冶金烧结会｜烧结矿竖冷窑余热发电及零排放绿色技术——冶金行业绿色低碳新样本

中国金属学会于2025年10月15日~17日在天津召开了“2025年全国冶金烧结绿色低碳关键技术研讨会”。会议主题是低成本智能烧结、高效节能减污降碳。会议围绕烧结球团降本增效、绿色低碳、减污降碳技术以及CO消纳治理技术进行了深入的交流探讨，会议秘书处将对此次会议的相关技术进行整理、征询并陆续报道。

在“双碳战略”深入实施的时代背景下，中国钢铁与铸造行业正经历一场绿色革命。山西金秋铸造有限公司以创新驱动为核心，攻克烧结工序能耗高、热能浪费大、污染控制难的技术瓶颈，率先自主研发出国内首台套“烧结矿竖冷窑余热发电及零排放绿色技术”。该装备实现了从高温冷却、余热发电到粉尘零排放的系统化突破。

一、技术重构：以系统创新推动烧结冷却革命

长期以来，传统环冷机、带冷机在烧结冷却环节中存在漏风率高、冷却不均、热能回收率低等问题。金秋铸造团队通过系统建模与智能控制创新，构建了全密闭竖冷窑结构与负压逆流换热路径，实现了烧结矿冷却、余热回收与净化除尘一体化运行。

技术体系的核心创新体现在以下五个方面：

1.升降式竖冷窑结构：采用四罐交替升降运行模式，满料下降、空罐上升，使矿料冷却更均匀、作业更连续，结构紧凑，占地仅为传统环冷机的十分之一。

2.多料口交替排料技术：创新性地实现多料口均匀排料，有效防止“鼠洞料”和“排红料”，使料流稳定顺畅，冷却均匀性显著提升。

3.负压逆流换热系统：冷风自下而上、矿料自上而下实现逆流换热，形成稳定的温度梯度场，提升换热效率，实现热能最大化利用。

4.全封闭内循环工艺：系统采用空气为冷媒，在全封闭路径内循环吸热放热，实现粉尘零排放、噪声低、运行洁净。

5.梯级换热与余热再利用机制：通过多级换热系统，将450℃热风用于发电，250℃废气再次换热产生热水供暖，100℃废气经风机回流窑内循环，实现“三级能量回收”与“全过程颗粒物零外排”。

该系统在热能利用、运行安全、智能化控制等方面均达国际先进水平，成为国内首个实现商业运行的绿色化、升降式烧结矿竖冷窑成套技术装备。

二、能效跃升：以科技赋能实现节能与增效双赢

设备自2023年1月投入运行以来（如图1所示），运行稳定、效益显著。根据设备运行实测数据表明，烧结矿进入竖冷窑时的温度为600～650℃，经竖冷窑冷却后，出窑矿料温度降至150℃以下。系统排出的烟气温度保持在430～460℃区间，具备较高的可利用热能。在该运行条件下，每吨烧结矿可回收余热发电约26千瓦时，冷风利用率达到98%，粉尘颗粒物实现零排放。

图1 升降式烧结矿竖冷窑技术装备

与传统环冷机工艺相比，系统综合能耗降低50%以上，体现出卓越的节能与环保效果。以90㎡烧结机为例，日产2800吨、运行300天，年发电量可达2184万kWh，年发电收益约1092万元，节能降耗效益约518万元，总收益超过1610万元，投资回收期不足三年。

设备的投运不仅实现了节能降碳，更为企业带来了稳定的能源自给与显著的经济回报，真正实现了“以节能创效、以创新增收”。

三、产业示范：以首台套引领冶金绿色转型

金秋铸造的竖冷窑系统打破了“小烧结机不能余热发电”的行业瓶颈，形成了可复制、可推广的工艺体系。该技术被中国铸造协会鉴定为国际先进水平，并纳入《国家污染防治技术指导目录（2025）》鼓励类设备。

与传统设备相比，该系统具有以下显著优势：能耗降低60%，发电效率提升30%，余热利用率提升至70%以上，全密闭运行实现粉尘零排放，设备寿命与稳定性显著提高，自动化率超过95%。

国际上，日本在烧结矿竖冷窑余热利用方面起步较早，日本某重工钢铁企业开发的竖冷窑系统可实现高温废气回收发电，通过循环利用热空气与废气换热，可回收约60%的废热。然而，其换热系统复杂、密封性不足、冷却均匀性与自动化程度仍存在局限。与之相比，金秋铸造开发的“烧结矿竖冷窑余热发电及零排放绿色技术”在能效水平与环保性能上实现了全面超越，真正实现“零排放”。从示范结果看，金秋方案在节能、环保、经济与智能化四个维度技术先进性，验证了竖冷窑技术作为高温余热回收领域新方向的可行性与可持续性。

四、科研赋能：绿色冶金的“金秋样本”

金秋铸造在研发过程中，联合太原科技大学重型机械教育部工程研究中心研发团队，产学研深度融合，构建了“基础理论-试验研究-技术开发-产品研制-推广应用”全程式一体化的产品现代设计体系，形成了从理论到工程的完整技术解决方案。项目累计研发投入超3000万元，拥有多项发明专利、实用新型专利项，自主化率达100%。

该成果的成功工程化运行，不仅填补了国内高效节能竖冷窑领域的技术空白，也为全球钢铁、铸造行业绿色低碳转型提供了现实路径。其推广应用将助力冶金企业实现“减排与增效”双重目标，成为钢铁节能改造的重要样板。

五、绿色引领：以循环发展塑造可持续未来

竖冷窑系统的投运，使金秋铸造实现了从“高能耗企业”向“清洁能源生产者”的转型，推动了企业内部能源循环体系的建立。

通过“冷却—发电—供暖”三级联动机制，实现了能源闭环管理，每年减排二氧化碳约2万吨。该项目的实践证明：环保投入不是成本，而是投资；节能降碳不是负担，而是企业竞争力的新来源。

金秋铸造的竖冷窑项目不仅是一项装备创新，更是一种发展理念的变革。它以自主研发实现了节能、环保与效益的统一，构建了绿色冶金的“中国方案”。金秋铸造以“敢为人先”的创新精神，完成了烧结工序技术的系统性重构。未来，金秋铸造将继续深耕“废渣变宝、余热生金”的绿色生态体系，以技术创新为驱动力，以能源循环为核心支撑，推动中国冶金行业在全球绿色制造浪潮中迈向更高水平。