为了绿水青山，造个不一样的焦炉

近日，由中国冶金科工集团下属中冶焦耐工程技术有限公司牵头，北京科技大学和鞍钢集团公司共同完成的“清洁高效炼焦技术及设备的开发与应用”项目获得2018年国家科技进步一等奖。

清洁高效的炼焦真的如此重要吗？为什么我能获得国家科技进步奖一等奖？这对国民经济和人民生活会有什么影响？带着这些问题，记者采访了相关专家。

发展清洁炼焦关键技术

焦化也称为煤的高温干馏。一般来说，它是一种以烟煤为原料，在隔绝空气的条件下加热到1000℃左右，通过高温干馏生产焦炭，同时获得煤气和煤焦油、粗苯等化工产品的煤转化工艺。焦炭是最重要的炼焦产品，在高炉炼铁中可用作还原剂、热源、料柱骨架和碳源。

长期以来，我国焦化行业存在环保水平低、大型焦炉比重小、能耗高、优质炼焦煤短缺等突出问题。

国家科技进步奖一等奖获得者、中冶焦耐董事长余振东介绍说，氮氧化物、颗粒物和二氧化硫是大气环境恶化和霾天气频发的重要原因之一。前两者也是焦化生产中最难控制的污染物，这就是为什么焦化被认为是容易导致环境恶化的关键行业之一。

在郑东看来，绿色、高效、智能化是焦化技术未来发展的主要趋势。“近年来的大规模工业应用证明，我们开发的清洁高效的炼焦技术促进了工业的快速和高质量。发展。”

由于其复杂的形成机理，焦炉煤气中氮氧化物的控制是一个世界性的技术难题。根据传统焦炉的标定数据，焦炉煤气加热时废气中氮氧化物的平均含量超过1000毫克/立方米，低热值煤气加热时为450-650毫克/立方米。根据这一计算，2003年中国焦化行业排放的氮氧化物约为22万吨。

余振东说:“R&D团队从燃烧理论和模拟分析入手，研究了焦炉窄烟道扩散燃烧过程中氮氧化物的形成机理，耦合了炭化室、燃烧室和蓄热室的整体结构，开发了复杂结构系统中煤的传热传质、燃烧、流动和高温干馏等非稳态过程的模拟分析方法，得出了焦炉多室多过程之间的相互耦合和关联机理。掌握不同种类气体氮氧化物生成和火焰燃烧温度、空气体过剩系数和高温区停留时间的影响规律，提出串级供给低氮燃烧的控制理论，发明可控串级供给低氮燃烧均匀加热技术，烟气中氮氧化物减少50%以上，解决了世界范围内焦炉氮氧化物源还原处理的技术难题项目成果为我国焦化行业低氮排放和清洁生产提供了解决方案，并为新制定的国家标准《焦化行业污染物排放标准》(gb16171-2012)提供了适用技术。

均匀分段加热促进有效焦化

在实现高效炼焦生产的过程中，有两个障碍。一是如何在分区加热的条件下，在长18米、高7米、宽0.5米的炭化室中实现40多吨煤的均匀加热，即在高度和长度方向上实现快速均匀的结焦；二是如何避免新开发的分级加热技术减少氮氧化物的形成对炉内生产平稳性的不利影响，实现我国高效生产与炼焦煤资源的协调发展。

在业内人士看来，这并不容易。中冶焦耐副总工程师王表示，随着焦炉规模的大幅增加，依靠自身的结构，在火焰长度和温度梯度的影响下，很难准确控制2000多条加热火道中的高温火焰，为煤料提供均匀、适度的供热。如果焦炉局部火焰温度过高，不仅热耗高、能耗大，而且会产生大量的氮氧化物，无法实现源头减排，甚至烧坏炉体；如果温度过低或不均匀，就会出现焦炭，产品质量无法保证。必须准确地取得平衡。此外，如果Yimi强调提高生产强度和显著增加供热，然后将其与新开发的分段供热技术叠加，将很容易造成空顶室温度高、生产平稳性差的问题，这在本世纪初从国外进口的焦炉中已得到明显验证。

王表示，为了开发符合中国炼焦煤特点的高效炼焦技术，突破资源瓶颈制约，团队基于中国炼焦煤的粘结特性、结焦特性和收缩特性，建立了炭化室煤的热解模型，开发了“顶温控制-加热水平匹配”的耦合模拟分析方法， 将入炉煤的收缩率与炉体的加热水平相匹配，选择最适合中国炼焦煤的加热强度和炉体关键结构尺寸。 在7米高度的加热火道中，根据煤料的结焦需求分段供热，发明了一种新的十字孔结构，通过独特的高温组合调节技术，不仅实现了高向均匀加热，而且实现了炉顶温度的有效控制，彻底解决了大型焦炉炉顶空室温度极高的世界性难题，使生产平稳运行，优质炼焦煤的消耗显著降低。

为了实现长方向的均匀加热，R&D团队根据煤炼焦过程的热量需求，考虑炉体的散热，将18米长炭化室的壁面划分为18个加热单元，实施区域精确加热，研究开发炉底气流的协调分配技术， 发明了焦炉长向气流分布上下协调调节结构，解决了大型焦炉长向均匀加热的技术问题。

与进口技术相比，新技术可降低优质炼焦煤消耗7.5%以上；焦炉长高方向均匀加热不仅提高了焦炭质量，而且降低了炼焦能耗。通过解决制约高效生产的两个关键技术问题，即影响焦炉均匀加热和阻碍生产顺利进行，单位产能提高了50%，较好地解决了我国高效生产与炼焦煤资源特性的协调问题。(实习记者卢成宽)

编辑:计然