利用技術(shù)，提高電石渣在燒結(jié)與脫硫中的用量；(2)優(yōu)先實(shí)施燒結(jié)機(jī)臺(tái)車加寬技術(shù)，參考國內(nèi)外的成功經(jīng)驗(yàn)，八鋼可以采用臺(tái)車加寬技術(shù)將3臺(tái)燒結(jié)機(jī)臺(tái)車加寬約10%，提高燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量，降低能耗，減少溫室氣體排放；(3)采用新型環(huán)冷機(jī)技術(shù)、變頻技術(shù)，可以在A#主抽風(fēng)機(jī)、除塵風(fēng)機(jī)、高壓水泵等采用變頻調(diào)速，降低電耗，減少間接溫室氣體排放；(4)有選擇性地實(shí)施噴吹富氫氣體燃料技術(shù)、煙氣循環(huán)技術(shù)、料面噴灑蒸汽技術(shù);(5)研究與跟蹤微波燒結(jié)技術(shù)、生物質(zhì)能燒結(jié)技術(shù)等前沿低碳燒結(jié)技術(shù)，減少燒結(jié)工序溫室氣體排放。

4 結(jié)束語

國家關(guān)于“碳達(dá)峰、碳中和”提出了明確的目標(biāo)。鋼鐵生產(chǎn)燒結(jié)工序應(yīng)該循序漸進(jìn)推進(jìn)“雙碳”行動(dòng)，筆者提出以下建議：

(1)優(yōu)化燒結(jié)工藝參數(shù)降低燒結(jié)工序能耗。通過采取改善制粒效果、厚料層操作、提高混勻礦成分穩(wěn)定率、改善燃料粒度組成、優(yōu)化燒結(jié)配混料工藝、燒結(jié)系統(tǒng)漏風(fēng)治理等一系列措施，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降碳。

(2)開展前沿顛覆性技術(shù)研究，大幅降低化石燃料用量，改變燒結(jié)工序能源結(jié)構(gòu)，將目前以化石燃料為主過渡到綠電、綠氫等為主。

(3)健全能源管理體系，應(yīng)用先進(jìn)高效產(chǎn)品設(shè)備，淘汰落后低效設(shè)備，推進(jìn)重點(diǎn)用能設(shè)備節(jié)能增效；實(shí)施節(jié)能降碳升級(jí)改造，大幅提升能源利用效率。

(4)推進(jìn)燒結(jié)余熱回收系統(tǒng)升級(jí)改造，推動(dòng)低品位余熱回收，提高燒結(jié)煙氣顯熱和冷卻機(jī)廢氣顯熱的利用效率。

(5)利用燒結(jié)工藝的優(yōu)勢，提高固廢綜合利用量，提高資源利用效率，充分發(fā)揮減少資源消耗和降碳的協(xié)同作用。

(6)深化可再生能源建筑應(yīng)用，推廣燒結(jié)廠光伏發(fā)電與建筑一體化應(yīng)用。