江蘇龍冶節(jié)能科技有限公司
中冶焦耐(大連)工程技術(shù)有限公司
福建三鋼閩光股份有限公司
武漢科技大學(xué)
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(diǎn)關(guān)注的課題，研發(fā)一種高效、安全、節(jié)能的焦?fàn)t上升管余熱回收技術(shù)勢在必行。
焦?fàn)t荒煤氣余熱回收屬于清潔能源技術(shù)，是實(shí)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)展改革委將焦?fàn)t荒煤氣余熱利用關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新及產(chǎn)業(yè)化列為示范工程。
項目開展主要技術(shù)難點(diǎn)
焦?fàn)t荒煤氣余熱回收利用是當(dāng)時焦化行業(yè)節(jié)能的難題之一，主要技術(shù)難點(diǎn)有：
一是650攝氏度~800攝氏度周期性變化大，極限溫度達(dá)1400攝氏度，溫度高且周期性變化大，傳熱不均衡。
二是含氨氣、焦油蒸汽、水蒸氣、苯蒸汽、硫化氫等介質(zhì)，腐蝕性強(qiáng)。
三是荒煤氣溫度大于800攝氏度結(jié)石墨、低于450攝氏度掛焦油，控制換熱難度大。
四是易造成漏水進(jìn)炭化室，損壞爐體。
五是爐體結(jié)構(gòu)受限，不能改變原有上升管高度及內(nèi)部通道。
六是現(xiàn)場有高溫、粉塵和腐蝕性氣體，環(huán)境惡劣。
上世紀(jì)70年代起，國內(nèi)外就對焦?fàn)t荒煤氣余熱回收技術(shù)進(jìn)行了不斷研發(fā)，相繼推出各種技術(shù)，但由于技術(shù)及材料未過關(guān)、成本高、安全風(fēng)險大等因素均未實(shí)現(xiàn)規(guī)?；?、商業(yè)化應(yīng)用和推廣。
江蘇龍冶節(jié)能科技有限公司（下稱龍冶節(jié)能），是一家專業(yè)從事焦化行業(yè)焦?fàn)t荒煤氣上升管余熱回收、爐體隔熱保溫、碳化室單調(diào)、干熄焦等焦?fàn)t環(huán)保新技術(shù)的高新技術(shù)企業(yè)。該公司建有核心技術(shù)納米涂層加工區(qū)、恒溫室等基礎(chǔ)設(shè)施，并配備了較為先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備；建立了完善的質(zhì)量保證體系，通過了質(zhì)量體系認(rèn)證，擁有機(jī)電工程施工總承包三級、環(huán)保工程專業(yè)承包三級資質(zhì)、D級I類、II類壓力容器制造許可證資質(zhì)及GC2級壓力管道安裝許可資質(zhì)；建有自動化信息中心，方便為業(yè)主提供實(shí)時在線監(jiān)測、預(yù)警判斷和技術(shù)支持
2010年開始，在董事長孟曉東的帶領(lǐng)下，該公司項目團(tuán)隊針對焦?fàn)t上升管荒煤氣高溫、腐蝕、溫度周期變化等工況下難以實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定可靠余熱回收的現(xiàn)狀，聯(lián)合攻關(guān)，對工況、材料、結(jié)構(gòu)等進(jìn)行基礎(chǔ)研究、優(yōu)化、分析、對比，突破核心技術(shù)，解決了上升管漏水、掛焦油、干燒等技術(shù)難題，自主研發(fā)了高效節(jié)能焦?fàn)t上升管荒煤氣余熱回收技術(shù)，實(shí)現(xiàn)整套余熱回收裝置成功工業(yè)化、規(guī)?；?、商業(yè)化應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了上升管設(shè)備及系統(tǒng)安全、環(huán)保、長壽和高效運(yùn)行，有明顯的節(jié)能減排和良好的經(jīng)濟(jì)效益。
項目主要創(chuàng)新點(diǎn)
一是首創(chuàng)納米涂層自清潔上升管換熱專用設(shè)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?fàn)t上升管荒煤氣余熱回收整體裝備。
從技術(shù)難點(diǎn)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(jī)理，分析了不同鋼材的強(qiáng)度、耐熱、腐蝕等特性，滿足上升管結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、導(dǎo)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(jié)渣機(jī)理，研究了多種納米級氧化物性能，進(jìn)行上千次的小試、中試，對獲得的數(shù)據(jù)，反復(fù)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(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，進(jìn)一步研制了制造工藝設(shè)備裝置，將納米涂層與金屬材料致密貼合，保證熱脹冷縮設(shè)備性能穩(wěn)定。接觸荒煤氣介質(zhì)內(nèi)壁表面再配以納米級光潔劑，高溫下內(nèi)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(yīng)焦?fàn)t工況環(huán)境的上升管復(fù)合材料產(chǎn)品。
二是研發(fā)導(dǎo)流結(jié)構(gòu)和無縫低應(yīng)力上升管結(jié)構(gòu)技術(shù)，研究了機(jī)械載荷與高溫引起的應(yīng)力分布，高效換熱、熱膨脹等技術(shù)難題，最終形成了創(chuàng)新、獨(dú)特的上升管換熱設(shè)備結(jié)構(gòu)，突破并實(shí)現(xiàn)了在全結(jié)焦周期內(nèi)不受工況溫度波動的影響，消除了漏水進(jìn)炭化室的隱患。
三是研發(fā)了均熱型上升管換熱裝備，有效控制現(xiàn)代化大型焦?fàn)t合理取熱，換熱更均衡；研究汽水管線均勻布水技術(shù)；實(shí)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。
四是研發(fā)了適用生產(chǎn)高品質(zhì)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(zhì)需求。
項目成果應(yīng)用前景廣闊
截至目前，龍冶節(jié)能獲授權(quán)專利38項，其中發(fā)明專利11項；2018年，龍冶節(jié)能參與制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《焦?fàn)t上升管荒煤氣顯熱回收利用技術(shù)規(guī)范》；2019年榮獲山東省冶金科技進(jìn)步一等獎；2020年，龍冶節(jié)能具有納米自潔涂層換熱裝備的焦?fàn)t上升管余熱回收系統(tǒng)技術(shù)通過中國金屬學(xué)會鑒定為國際領(lǐng)先水平。
2017年以來，龍冶節(jié)能與中冶焦耐工程技術(shù)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(dǎo)向，合作開發(fā)換代產(chǎn)品，滿足焦?fàn)t大型化、智能化的要求。新開發(fā)的焦?fàn)t上升管產(chǎn)品及成套裝備技術(shù)不斷地應(yīng)用在新建的現(xiàn)代化大型焦?fàn)t上，市場占有率穩(wěn)步提升，產(chǎn)品的先進(jìn)性、安全性、穩(wěn)定性、得到了用戶的普遍認(rèn)可，龍冶節(jié)能成為焦?fàn)t上升管余熱回收技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)先者。
該項技術(shù)成果在福建三鋼、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(nèi)外120多座焦?fàn)t上得到成功應(yīng)用。經(jīng)過改進(jìn)及產(chǎn)品優(yōu)化，應(yīng)用該技術(shù)解決了大型上升管結(jié)焦冒煙導(dǎo)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(jì)效益和社會效益的統(tǒng)一，為焦化行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型提供了技術(shù)支撐，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，帶動了荒煤氣余熱回收技術(shù)的蓬勃發(fā)展。
2019年—2021年，龍冶節(jié)能新增產(chǎn)值、新增利潤遞增式增長，已投產(chǎn)運(yùn)行的39套焦?fàn)t上升管荒煤氣余熱回收裝置可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)0.6兆帕~4.0兆帕飽和蒸汽和400攝氏度左右的高溫過熱蒸汽，每年產(chǎn)蒸汽量約474萬噸，年實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益至少約4.74億元以上。
該項技術(shù)研發(fā)成果，推動焦化行業(yè)產(chǎn)其應(yīng)用為焦化行業(yè)節(jié)能減排技術(shù)做出了重大貢獻(xiàn)，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(shí)施本技術(shù)，每年可回收蒸汽4500萬噸，折算成標(biāo)煤約440萬噸，折合二氧化碳減排1229萬噸，相當(dāng)于年種植近67萬棵樹的成果；平均降低工序能耗約10千克標(biāo)準(zhǔn)煤/噸焦。
全國現(xiàn)有焦?fàn)t1400多座，每年新建大型焦?fàn)t約60座。國內(nèi)還有90%的應(yīng)用市場前景，國際上還有更廣泛的應(yīng)用市場。同時該項技術(shù)不斷創(chuàng)新完善已應(yīng)用到其他領(lǐng)域，如焦?fàn)t基礎(chǔ)頂板隔熱爐體保溫等。
