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攻關(guān)故事

近日，由首鋼技術(shù)研究院、首鋼股份及首礦建公司聯(lián)合攻關(guān)、研發(fā)的“燒結(jié)環(huán)冷余熱高效利用及廢氣零排放技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用”項(xiàng)目榮獲首鋼科學(xué)技術(shù)獎一等獎。該項(xiàng)目歷時8年基礎(chǔ)研究、1年工程攻堅(jiān)取得的突破性創(chuàng)新成果，在首鋼股份360m2燒結(jié)機(jī)上實(shí)現(xiàn)了環(huán)冷廢氣“零排放”與能源利用率大幅提升，為鋼鐵行業(yè)綠色低碳發(fā)展樹立了新標(biāo)桿。

1、破解行業(yè)痛點(diǎn) 從能耗大戶到節(jié)能先鋒

鋼鐵行業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的重要支柱，但燒結(jié)工序作為其核心環(huán)節(jié)之一，能耗占比高達(dá)15%-20%，且污染物排放問題突出?！懊可a(chǎn)1噸燒結(jié)礦，就有10公斤標(biāo)煤的熱量消散在空氣中，尤其是環(huán)冷機(jī)中后段廢氣量大、攜帶顯熱多，這樣白白排放掉，著實(shí)可惜?！笔卒摷夹g(shù)研究院首席技術(shù)專家潘文指著環(huán)冷機(jī)上的排氣口，眉頭緊鎖。更棘手的是，國內(nèi)外尚無燒結(jié)機(jī)在30%高比例煙氣循環(huán)條件下實(shí)現(xiàn)環(huán)冷機(jī)廢氣零排放的先例。如何同時實(shí)現(xiàn)燒結(jié)環(huán)冷機(jī)能源利用效率提升和清潔生產(chǎn)，成為行業(yè)亟待解決的難題。

將環(huán)冷機(jī)廢氣返回到燒結(jié)機(jī)料面是最經(jīng)濟(jì)、最高效、最環(huán)保的回收利用方式。但是，環(huán)冷機(jī)中后段廢氣溫度低、體量巨大，燒結(jié)機(jī)實(shí)施煙氣循環(huán)后料面難以消納如此巨量的煙氣，同時環(huán)冷機(jī)冷卻制度改變后燒結(jié)礦冷卻效果難以得到保證……每一項(xiàng)都是橫亙在團(tuán)隊(duì)面前的“技術(shù)冰山”。潘文表示：“我們不僅要解決余熱利用的技術(shù)瓶頸，還要確保廢氣零排放后燒結(jié)礦質(zhì)量穩(wěn)定，這對系統(tǒng)協(xié)同性和工藝精準(zhǔn)性提出了極高要求。”

由技術(shù)研究院、首鋼股份及首礦建公司聯(lián)合組成的技術(shù)團(tuán)隊(duì)直面挑戰(zhàn)，以極致效率、極致能效、極低成本、極優(yōu)配置——“四個極致”為目標(biāo)，圍繞環(huán)冷機(jī)余熱回收、廢氣零排放、冷卻制度優(yōu)化等核心問題踏上了一段持續(xù)數(shù)年的技術(shù)長征之路。

2、三大創(chuàng)新突破 技術(shù)引領(lǐng)行業(yè)變革

環(huán)冷-燒結(jié)風(fēng)量協(xié)同匹配，實(shí)現(xiàn)廢氣全量回收。針對環(huán)冷機(jī)中后段廢氣溫度低、利用難度大的問題，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新提出“環(huán)冷機(jī)與燒結(jié)機(jī)風(fēng)量協(xié)同利用”技術(shù)路徑。通過優(yōu)化風(fēng)量匹配模型，將環(huán)冷機(jī)外排廢氣全量輸送至燒結(jié)機(jī)料面，作為助燃空氣循環(huán)利用，首次在燒結(jié)機(jī)煙氣循環(huán)比例高達(dá)30%的條件下實(shí)現(xiàn)廢氣零排放。該技術(shù)突破傳統(tǒng)余熱回收的局限，使廢氣利用率提升至100%。

梯級循環(huán)技術(shù)，低品質(zhì)余熱“變廢為寶”。項(xiàng)目首創(chuàng)“廢氣梯級循環(huán)利用”技術(shù)，通過將低溫廢氣與高溫?zé)Y(jié)礦進(jìn)行高效的熱交換，將低溫廢氣轉(zhuǎn)化為高品質(zhì)熱能。技術(shù)實(shí)施后，首鋼股份余熱鍋爐入口溫度提高40℃-60℃，燒結(jié)工序蒸汽回收量提升近40%，年增加發(fā)電量超1600萬千瓦時，相當(dāng)于減排二氧化碳1.2萬噸。

智能監(jiān)測系統(tǒng)，保障生產(chǎn)穩(wěn)定高效。為確保廢氣零排放后燒結(jié)礦冷卻效果，團(tuán)隊(duì)開發(fā)了國內(nèi)首套“燒結(jié)礦冷卻狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)”，實(shí)時監(jiān)控出礦溫度、粒度等關(guān)鍵參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了冷卻制度的動態(tài)調(diào)整。系統(tǒng)應(yīng)用后，燒結(jié)礦返礦率降低0.3個百分點(diǎn)，固體燃耗降低0.6kg/t，在節(jié)能降耗的同時，產(chǎn)品質(zhì)量保持行業(yè)領(lǐng)先水平。

3、成效亮眼 經(jīng)濟(jì)效益社會效益雙豐收

基于現(xiàn)場的創(chuàng)新，有傳承、有延伸、有顛覆。憑借這項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)的加持，自2024年4月這項(xiàng)技術(shù)投用以來，首鋼股份360m2燒結(jié)機(jī)累計(jì)節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤超3.2萬噸，年經(jīng)濟(jì)效益達(dá)1058萬元。

“現(xiàn)在，燒結(jié)環(huán)冷機(jī)上再也沒有外排口了，徹底實(shí)現(xiàn)了零排放！另外，每年通過環(huán)冷機(jī)余熱發(fā)電系統(tǒng)增產(chǎn)的蒸汽獲得的額外發(fā)電量，就能供一個3萬戶規(guī)模的城鎮(zhèn)用上1個月，要是用來給新能源汽車充電，可以繞著地球赤道跑1500圈！”潘文自豪地說。

首鋼股份煉鐵作業(yè)部燒結(jié)首席作業(yè)長王春來也激動地說：“我們是發(fā)起者，更是第一受益者。這個項(xiàng)目在燒結(jié)工序節(jié)能和環(huán)保等方面起到了示范引領(lǐng)作用，也必將促進(jìn)燒結(jié)綠色、低碳技術(shù)的發(fā)展。”

首鋼的實(shí)踐印證了一個真理：在“雙碳”進(jìn)程中，沒有天生的領(lǐng)跑者，只有永不言棄的破局者。這項(xiàng)來之不易的技術(shù)創(chuàng)新也獲得了鋼鐵同行們的高度評價。2024年，首鋼股份8號360m2燒結(jié)機(jī)在全國重點(diǎn)大型耗能鋼鐵生產(chǎn)設(shè)備節(jié)能降耗對標(biāo)競賽中獲得了“冠軍爐”稱號。中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會專家評價道：“這項(xiàng)技術(shù)為行業(yè)提供了可復(fù)制的低碳解決方案，對實(shí)現(xiàn)‘雙碳’目標(biāo)具有重要示范意義；同時，也重塑了人們對傳統(tǒng)工業(yè)的認(rèn)知——高耗能與高效率、重污染與零排放之間，只隔著一道創(chuàng)新的橋梁。”目前，該技術(shù)已申請專利7項(xiàng)，相關(guān)技術(shù)創(chuàng)新成果被納入《鋼鐵行業(yè)超低排放改造技術(shù)指南》。

在“雙碳”目標(biāo)引領(lǐng)下，科技創(chuàng)新正成為鋼鐵行業(yè)綠色崛起的核心引擎，“燒結(jié)環(huán)冷余熱高效利用及廢氣零排放技術(shù)”的成功開發(fā)，是首鋼推動技術(shù)創(chuàng)新成為第一競爭力的生動實(shí)踐，彰顯了首鋼在原始創(chuàng)新方面的強(qiáng)大實(shí)力，也標(biāo)志著我國鋼鐵工業(yè)在節(jié)能降耗與環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域邁出了重要一步，為全球鋼鐵行業(yè)探索經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)效益的協(xié)同發(fā)展提供了新路徑。

項(xiàng)目名片

燒結(jié)環(huán)冷余熱高效利用及廢氣零排放技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用，是首鋼集團(tuán)有限公司技術(shù)研究院、北京首鋼股份有限公司、北京首鋼礦山建設(shè)工程有限責(zé)任公司合作完成的創(chuàng)新項(xiàng)目。該項(xiàng)目首次實(shí)現(xiàn)了燒結(jié)機(jī)煙氣循環(huán)比例高達(dá)30%條件下的環(huán)冷機(jī)廢氣零排放，開發(fā)了環(huán)冷機(jī)廢氣梯級循環(huán)利用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了低品質(zhì)余熱向高品質(zhì)余熱的高效轉(zhuǎn)換，開發(fā)了燒結(jié)礦冷卻狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)，制定了環(huán)冷機(jī)零排放條件下的合理冷卻制度，實(shí)現(xiàn)了燒結(jié)礦高效冷卻，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。