聚焦自主创新 用心铸造绿色低碳未来——专访中冶长天副总经理、总工程师叶恒棣
中冶长天国际工程有限责任公司（简称：中冶长天）在铁前领域尤其是烧结球团领域独具专长，是中国冶金铁前技术和装备发展的主要引领者和推动者。
在冶金环保领域，自主开发了一系列节能环保核心技术及装备——厚料层烧结及烧结机综合密封技术、新型液密封环冷机、烧结烟气及余热烟气耦合循环新技术、烧结余热高效利用-直联炉罩式余热锅炉技术、活性炭烟气多污染物协同治理技术等，均已达到国际先进水平，大大提升了钢铁行业的节能降耗水平。
在工业固废和危废处理、土壤修复、重金属治理、生活垃圾处理处置、城镇污水和工业废水治理等市政环保领域，技术实力雄厚，业绩覆盖全国多个地区，是国内固废和危废处理领域的领先者。
记者：绿色是“十四五”时期钢铁工业发展的底色，请您谈谈对此的认识。
叶恒棣：钢铁工业绿色发展任务包括两方面，即污染物排放控制和温室气体排放控制。污染物排放控制的目标是大气污染物超低排放以及固废、废水“零排放”；温室气体排放控制的目标是碳达峰和碳中和。温室气体控制为污染物减排创造了条件，而污染物减排与治理必须在低碳的前提下进行。
钢铁工业碳排放量在全国工业总量中占比18.72%，仅次于火力发电。我国粗钢产量近30年逐年上涨；吨钢CO2排放量在1995年达峰，之后呈逐年下降趋势；由能源消耗引起的CO2排放量在2014年达峰，之后呈逐年下降趋势。从单位产量上看，钢铁工业已经碳达峰；而钢铁工业碳排放总量与产能规模有关，产能规模又决定于政策和社会经济发展速度。
现阶段，钢铁流程中，烧结工序污染物排放量占全工序排放总量的40%以上，是钢铁工序中污染物排放量最高的工序；碳排放量约占全工序排放总量的15%，仅次于高炉炼铁。因此，铁前烧结是钢铁工业绿色低碳发展的重点环节。
记者：在双碳目标的大背景下，您认为钢铁工业应该通过哪些途径降碳？
叶恒棣：钢铁工业降碳应从以下五方面入手：
1）减少能源消耗。在减少能源消耗方面，钢铁工业做了很多工作，取得了很大成效，我国吨钢综合能耗已处于国际领先水平。烧结工序能耗从2000年的75kgce/t降到45-50kgce/t，达到了国际先进水平。目前来看，在这方面仍有很大提升空间。
2）改变能源结构，采用富氢燃料或氢燃料。氢冶金正在研究中，但是达到真正的氢冶金还有很长一段路，包括氢的获取、运输、储备等。富氢燃料（天然气、煤气）代替固体燃料在技术上的难度相对较小，可以在这方面努力研究。
3）提高余热利用率。钢铁工序反应复杂，需要输送能源作为动力，为反应提供高温环境，同时会产生余热和余能，在余热余能回收利用方面潜力很大。
4）废弃物资源化循环利用。钢铁流程是典型的耗散结构体系，该体系与外界不断有物质与能源的交换，也会向外部环境逸散能源和物质，这部分物质就是废弃物。我们要采取技术手段，使被逸散的能源和物质返回到生产流程被利用，从而减少物质的消耗和碳排放。
5）全行业联合谋局碳中和。钢铁工业自身实现碳中和困难很大，但我们要迎难而上，充分认识到碳在钢铁工业中充当原料、燃料、还原剂的多种功能，努力实现碳在钢铁流程中的碳链循环利用，尽量减少碳排放，同时，要高度重视研究钢化联产、CCS等降碳固碳技术。
记者：国家能源局发布的《2021年能源工作指导意见》中提出，煤炭消费比重要下降到56%以下。烧结工序会大量消耗煤炭，中冶长天在减少煤炭消耗方面是否有途径或技术？
叶恒棣：目前，我国烧结工序主要为固体燃料供热，其缺点是在烧结料层内无法实现严格符合其抽风自蓄热特性的“上多下少”式燃料梯级偏析分布，难以实现均热烧结，不但无谓消耗碳资源，而且在生产时会导致上中部热量不足、下部热量过剩。
中冶长天研发了气固复合供热模式，提出了分层供热低碳烧结方法，即在大幅减少固体燃料配加的条件下，富氧点火耦合固体燃料顶层供热、燃气喷加耦合固体燃料上中层供热、蒸汽喷加耦合固体燃料加蓄热的下层供热。探明了低碳富氢燃料烧结生产的适宜工艺制度（持续时间、喷加浓度和区间等）。
2017年6月7日，由中冶长天研发的焦炉煤气料面喷加技术在韶关钢铁360m2烧结机投运，烧结工序能耗下降1.99kgce/t烧结矿，工序CO2排放量降低5.35kg/t烧结矿；2020年5月18日，由中冶长天研发的天然气料面喷加技术在中天钢铁550m2烧结机投运，烧结工序能耗下降4.21kgce/t烧结矿，工序CO2排放量降低11.32kg/t烧结矿。实践证明，采用富氢燃气替代固体燃料对烧结的低碳、均热、高质化生产有大幅提升。
记者：烧结工序在钢铁工业流程中的碳排放量较高，中冶长天在烧结方面的技术成果颇丰，您能介绍一下烧结方面现有的低碳技术么？
叶恒棣：除富氢燃料（焦炉煤气、天然气）烧结技术之外，中冶长天还研发了烧结矿二级冷却技术、固体燃料定尺度供给技术和烟气循环耦合富氧技术等低碳烧结技术，均已具备工业应用条件，技术关键装备如低水混匀与扰动制粒装置、烟气循环多流耦合装置、燃料粒度检测装置、燃料风筛装置已实现现场应用。
1）烧结矿二级冷却技术
液密封环冷机的开发、直联炉罩锅炉和环冷机余热梯级利用技术的应用，使烧结矿显热的利用率从30%提升到了50%左右，但仍存在一些问题，如环冷机给料处烧结矿的高温烟气热量损失大、环冷机给料处高差过大引起烧结矿摔损严重等，有较大的改进空间。
鉴于传统烧结余热回收存在的问题，近年来小风慢冷的竖式冷却技术引起了行业的高度关注。早期投入应用的竖式冷却技术普遍存在物料流动不均、出现流动死区，气流分布不均、短路等问题，严重影响竖式冷却技术的性能指标，导致废气温度只有300℃左右。
针对上述问题，中冶长天开发了热风循环抽风式竖式冷却系统，可使废气温度提升至400℃以上，目前正在寻求工业化应用。
在结合竖式冷却、环冷机冷却、梯级余热回收技术的基础上，中冶长天与永锋钢铁合作，开发了烧结矿双级冷却烧结技术，即采用竖式冷却原理，把烧结机与环冷机之间原布料溜槽，优化设计为预冷却装置，烧结矿冷却由预冷却装置与环冷机共同完成，烧结机尾高温余热和环冷机余热进行耦合回收，提高余热回收利用率。开发烧结两级冷却物质流、能量流平衡及效益优化控制技术，同时以兼顾较低的自耗电为目的，建立两级冷却生产控制模型。建立以吨矿余热回收量为目标的烧结冷却及余热回收系统效率评价体系，研究各生产参数对吨矿余热回收量的影响，形成烧结冷却及余热回收系统效率评价方法。
该项技术优势如下：
①预冷却装置产生的高品质热风对蒸汽二次过热，提高过热蒸汽50℃左右，提高发电效率5%；
②双级冷却可减少环冷机废气量约20%，有效减少低温废气，通过梯级回收技术，可实现烧结冷却系统无组织废气零排放；
③物料成分相同情况下，物料摔损与物料冲击能量呈正比，预冷却装置可降低烧结矿摔落高度4m左右，可降低烧结矿返矿率约5%；
④预冷却装置产生的高温烟气被作为余热烟气回收，减少了机尾环境除尘的负荷，基本消除了烧结机尾粉尘和散热的无组织逸散排放。
2）固体燃料定尺度供给技术
中冶长天通过改善能源供给方式来促进低碳烧结，在以往工艺流程的基础上，增加燃料粒度在线检测及控制系统、轻细燃料分选系统，严格将燃料粒度控制在0.5-3mm范围内，提高燃料利用率，降低固体燃耗。
以360m2烧结机为例，实现固体燃料定尺寸供给，可节约2kgce/t，减少CO2排放5-6kg/t，NOx排放量降低4%。
3）烟气循环耦合富氧烧结技术
提高循环烟气氧气含量，有助于改善烧结矿质量、提高燃烧效率、强化CO潜热利用。中冶长天开发了烟气循环耦合富氧烧结技术，即将烟气循环烧结技术与富氧烧结技术相耦合，优势互补，既可实现低碳烧结，又可弥补烟气循环对烧结的副作用。
以360m2烧结机为例，循环烧结烟气氧含量为17%，富氧至19%时，耗氧量为3500-4500m3/h，可节约3kgce/t烧结矿，减少CO2排放6-7kg/t烧结矿；若按1m3氧成本为0.3元计，吨矿新增成本约2元。
记者：超低排放是实现钢铁工业高质量发展的重要一环，中冶长天在这方面取得了很多成果，您可否介绍一下长天独有的先进技术和在研技术的进展情况？
叶恒棣：在大气治理领域，中冶长天掌握了国内常用和先进的脱硫脱硝工艺及技术，如氨法、镁法脱硫技术、SCR脱硝技术、多点除尘及管网设计等，并成功自主研发了当前烧结烟气净化领域最先进的技术——活性炭烟气多污染物协同治理技术。该技术是钢铁行业超低排放首选技术，已在宝钢湛江基地、宝钢本部、安阳钢铁等多个项目实现了工业化应用。
但烧结烟气中还有一个难题，就是CO排放问题。为此，中冶长天近年来研制了抗硫抗水低温CO催化氧化催化剂，开发了CO催化氧化释热耦合SCR脱硝技术，该技术能将CO充分转化放热并用于SCR脱硝，同时具有净化CO和节约能源的优势，是可期待的低成本烧结烟气多污染物协同并资源化技术，目前正在宝钢湛江开展中试试验。
记者：绿色低碳是“十四五”时期的重大课题，中冶长天下一步将如何部署，助力行业、企业绿色低碳高质量发展？
叶恒棣：中冶长天作为冶金铁前建设的“国家队”力量，将“为全球钢铁企业提供不断创新的节能降耗及洁净生产技术，为建设水净天蓝、空气清新的地球而贡献自己全部心智”作为永恒的追求。
针对“双碳”和绿色化、智能化要求，制定了“双碳”技术路线图和烧结节能减排关键技术导航图，将通过研发低碳、高效环保及智能化技术，实现烧结工序能耗35-38kgce/t烧结矿，SO2、NOx、CO、粉尘、二噁英超低排放。在此基础上，中冶长天提出了“发展绿色烧结技术，推动钢铁全流程绿色发展”的理念，即利用烧结生产规模大、工作温度高、有完善的烟气治理设施的优势，提升功能价值，消纳处置钢铁全流程及市政难处理固废，实现固废的资源化利用。
作为服务于钢铁铁前领域的科技型工程技术公司，中冶长天将肩负起绿色发展的责任和使命，持续不断创新，尽全力与各界企业、机构精诚合作，共同推进行业发展，共铸绿色低碳未来。