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中冶焦耐“超大容积顶装焦炉技术与装备的开发及应用”技术获奖纪实

时间:2019-02-22 09:22:05  来源:中国有色金属报  作者:
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 2017年8月3日,中国钢铁工业协会、中国金属学会冶金科学技术奖奖励委员会正式发出公告,由中冶焦耐工程技术有限公司牵头完成的“超大容积顶装焦炉技术与装备的开发及应用”技术荣获2017年度冶金科技奖特等奖,这也是该年度冶金科技奖颁发的唯一一个特等奖!

打造国家队的目标不是中冶,不是中国,而是世界;打造国家队的眼光不是过去、不是现在,而是未来。

——国文清


2017年8月3日,中国钢铁工业协会、中国金属学会冶金科学技术奖奖励委员会正式发出公告,由中冶焦耐工程技术有限公司牵头完成的“超大容积顶装焦炉技术与装备的开发及应用”技术荣获2017年度冶金科技奖特等奖,这也是该年度冶金科技奖颁发的唯一一个特等奖!

这份荣耀,正是中冶焦耐砥砺奋进、践行冶金焦化工程建设“国家队”神圣使命的点滴和缩影。

我国焦化行业急需具有自主知识产权的行业更新换代技术

众所周知,焦化是冶金、化工行业的支柱产业,对国民经济发展有着重要影响。但其发展弊端也如影随形:资源、能源消耗量大,污染物排放量大。

中国炼焦产能位居世界第一,但在本项目立项之前,我国炼焦技术和装备与国际先进水平相比,仍存在着大型焦炉产能比重小、产业集中度低、生产效率低、能源消耗量大、环保水平不高等突出问题,使得我国焦化行业总体上仍是容易造成环境恶化的重点行业之一。

以焦炉污染物排放为例,上世纪80年代,国际炼焦技术强国相继研发出废气循环与分段加热相结合的燃烧技术,很好地实现了氮氧化物的源头减排,其提出的350毫克/立方米的排放标准也成为国际先进指标。而在我国,2007年以前具有自主知识产权的先进炼焦技术为炭化室高6米的顶装焦炉,仅采用废气循环技术来解决高向加热的均匀性及氮氧化物的源头减排。多座6米焦炉的标定表明,采用贫煤气加热时,焦炉废气中氮氧化物含量在400毫克~600毫克/立方米之间;采用焦炉煤气加热时,在600毫克~1000毫克/立方米之间。形势异常严峻,减排异常迫切。

2004年,为有效改善大气环境质量,原国家环保部着手组织业内专家制定新的《炼焦化学工业污染物排放标准》,对焦炉烟囱废气中污染物含量提出更严格的排放要求。但因焦炉烟气中氮氧化物产生机理复杂、难于治理,当时国内尚无满足新建焦炉氮氧化物排放限值的适用技术,导致该标准自2005年草定以来一直无法得到业内的认同,虽反复论证也一直未能发布。本技术研发成功之后,2012年10月该标准才正式实施。

焦炉的一代炉龄在25年以上,在建成投产后的几十年内,其工艺和装备水平很难有根本性的提高。焦化工业实现节能减排的根本途径,就是开发适合我国国情的高效清洁炼焦工艺与装备技术,并尽快应用于更新改造的焦化建设项目,使焦化工业实现高效清洁生产。因此,如何提高我国焦化行业技术与装备水平,开发出具有我国自主知识产权的以大型化、高效率和清洁生产为特征的行业更新换代技术,实现行业自身的可持续发展,满足国家对焦化行业节能减排和产业结构调整的要求,成为了中国焦化行业的历史性课题。

“超大容积顶装焦炉技术与装备的开发及应用”技术的“前世今生”

在本技术诞生之前,经过多年的工程实践,我国在焦化领域已具有一批水平较高的研发队伍,进行了大量的基础性研究并具有一定的技术储备。

作为中国焦化技术的领跑者,中冶焦耐早就意识到了超大容积焦炉的广阔应用前景。上世纪80年代,中冶焦耐在鞍钢建设了炭化室高6.1米和8米的工业试验焦炉,获得了大量试验数据,为解决大容积焦炉高向和长向均匀加热提供可行的技术方案。以工业试验获得的数据为基础,中冶焦耐相继开发出具有自主知识产权的炭化室高5.5米和6米焦炉,并积累了丰富的大容积焦炉建设与生产经验。与此同时,北京科技大学曾应用工业过程模型与仿真方法,探索、研究钢铁冶金热过程的模拟与分析,完成了各种工业炉窑热过程的研究和仿真等多项课题。作为生产企业,鞍钢化工总厂具有丰富的焦炉建设和生产操作经验。

历史让肩负同样使命的中冶焦耐、北京科技大学和鞍钢走到了一起。2008年,中冶焦耐以“超大容积顶装焦炉技术与装备开发”为题,正式向科技部申请设立国家“863”计划资源环境技术领域的重点项目。2009年12月,经过严格审批,该项目正式获得批准。

一时间,四面八方,专家齐聚,研发工作旋即展开。鞍山、大连、北京,设计院、高校、生产企业,以中冶焦耐作为工程技术创新的主体,通过善于进行理论研究的学术机构深入探索焦炉加热技术和清洁生产技术的深层次机理,依托国内焦化龙头企业的生产实践,形成了“产学研”一体的技术创新团队,为项目最终成功实施打下了坚实的基础。

经过反复研究,研发团队首先确定了总的研究路线:基于流体动力学、传热学、燃烧学和炼焦化学理论,建立焦炉炭化室、燃烧室和蓄热系统一体化三维机理模型,通过数值分析与模拟,进行炉体结构优化、燃烧室贫氧均匀供热的研究,达到均匀加热和降低氮氧化物生成的目的;基于固体力学和材料力学理论,优化炉体结构和护炉铁件结构,开发焦炉机械和设备、自动化控制技术等,完成示范工程的设计与建设,并在示范工程中实现全套技术集成。正确路线的确定之后,人就是决定性因素,奋斗就成为一种美好的享受!多少天不眠不休,多少次挥汗如雨,研发团队始终怀揣着信心,着重研发保证焦炉炭化室加热均匀性的炉体结构技术、废气循环与多段加热组合燃烧技术、焦炉生产过程智能化控制技术、焦炉机械综合自动化技术、超大容积焦炉护炉铁件和炉门结构、超大容积焦炉工艺设备及焦炉机械装备等多项关键技术与装备。

与此同时,2010年7月12日,作为“863”项目的依托工程,中冶焦耐与鞍山钢铁集团公司正式签订《鞍钢股份四期焦炉改造工程总承包合同》。2011年8月,该工程烘炉点火,2012年4月7日、5月7日先后投产,各项生产指标满足设计要求,且全部符合项目研发考核指标要求。

2013年5月,项目成果顺利通过科技部验收。科技部专家组在出具的“863”课题验收结论书中写道:“课题以解决焦化行业的资源综合利用和清洁生产的关键问题为导向,在超大容积顶装焦炉组合燃烧技术、炉体结构、关键设备、焦炉智能化控制及系统技术集成等方面取得了创新性成果,所研发的废气循环与多段加热组合燃烧技术、焦炉生产过程数值模拟与仿真技术、焦炉加热优化控制与管理技术、焦炉烘炉智能化供热技术等具有自主知识产权,研发了单孔炭化室高>7米、炭化室容积>55.6立方米的超大容积顶装焦炉工艺和装备技术,通过系统技术集成建立了示范工程,并完成示范工程的运行与考核。为促进焦化行业技术进步,提高焦化行业节能减排水平,实现焦化产业结构优化、资源综合高效利用提供了更新换代技术。”

节能减排效果显著,工程应用遍地开花

截至2016年12月底,运用项目研发成果建设的多段加热型7米焦炉共计投产30座、年产焦炭达2276万吨。

与传统技术相比,项目研发成果的社会经济效益显著。采用贫煤气加热时,可降低炼焦耗热量3%~4%;采用富煤气加热时,可降低炼焦耗热量4%~5%。对应用本技术建设的16个焦化工程,每年将节约加热煤气费用9000万元、减少CO2排放62.5万吨、减少粉尘排放43吨、减少SO2排放75.5吨、减少氮氧化物排放791吨。

在污染物排放方面,研发的废气循环和多段加热组合燃烧技术,显著改善了焦炉高向加热均匀性:高向温差≤70℃,长向温差≤60℃;同时,显著降低了焦炉烟囱排放废气中氮氧化物含量:采用贫煤气加热时,可达到平均350毫克/立方米的国际先进水平;采用焦炉煤气加热时,可达到低于500毫克/立方米的国内领先水平。对应用本技术建设的海内外16个焦化工程,每年可减少氮氧化物排放9551吨。

同时,与国内先期引进的7.63米焦炉相比,“超大容积顶装焦炉工艺和装备技术”的优点非常明显:更适应中国炼焦煤资源结构特征和原料劣质化的冶金工业发展趋势;操作、维护简单,生产顺行性好;炼焦能耗低。在总体技术水平相当、局部技术领先的情况下,与引进技术相比,研发焦炉的建设投资远远低于7.63米焦炉,采用国内自主研发的超大容积焦炉技术,每个项目将节约直接投资3亿元~4亿元(含引进费用),同时可缩短建设周期4~5个月。

在鞍钢,生产运行表明:研发技术与装备在本工程的成功应用,大幅提升了鞍钢炼焦总厂的技术与装备水平,有力促进了鞍钢技术改造步伐。该技术有效地解决了制约焦炉大型化、高效率和清洁生产的关键问题,具有极大的推广和应用价值。

2016年,鞍钢股份四期2座7米焦炉年产焦炭152万吨,新增销售额(仅冶金焦,未包含其他化工产品)达19.28亿元;因炼焦耗热量降低,每年节省燃料成本328万元;因焦炭质量改善、对炼铁产生的延伸效益每年增收2300万元。

宝武钢铁、鞍钢集团、河北钢铁……国内大型钢铁联合企业到处都有它的身影。

2016年12月29日15点30分,2号焦炉顺利出焦,标志着台塑越南河静钢焦化项目全面投产,也标志着中冶焦耐研发的7米大容积顶装炼焦技术首次输出海外并成功实施。国务院国资委、人民网、中央人民政府网站等多家权威媒体对该项目的建设和成功投产给予广泛报道。这是对中冶焦耐焦化技术的肯定,也是对中冶焦耐践行冶金焦化工程建设“国家队”神圣使命的肯定。

以独占鳌头的核心技术、持续不断的革新创新能力,承担冶金“国家队”责任

十年风雨砥砺,十载奋斗求索。中冶焦耐十年磨一剑,最终从70多个项目中脱颖而出,凭借“超大容积顶装焦炉技术与装备的开发及应用”技术,在我国冶金行业顶级专家的嘉许和赞扬声中将2017年冶金科技奖特等奖收入囊中!只有焦耐人知道,这并非幸运,也无关运气!

荣誉来自于独占鳌头的核心技术,来自于持续不断的革新创新。作为中国焦化耐火行业的领军企业,面对我国冶金行业提质增效、转型升级的新要求和海外市场极高的技术、环保标准要求,中冶焦耐始终以新应新、以变应变,坚持从自身专业领域出发,通过不断的技术创新满足国内外焦化市场的需求。本世纪初,中冶焦耐便通过干熄焦技术国产化开启了追赶和超越国外先进焦化技术的光辉历程,在消化吸收引进技术的基础上,进行大胆创新,开发出具有我国自主知识产权的干熄焦成套工艺技术与装备,实现了国产化、系列化、大型化和最优化。在长期推进自主创新的过程中,锻造出理念先进、技术过硬的焦化技术专业队伍,最终实现“青出于蓝而胜于蓝”。在巩固国内市场和拓展海外市场的过程中,中冶焦耐逐步打造出具有强大竞争力的JN系列大容积顶装焦炉和JND系列大容积捣固焦炉技术,该次获得冶金科技特等奖的“超大容积顶装焦炉技术与装备的开发及应用”又为焦耐品牌产品新添一员。在中国钢铁产业结构调整、工艺和装备升级及大型煤炭企业延伸产业链之际,乘着世界新兴产业国家基础建设的东风,中冶焦耐不仅在国内高端焦化建设市场居于绝对领先地位,而且凭借技术和服务优势,以品牌产品逐步扩大海外市场份额,先后承揽了巴西、伊朗、南非、日本、印度、土耳其等地的焦化项目,在致力于我国焦化行业高端技术的引领、关键核心技术的创新和行业共性技术的开发的同时,承担起了引领中国焦化走向更高水平、走向世界的国家责任,为中国焦化的“走出去”贡献了巨大力量。

此次冶金科技特等奖成绩的取得,既是中冶焦耐持续深入贯彻落实中冶集团打造“冶金建设国家队、基本建设主力军、新兴产业领跑者,长期坚持走高技术建设之路”战略新定位的具体体现,也是中冶集团始终“以独占鳌头的核心技术、无可替代的冶金全产业链整合优势、持续不断的革新创新能力,承担引领中国冶金向更高水平发展国家责任”的重要标志。以获奖技术为依托,中冶焦耐持续秉持“效率创造价值、创新驱动发展,品质铸造永恒”的核心价值观,积极承担推动行业技术进步与绿色发展的国家责任,努力将中冶焦耐打造成全球最大、最强、最优的焦化建设、运营、服务的“国家队”,更好地为中国钢铁工业转型升级、提质增效和国际产能合作,提供焦化全流程、全生命周期的技术服务。

砥砺十年,一朝声动,每一个足迹,又是一次崭新的开始。未来,中冶焦耐将在中冶集团的正确领导及大力支持下,栉风沐雨,砥砺奋进,再续华章!

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