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完成人

(資料圖)

孟曉東、汪琴、楊俊峰、洪榮勇、吳建紅、袁朝暉、王世杰、歐金榮、劉向勇、鄭亞杰、陳海文、賀嘉東、邱欣盛、張奎爽、朱新民

江蘇龍冶節(jié)能科技有限公司、中冶焦耐(大連)工程技術有限公司、福建三鋼閩光（002110）股份有限公司、武漢科技大學

近10年來我國年焦炭產(chǎn)量約4.5億噸左右，我國焦炭產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的68%，焦化工序能耗占鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的15%，在煉焦過程中，37%的紅焦、27%的煙道廢氣等帶出的熱量均已有效回收，約36%荒煤氣帶出的余熱未得到充分利用，這也是焦化行業(yè)重點關注的課題，研發(fā)一種高效、安全、節(jié)能的焦爐上升管余熱回收技術勢在必行。

焦爐荒煤氣余熱回收屬于清潔能源技術，是實現(xiàn)綠色焦化、節(jié)約資源、降低煉焦成本重要途徑，符合國家節(jié)能減排的方針政策及企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略。2011年國家發(fā)改委將焦爐荒煤氣余熱利用關鍵技術創(chuàng)新及產(chǎn)業(yè)化列為示范工程。

焦爐荒煤氣余熱回收利用是當時焦化行業(yè)節(jié)能的難題之一，主要技術難點有：

1、650-800℃周期性變化大，極限溫度達1400℃，溫度高且周期性變化大，傳熱不均衡；

2、含氨氣、焦油蒸汽、水蒸氣、苯蒸汽、硫化氫等介質，腐蝕性強；

3、荒煤氣溫度大于800℃結石墨、低于450℃掛焦油，控制換熱難度大；

4、易造成漏水進炭化室，損壞爐體；

5、爐體結構受限，不能改變原有上升管高度及內部通道；

6、現(xiàn)場有高溫、粉塵和腐蝕性氣體，環(huán)境惡劣。

上世紀七十年代起，國內外就對焦爐荒煤氣余熱回收技術進行了不斷研發(fā)，相繼推出各種技術，但由于技術及材料未過關、成本高、安全風險大等因素均未實現(xiàn)規(guī)模化、商業(yè)化應用和推廣。

江蘇龍冶節(jié)能科技有限公司，是一家專業(yè)從事焦化行業(yè)焦爐荒煤氣上升管余熱回收、爐體隔熱保溫、碳化室單調、干熄焦等焦爐環(huán)保新技術的高新技術企業(yè)。公司建有核心技術納米涂層加工區(qū)、恒溫室等基礎設施，并配備了較為先進的實驗設備。公司注冊資金2971.9578萬元，擁有3000多平方米的現(xiàn)代化辦公區(qū)域，廠區(qū)占地面積4萬多平方米，其中生產(chǎn)車間占地面積2萬多平方米。公司建立了完善的質量保證體系，通過了質量體系認證，擁有機電工程施工總承包三級、環(huán)保工程專業(yè)承包三級資質、D級I、II類壓力容器制造許可證資質及GC2級壓力管道安裝許可資質。公司建有自動化信息中心，方便為業(yè)主提供實時在線監(jiān)測、預警判斷和技術支持。秉承“技術領先”為宗旨，并為用戶提供“用無憂”售后服務。

2010年開始，江蘇龍冶節(jié)能科技有限公司在董事長孟曉東的帶領下，項目團隊針對焦爐上升管荒煤氣高溫、腐蝕、溫度周期變化等工況下難以實現(xiàn)高效穩(wěn)定可靠的余熱回收現(xiàn)狀，聯(lián)合攻關，對工況、材料、結構等進行基礎研究、優(yōu)化、分析、對比，突破核心技術，解決了上升管漏水、掛焦油、干燒等技術難題，自主研發(fā)了高效節(jié)能焦爐上升管荒煤氣余熱回收技術，實現(xiàn)整套余熱回收裝置成功工業(yè)化、規(guī)?；⑸虡I(yè)化應用，實現(xiàn)了上升管設備及系統(tǒng)安全、環(huán)保、長壽和高效運行，有明顯的節(jié)能減排和良好的經(jīng)濟效益。

主要創(chuàng)新點如下：

1、首創(chuàng)納米涂層自清潔上升管換熱專用設備，突破高溫腐蝕工況對材料的影響，研發(fā)出世界首套工業(yè)化焦爐上升管荒煤氣余熱回收整體裝備。

從技術難點入手，研究煉焦過程中上升管荒煤氣的工況及周期性變化、上升管換熱機理，分析了不同鋼材的強度、耐熱、腐蝕等特性，滿足上升管結構強度、導熱性、可焊性等要求，選擇合適的材料作為上升管基材；依據(jù)荒煤氣的物性、結渣機理，研究了多種納米級氧化物性能，進行上千次的小試、中試，對獲得的數(shù)據(jù)，反復對比分析、優(yōu)化，性能測試。研發(fā)出了耐高溫、耐腐蝕、耐磨損、抗氧化、抗熱震性的非金屬材料納米涂層。

為了使研發(fā)成果能實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，進一步研制了制造工藝設備裝置，將納米涂層與金屬材料致密貼合，保證熱脹冷縮設備性能穩(wěn)定是項目成敗的關鍵。接觸荒煤氣介質內壁表面再配以納米級光潔劑，高溫下內壁光滑如釉面具備自清潔功能，難以粘焦油、難以掛石墨，形成了滿足和適應焦爐工況環(huán)境的上升管復合材料產(chǎn)品。

2、研發(fā)導流結構和無縫低應力上升管結構技術，研究了機械載荷與高溫引起的應力分布，高效換熱、熱膨脹等技術難題，最終形成了創(chuàng)新、獨特的上升管換熱設備結構，突破并實現(xiàn)了在全結焦周期內不受工況溫度波動的影響，消除了漏水進炭化室的隱患。

3、研發(fā)了均熱型上升管換熱裝備，有效控制現(xiàn)代化大型焦爐合理取熱，換熱更均衡；研究汽水管線均勻布水技術；實現(xiàn)了工藝系統(tǒng)換熱效率可控和均衡穩(wěn)定產(chǎn)汽，解決了上升管換熱不均問題。

4、研發(fā)了適用生產(chǎn)高品質飽和蒸汽和高溫過熱蒸汽的上升管換熱裝置，創(chuàng)新的新型多腔式夾套上升管換熱器耐溫耐壓，適合多種后續(xù)工藝搭配組合，滿足用戶不同蒸汽品質需求。

到目前止，我公司該技術獲授權專利38項，其中發(fā)明專利11項；2018年參與制定行業(yè)標準《焦爐上升管荒煤氣顯熱回收利用技術規(guī)范》；2019年榮獲山東省冶金科技進步一等獎；2020年我公司具有納米自潔涂層換熱裝備的焦爐上升管余熱回收系統(tǒng)技術通過中國金屬學會鑒定為國際領先水平。

2017年以來我公司與中冶焦耐工程技術有限公司成為戰(zhàn)略合作伙伴，在中冶焦耐大力支持下，以科技創(chuàng)新、市場需求為導向，合作開發(fā)換代產(chǎn)品，滿足焦爐大型化、智能化的要求。新開發(fā)的焦爐上升管產(chǎn)品及成套裝備技術不斷地應用在新建的現(xiàn)代化大型焦爐上，市場占有率穩(wěn)步提升，產(chǎn)品的先進性、安全性、穩(wěn)定性、得到了用戶的普遍認可，我公司成為焦爐上升管余熱回收技術領域的領先者。

江蘇龍冶投產(chǎn)運行業(yè)績多，涵蓋了各種爐型，總結了大量的實踐經(jīng)驗，方案更完善合理，技術更先進優(yōu)越。該項技術在福建三鋼、武鋼、山鋼、馬鋼、中天鋼鐵、山西潞寶、山東新泰正大、印尼德天等國內外120多座焦爐上成功應用案例，有著豐富的經(jīng)驗，攻克了一些難題，技術提升和改進都有重大突破。經(jīng)過改進及產(chǎn)品優(yōu)化目前不僅解決了大型上升管結焦冒煙導致的環(huán)保問題，同時保證最大的產(chǎn)汽量，真正做到上升管余熱回收經(jīng)濟效益和社會效益的統(tǒng)一，為焦化行業(yè)綠色轉型提供了技術支撐，隨著該項技術不斷創(chuàng)新，實現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，帶動了荒煤氣余熱回收技術的蓬勃發(fā)展。

2019~2021年我公司新增產(chǎn)值、新增利潤遞增式增長。已投產(chǎn)運行的39套焦爐上升管荒煤氣余熱回收裝置可實現(xiàn)產(chǎn)0.6~4.0MPa飽和蒸汽和400℃左右的高溫過熱蒸汽，每年產(chǎn)蒸汽量約474萬噸，年實現(xiàn)經(jīng)濟效益至少約4.74億元以上。

本技術研發(fā)成果，推動焦化行業(yè)產(chǎn)其應用為焦化行業(yè)節(jié)能減排技術做出了重大貢獻，對整個焦化行業(yè)乃至整個鋼鐵行業(yè)具有重大意義。

若全國焦化企業(yè)都實施本技術，每年可回收蒸汽4500萬噸，折算成標煤約440萬噸，折合CO2減排1229萬噸，相當于年種植近67萬棵樹的成果。平均降低工序能耗約10kg標準煤/噸焦。

全國現(xiàn)有焦爐1400多座，每年新建大型焦爐約60座。國內還有90%的應用市場前景，以及國際更廣泛的應用市場。同時該項技術不斷創(chuàng)新完善已應用到其他領域，如焦爐基礎頂板隔熱爐體保溫等。

焦爐上升管余熱回收技術，是實現(xiàn)國家“雙碳”戰(zhàn)略頂層設計的煉焦解決方案，是全面準確落實新發(fā)展理念的減碳具體措施。對響應國家“十四五”規(guī)劃，推廣應用前景廣闊，產(chǎn)能升級，綠色改造，全面提高能源利用效率，改善環(huán)境質量，具有重要意義。推廣應用市場前景廣闊！