烧结烟气循环技术研究现状与发展前景

大学，北京100049)摘要:烧结烟气循环技术在大幅削减烧结烟气量的情况下，可同时提高烧结余热利用效果，减少污染物

排放，是国内外烧结机升级改造的主要技术路线。分析了烧结烟气的特点，对比了国内外烟气循环技术 的研究和应用现状，重点介绍了内循环技术的原理、实际应用效果和未来发展前景。提出内循环是适应

我国国情的烟气循环改造技术。内循环技术的应用效果取决于对工艺的理解和设计，应针对具体烧结 机开展差异化设计，以达到最优工艺目标。关键词：烧结烟气;外循环;内循环;节能减排中图分类号：X756

文献标识码：A 文章编号：1006 -5008(2019)S1 -0001 -06doi：10.13630/j. cnki. 13 一 1172. 2019. S101RECENT ADVANCES AND DEVELOPMENTPROSPECT OF SINTERING FLUE GAS CYCLE TECHNOLOGYLi Chaoqun1,2, Xu Wenqing1, Zhu Tingyu1(1. National Engineering Laboratory for Hydrometallurgical Cleaner Production Technology, Institute of

Process Engineering, Chinese Academy of Sciences, Beijing, 100190 ； 2. University of Chinese Academy of

Sciences, Beijing, 100049)Abstract： Sintering flue gas circulation technology can simultaneously improve the utilization of sintering

waste heat and reduce pollutant emissions while greatly reducing the amount of sintering flue gas. It is the main technical route for upgrading and refining sintering machines at home and abroad. Based on the charac­

teristics of sintering flue gas, this paper analyzes and compares the research and application of flue gas circu­

lation technology at home and abroad, and introduces the principle, practical application effect and future de­

velopment and application prospect of internal circulation technology. It is proposed that the inner circulation

is a flue gas circulation transformation technology adapted to China' s national conditions. The application

effect of the internal circulation technology depends on the understanding and design of the process, and the

differential design should be carried out for the specific sintering machine to achieve the optimal process tar­get.Key Words： flue gas circulation； external circulation； internal circulation； energy conservation and emission

reduction0 引言氧化物排放量逐年下降，但与此同时工业废气的排 放量却在不断增加，与2000年相比,2010年工业废

近些年来，我国高度重视大气污染治理,烟气排

放标准更加严苛，废气治理力度不断加大，脱硫脱硝 气排放量增长了 2.76倍，废气排放量的快速增长抵 消了废气治理的成果。因此，在关注污染物浓度减

等废气治理设施逐渐普及，使得全国二氧化硫和氮收稿日期：2019 -08 -15基金项目：国家重点研发计划(2017YFC0210304)排的同时加强烟气排放量削减对改善大气环境减轻 大气污染意义重大。钢铁工业是我国重要的支柱产业，其生产规模 大，同时污染物排放量也高，其中烧结机是钢铁行业

1作者简介:李超群(1992 -),男，博士，就读于中国科学院过程工程 研究所环境工程专业，从事烧结烟气循环工艺开发和研究工作,E -

mail：chqli@ ipe. ac. cn

HEBEI YEJIN主要的废气排放来源，其烟气排放量约占钢铁生产 的40% [1]，为削减烧结机废气排放和控制污染，烧 结机烟气循环技术逐渐兴起。烧结烟气循环技术是

烧结烟气中还含有HC1、HF等多种污染物，烟气成

分复杂。表1钢铁烧结烟气排放特征指标指标值将烧结过程排出的一部分载热气体返回烧结点火器 以后的台车上再循环使用的一种烧结方法⑵，通过

烟气量(标态)/(m3/t)4 000 ~6 000(烧结矿)>30热烟气的循环，既减少了外排烟气量⑶，降低了烟气 净化设施的处理负荷，又回收了烧结烟气的余热，提

烟气量变化/%烟气温度/贮80-180400 ~5 00014-188 ~13高烧结的热利用效率，降低燃料消耗⑷，已成为烧结

SO2 浓度(标态)/(mg/m3)氧含量/%机绿色升级改造的主流技术。1

烧结烟气排放特点典型的烧结烟气如表1所示，其烟气排放量巨

水分含量/%其他污染物HCI、HF、NO“、CO、重金属及二噁英等大，同时由于烧结自身工艺的不稳定，所产生的烟气 流量、温度、SO：浓度会有大幅度变动⑷。烟气中氧

烧结工艺操作为机头点火，燃烧在烧结机长度 方向连续进行，因此，沿烧结机长度方向其产生的烟

含量受漏风和操作负压影响在14% ~18%。为了

提高烧结混合料的透气性，混合料在烧结过程中必 须加适量的水制成小球，所以烧结烟气含水量大，

气存在明显的差异。烧结机长度方向烟气温度和污 染物浓度分布差异如图1所示。按体积比计算，水分含量可达8% ~13%[7]0同时

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烧结烟气温度主要与燃料燃烧放热有关，同时 也受到床层蓄热作用影响导致其烧结机长度方向呈

现机尾“火山型”分布⑷。烧结初期燃料燃烧产生 的热烟气向下加热湿料层导致烟气温度较低，湿料

层中的水不断蒸发，携带大量水蒸气烟气进一步向 2-n O

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觇紺号17 19 21 23 250图1烧结机长度方向烟气温度和污染物浓度分布差异下温度逐渐降低水汽冷凝进而形成过湿带。随着燃

烧进行，当过湿带到达烧结床层底部并最终消失时 热烟气穿透床层，烟气温度快速升高，当燃烧结束

时,温度达到最高到达烧结终点，随后在抽风冷却作 用下温度逐渐降低。河北冶金2019年9月烧结烟气中的CO*主要由固体燃料的燃烧产 生，而o2参与燃烧，因此呈现与CO”相反的变化趋 势⑼。在点火阶段，燃料燃烧导致烟气中的CO”浓 度快速上升，而。2含量迅速下降。烧结中期燃烧

住友金属工业株式会社首先开展烧结机废气循环的 生产试验，国外应用的典型工艺包括日本新日铁

区域性烟气循环工艺、荷兰艾默伊登钢铁厂的EOS

(Emission Optimized Sintering) I 艺、德国 HKM 公

趋于稳定,产生的CO*快速下降并趋于稳定，这种 现象一直持续到烧结终点前。当烧结烟气温度达到

司的 LEEP(Low Emission & Energy Optimized Sinter

Process)I艺和奥钢联林茨钢厂的Eposint(Environ­mental Process Optimized Sintering)工艺等[2,4,5]。国

最高点时,燃料燃烧结束02浓度恢复至空气水平， 而CO”浓度下降到几乎为0[10] o外应用的生产实践表明，利用烧结烟气循环技术明 显减少了废气的排放量，可实现烟气减排25% ~ 40% ,具有重大的环境和社会效益。与国外相比，我

烧结烟气中NO”主要以NO为主，其来源为燃 料型NO,,因此其变化规律也主要受燃烧影响。烧 结点火阶段固体燃料燃烧缓慢因此NO,浓度较

国烧结烟气循环技术应用起步较晚。2009年宝钢 率先开始烟气循环工艺研究及产业化应用，并于 2013年在宁钢实现示范工程投产mi。随着中国钢

低，点火后随燃烧趋于稳定，NO”迅速上升并趋于 稳定，直至到达烧结终点，燃烧结束NO”浓度逐步 下降到0。铁行业超低排放改造的持续推进，烧结烟气循环工

烧结烟气中的SO2主要是由含铁原料中和燃

艺在中国实现了快速的发展和应用。烧结烟气循环技术根据循环烟气取气位置不同 可分为内循环工艺和外循环工艺「⑷，如图2所示，

料中的硫化物氧化生成，烧结生产的整个过程随燃 烧进行SO2持续释放，但在烟气温度快速升高之

前,烟气中SO2浓度一直处于较低且较稳定状态，

外循环工艺是从烧结主抽风机后，分流部分烟气返 回烧结台车上方循环烟气罩内，重新参与烧结过程。

这是由于so2产生后向下遇到烧结过湿带，SO2即

被吸收并不断累积，当烟气温度开始快速升高，过湿 带消失，料层原先吸收的SO2快速释放导致so2浓

其工艺简单，工程量小。典型的工艺代表为荷兰艾

默伊登钢铁厂的EOS工艺，如图3所示。其在主烟 道主抽风机后分流约45%的烟气在循环风机驱动

度迅速升高，当燃烧带接近烧结料底层和达到烧结

终点之前,SO2浓度达到最大值。由此可以看出，烧 结生产过程中的SO2浓度与烟气温度存在对应关 系，但SO2浓度最大值出现的时间点比烟气温度最

下直接进入循环烟气密封罩，为满足烧结燃料燃烧 所需氧含量，通过新风风机抽取新鲜空气吹入密封

罩与循环烟气混合后其密封罩内氧含量为14%，温

高点的时间要提前一些W2

度120 t，水含量10%。该工艺应用后实现烟气减 量40% ,但由于循环烟气氧含量低且含有大量的

烟气循环技术应用与研究现状烧结烟气循环技术由日本钢铁公司于上世纪 70年代在生产实践中提出的，并于1981年在日本

新时空气水，导致燃料燃烧不充分,烧结床层透气性恶化，烧

结产量降低，烧结矿质量下降⑵O3HEBEI YEJIN内循环工艺是根据烧结机长度方向的烟气分布 差异，选取部分风箱烟气循环回烧结台车烟气密封

机的设计运行特点和生产减排目标，内循环通过合 理的工艺设计可实现烟气减量、生产节能、污染物减 排等功能特点，其典型的工艺包括奥钢联林茨钢

罩进行烟气再利用的一种工艺方式，如图4所示。 该工艺通过在风箱直接取气可以实现循环烟气量、

厂的Eposint工艺和宝钢宁钢应用的烧结废气余热 循环技术。循环烟气温度、循环烟气组分的灵活调节，根据烧结

如图5所示，奥钢联林茨钢厂250 n?烧结机应 用的Eposint工艺，选取烧结机中部风箱烟气经除尘 后,通过循环风机引入烧结台车上方烟气罩内，为补

实现烟气循环率25% -28% ,充分利用烟气余热和

环冷余热，降低了焦粉单耗,提高了烧结机产量。但

烧结机中部高浓度S02循环进入烧结床层后过 剩的硫被固定到烧结矿中，导致烧结矿硫含量明

充烟气罩内氧含量，同时充分利用烧结余热,抽取部 分环冷热气与循环烟气混合后进入烟气罩。该工艺显提高国外烟气循环技术起步早,设计运行经验丰富， 外设计运行经验基础上，开发应用了烧结废气余热 循环技术，如图6所示。选取烧结机头尾部箱烟气

但针对我国钢铁工业以烧结矿为主要高炉炉料的特

点，其牺牲烧结产质量实现烟气减量和余热利用的 混合除尘后循环回烧结台车上方烟气罩，避免了高

设计理念在我国并不适用。基于此，宝钢在吸取国

4硫烟气进入密封罩，同时保证了密封罩内氧含量，对河北冶金2019年9月18% -23%，循环烟气罩内温度约200 ^[13'16]0烧结生产基本无影响。该工艺应用后，烟气循环率

图6烧结废气余热循环技术工艺流程通过以上分析可以看出，外循环工艺是通过被 动接受主烟道烟气实现高比例的烟气减量，工艺简 单粗放，对烧结生产影响大，适用于对烟气减量 需求高，对烧结产质量需求低的钢铁生产企业，在欧

立烟气循环烧结模型，预测循环烧结工艺的温度场 分布[“」，可实现对主烟道烟气和循环烟气的有效温

度。以国内某钢厂360 m2烧结机为例，为实现烧结 烟气减量，同时减少固体燃料消耗，技术团队在测试

洲严格的环境保护和以球团矿为主的炉料结构 情况下应用广泛。内循环工艺灵活，通过科学

数据和模拟预测结果支撑下提出如图7所示烟气选 择性循环方案，工艺选取机尾高温高氧风箱和机头

选取循环烟气可实现烧结机节能/减排/增产等多种

功能需求，是我国未来实现清洁绿色烧结的主流 技术发展方向。3

高CO风箱混合后循环回烧结台车上方烧结机中部 使用，混合后烟气温度＞200覽，氧含量＞17% ,SO2 和水含量均低于设计值，工艺设计循环风箱6个，烟 气循环率25% ,备用风箱2个，方便根据生产情况

烧结烟气选择性循环节能减排技术烧结烟气内循环工艺与烧结生产过程高度的融 合和匹配是工艺设计设计运行效果优劣的重要保 证，考虑到中国烧结机生产的客观情况以及每台烧

调节主烟道烟气温度和流量，系统采用自动控制与 烧结生产联动以防止循环烟气外溢，保证系统的安 全稳定运行。系统自2018年投运后稳定运行实现

结机的运行状态的差异，中国科学院过程工程研究

所经过8年时间的研发提出了基于烟气测试和数值 仿真模拟的定制化烟气循环设计方案——烧结烟气

吨矿烟气量减排21. 5% ,吨矿固体燃料消耗降低 10.8% ,产量提升6. 2%,实现烟气循环率25% ~

30%，吨烧结矿CO减排4.4 kg,并已在全国推广8

选择性循环节能减排技术。该技术通过对烧结机进 行详细的烟气和热工测试，结合每台烧结机的生产 运行情况为每台烧结机提供定制化方案设计，力求 在不影响烧结生产产质量情况下实现烟气减量最大

台套烧结机配套应用，取得了良好的环境、经济和社

会效益。2019年5月7日，通过由中国环境科学学 会组织的科技成果鉴定,鉴定委员会专家一致认为：

化。为充分利用余热，采用数值仿真模拟的方法建 该项目成果整体上达到国际领先水平。烟由

I便礎陀别

匸舶.曲机 除丁|;器烧茫机图7烧结烟气选择性循环节能减排技术工艺流程54

结语与应用前景烧结烟气循环技术通过废气再利用大幅度削减

了烧结烟气的排放量，为烧结烟气的末端治理减轻 了负担。充分利用烧结机长度方向烟气分布差异设

计开发的内循环工艺，工艺灵活功能全面，对烧结生 产影响小，是符合我国国情的工艺体系。基于不同

烧结机的生产运行特点和节能减排目标，详细的烟 气测试和工艺效果预测是保证烟气循环效果实现的 前提和保障。在当前钢铁烧结面临巨大减排压力情

况下，烟气循环技术为烧结的绿色发展提供了新的

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