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中冶焦耐“超大容積頂裝焦爐技術與裝備的開發及應用”技術獲獎紀實

時間:2019-02-22 09:22:05  來源:中國有色金屬報  作者:
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 2017年8月3日,中國鋼鐵工業協會、中國金屬學會冶金科學技術獎獎勵委員會正式發出公告,由中冶焦耐工程技術有限公司牽頭完成的“超大容積頂裝焦爐技術與裝備的開發及應用”技術榮獲2017年度冶金科技獎特等獎,這也是該年度冶金科技獎頒發的唯一一個特等獎!

打造國家隊的目標不是中冶,不是中國,而是世界;打造國家隊的眼光不是過去、不是現在,而是未來。

——國文清


2017年8月3日,中國鋼鐵工業協會、中國金屬學會冶金科學技術獎獎勵委員會正式發出公告,由中冶焦耐工程技術有限公司牽頭完成的“超大容積頂裝焦爐技術與裝備的開發及應用”技術榮獲2017年度冶金科技獎特等獎,這也是該年度冶金科技獎頒發的唯一一個特等獎!

這份榮耀,正是中冶焦耐砥礪奮進、踐行冶金焦化工程建設“國家隊”神圣使命的點滴和縮影。

我國焦化行業急需具有自主知識產權的行業更新換代技術

眾所周知,焦化是冶金、化工行業的支柱產業,對國民經濟發展有著重要影響。但其發展弊端也如影隨形:資源、能源消耗量大,污染物排放量大。

中國煉焦產能位居世界第一,但在本項目立項之前,我國煉焦技術和裝備與國際先進水平相比,仍存在著大型焦爐產能比重小、產業集中度低、生產效率低、能源消耗量大、環保水平不高等突出問題,使得我國焦化行業總體上仍是容易造成環境惡化的重點行業之一。

以焦爐污染物排放為例,上世紀80年代,國際煉焦技術強國相繼研發出廢氣循環與分段加熱相結合的燃燒技術,很好地實現了氮氧化物的源頭減排,其提出的350毫克/立方米的排放標準也成為國際先進指標。而在我國,2007年以前具有自主知識產權的先進煉焦技術為炭化室高6米的頂裝焦爐,僅采用廢氣循環技術來解決高向加熱的均勻性及氮氧化物的源頭減排。多座6米焦爐的標定表明,采用貧煤氣加熱時,焦爐廢氣中氮氧化物含量在400毫克~600毫克/立方米之間;采用焦爐煤氣加熱時,在600毫克~1000毫克/立方米之間。形勢異常嚴峻,減排異常迫切。

2004年,為有效改善大氣環境質量,原國家環保部著手組織業內專家制定新的《煉焦化學工業污染物排放標準》,對焦爐煙囪廢氣中污染物含量提出更嚴格的排放要求。但因焦爐煙氣中氮氧化物產生機理復雜、難于治理,當時國內尚無滿足新建焦爐氮氧化物排放限值的適用技術,導致該標準自2005年草定以來一直無法得到業內的認同,雖反復論證也一直未能發布。本技術研發成功之后,2012年10月該標準才正式實施。

焦爐的一代爐齡在25年以上,在建成投產后的幾十年內,其工藝和裝備水平很難有根本性的提高。焦化工業實現節能減排的根本途徑,就是開發適合我國國情的高效清潔煉焦工藝與裝備技術,并盡快應用于更新改造的焦化建設項目,使焦化工業實現高效清潔生產。因此,如何提高我國焦化行業技術與裝備水平,開發出具有我國自主知識產權的以大型化、高效率和清潔生產為特征的行業更新換代技術,實現行業自身的可持續發展,滿足國家對焦化行業節能減排和產業結構調整的要求,成為了中國焦化行業的歷史性課題。

“超大容積頂裝焦爐技術與裝備的開發及應用”技術的“前世今生”

在本技術誕生之前,經過多年的工程實踐,我國在焦化領域已具有一批水平較高的研發隊伍,進行了大量的基礎性研究并具有一定的技術儲備。

作為中國焦化技術的領跑者,中冶焦耐早就意識到了超大容積焦爐的廣闊應用前景。上世紀80年代,中冶焦耐在鞍鋼建設了炭化室高6.1米和8米的工業試驗焦爐,獲得了大量試驗數據,為解決大容積焦爐高向和長向均勻加熱提供可行的技術方案。以工業試驗獲得的數據為基礎,中冶焦耐相繼開發出具有自主知識產權的炭化室高5.5米和6米焦爐,并積累了豐富的大容積焦爐建設與生產經驗。與此同時,北京科技大學曾應用工業過程模型與仿真方法,探索、研究鋼鐵冶金熱過程的模擬與分析,完成了各種工業爐窯熱過程的研究和仿真等多項課題。作為生產企業,鞍鋼化工總廠具有豐富的焦爐建設和生產操作經驗。

歷史讓肩負同樣使命的中冶焦耐、北京科技大學和鞍鋼走到了一起。2008年,中冶焦耐以“超大容積頂裝焦爐技術與裝備開發”為題,正式向科技部申請設立國家“863”計劃資源環境技術領域的重點項目。2009年12月,經過嚴格審批,該項目正式獲得批準。

一時間,四面八方,專家齊聚,研發工作旋即展開。鞍山、大連、北京,設計院、高校、生產企業,以中冶焦耐作為工程技術創新的主體,通過善于進行理論研究的學術機構深入探索焦爐加熱技術和清潔生產技術的深層次機理,依托國內焦化龍頭企業的生產實踐,形成了“產學研”一體的技術創新團隊,為項目最終成功實施打下了堅實的基礎。

經過反復研究,研發團隊首先確定了總的研究路線:基于流體動力學、傳熱學、燃燒學和煉焦化學理論,建立焦爐炭化室、燃燒室和蓄熱系統一體化三維機理模型,通過數值分析與模擬,進行爐體結構優化、燃燒室貧氧均勻供熱的研究,達到均勻加熱和降低氮氧化物生成的目的;基于固體力學和材料力學理論,優化爐體結構和護爐鐵件結構,開發焦爐機械和設備、自動化控制技術等,完成示范工程的設計與建設,并在示范工程中實現全套技術集成。正確路線的確定之后,人就是決定性因素,奮斗就成為一種美好的享受!多少天不眠不休,多少次揮汗如雨,研發團隊始終懷揣著信心,著重研發保證焦爐炭化室加熱均勻性的爐體結構技術、廢氣循環與多段加熱組合燃燒技術、焦爐生產過程智能化控制技術、焦爐機械綜合自動化技術、超大容積焦爐護爐鐵件和爐門結構、超大容積焦爐工藝設備及焦爐機械裝備等多項關鍵技術與裝備。

與此同時,2010年7月12日,作為“863”項目的依托工程,中冶焦耐與鞍山鋼鐵集團公司正式簽訂《鞍鋼股份四期焦爐改造工程總承包合同》。2011年8月,該工程烘爐點火,2012年4月7日、5月7日先后投產,各項生產指標滿足設計要求,且全部符合項目研發考核指標要求。

2013年5月,項目成果順利通過科技部驗收。科技部專家組在出具的“863”課題驗收結論書中寫道:“課題以解決焦化行業的資源綜合利用和清潔生產的關鍵問題為導向,在超大容積頂裝焦爐組合燃燒技術、爐體結構、關鍵設備、焦爐智能化控制及系統技術集成等方面取得了創新性成果,所研發的廢氣循環與多段加熱組合燃燒技術、焦爐生產過程數值模擬與仿真技術、焦爐加熱優化控制與管理技術、焦爐烘爐智能化供熱技術等具有自主知識產權,研發了單孔炭化室高>7米、炭化室容積>55.6立方米的超大容積頂裝焦爐工藝和裝備技術,通過系統技術集成建立了示范工程,并完成示范工程的運行與考核。為促進焦化行業技術進步,提高焦化行業節能減排水平,實現焦化產業結構優化、資源綜合高效利用提供了更新換代技術。”

節能減排效果顯著,工程應用遍地開花

截至2016年12月底,運用項目研發成果建設的多段加熱型7米焦爐共計投產30座、年產焦炭達2276萬噸。

與傳統技術相比,項目研發成果的社會經濟效益顯著。采用貧煤氣加熱時,可降低煉焦耗熱量3%~4%;采用富煤氣加熱時,可降低煉焦耗熱量4%~5%。對應用本技術建設的16個焦化工程,每年將節約加熱煤氣費用9000萬元、減少CO2排放62.5萬噸、減少粉塵排放43噸、減少SO2排放75.5噸、減少氮氧化物排放791噸。

在污染物排放方面,研發的廢氣循環和多段加熱組合燃燒技術,顯著改善了焦爐高向加熱均勻性:高向溫差≤70℃,長向溫差≤60℃;同時,顯著降低了焦爐煙囪排放廢氣中氮氧化物含量:采用貧煤氣加熱時,可達到平均350毫克/立方米的國際先進水平;采用焦爐煤氣加熱時,可達到低于500毫克/立方米的國內領先水平。對應用本技術建設的海內外16個焦化工程,每年可減少氮氧化物排放9551噸。

同時,與國內先期引進的7.63米焦爐相比,“超大容積頂裝焦爐工藝和裝備技術”的優點非常明顯:更適應中國煉焦煤資源結構特征和原料劣質化的冶金工業發展趨勢;操作、維護簡單,生產順行性好;煉焦能耗低。在總體技術水平相當、局部技術領先的情況下,與引進技術相比,研發焦爐的建設投資遠遠低于7.63米焦爐,采用國內自主研發的超大容積焦爐技術,每個項目將節約直接投資3億元~4億元(含引進費用),同時可縮短建設周期4~5個月。

在鞍鋼,生產運行表明:研發技術與裝備在本工程的成功應用,大幅提升了鞍鋼煉焦總廠的技術與裝備水平,有力促進了鞍鋼技術改造步伐。該技術有效地解決了制約焦爐大型化、高效率和清潔生產的關鍵問題,具有極大的推廣和應用價值。

2016年,鞍鋼股份四期2座7米焦爐年產焦炭152萬噸,新增銷售額(僅冶金焦,未包含其他化工產品)達19.28億元;因煉焦耗熱量降低,每年節省燃料成本328萬元;因焦炭質量改善、對煉鐵產生的延伸效益每年增收2300萬元。

寶武鋼鐵、鞍鋼集團、河北鋼鐵……國內大型鋼鐵聯合企業到處都有它的身影。

2016年12月29日15點30分,2號焦爐順利出焦,標志著臺塑越南河靜鋼焦化項目全面投產,也標志著中冶焦耐研發的7米大容積頂裝煉焦技術首次輸出海外并成功實施。國務院國資委、人民網、中央人民政府網站等多家權威媒體對該項目的建設和成功投產給予廣泛報道。這是對中冶焦耐焦化技術的肯定,也是對中冶焦耐踐行冶金焦化工程建設“國家隊”神圣使命的肯定。

以獨占鰲頭的核心技術、持續不斷的革新創新能力,承擔冶金“國家隊”責任

十年風雨砥礪,十載奮斗求索。中冶焦耐十年磨一劍,最終從70多個項目中脫穎而出,憑借“超大容積頂裝焦爐技術與裝備的開發及應用”技術,在我國冶金行業頂級專家的嘉許和贊揚聲中將2017年冶金科技獎特等獎收入囊中!只有焦耐人知道,這并非幸運,也無關運氣!

榮譽來自于獨占鰲頭的核心技術,來自于持續不斷的革新創新。作為中國焦化耐火行業的領軍企業,面對我國冶金行業提質增效、轉型升級的新要求和海外市場極高的技術、環保標準要求,中冶焦耐始終以新應新、以變應變,堅持從自身專業領域出發,通過不斷的技術創新滿足國內外焦化市場的需求。本世紀初,中冶焦耐便通過干熄焦技術國產化開啟了追趕和超越國外先進焦化技術的光輝歷程,在消化吸收引進技術的基礎上,進行大膽創新,開發出具有我國自主知識產權的干熄焦成套工藝技術與裝備,實現了國產化、系列化、大型化和最優化。在長期推進自主創新的過程中,鍛造出理念先進、技術過硬的焦化技術專業隊伍,最終實現“青出于藍而勝于藍”。在鞏固國內市場和拓展海外市場的過程中,中冶焦耐逐步打造出具有強大競爭力的JN系列大容積頂裝焦爐和JND系列大容積搗固焦爐技術,該次獲得冶金科技特等獎的“超大容積頂裝焦爐技術與裝備的開發及應用”又為焦耐品牌產品新添一員。在中國鋼鐵產業結構調整、工藝和裝備升級及大型煤炭企業延伸產業鏈之際,乘著世界新興產業國家基礎建設的東風,中冶焦耐不僅在國內高端焦化建設市場居于絕對領先地位,而且憑借技術和服務優勢,以品牌產品逐步擴大海外市場份額,先后承攬了巴西、伊朗、南非、日本、印度、土耳其等地的焦化項目,在致力于我國焦化行業高端技術的引領、關鍵核心技術的創新和行業共性技術的開發的同時,承擔起了引領中國焦化走向更高水平、走向世界的國家責任,為中國焦化的“走出去”貢獻了巨大力量。

此次冶金科技特等獎成績的取得,既是中冶焦耐持續深入貫徹落實中冶集團打造“冶金建設國家隊、基本建設主力軍、新興產業領跑者,長期堅持走高技術建設之路”戰略新定位的具體體現,也是中冶集團始終“以獨占鰲頭的核心技術、無可替代的冶金全產業鏈整合優勢、持續不斷的革新創新能力,承擔引領中國冶金向更高水平發展國家責任”的重要標志。以獲獎技術為依托,中冶焦耐持續秉持“效率創造價值、創新驅動發展,品質鑄造永恒”的核心價值觀,積極承擔推動行業技術進步與綠色發展的國家責任,努力將中冶焦耐打造成全球最大、最強、最優的焦化建設、運營、服務的“國家隊”,更好地為中國鋼鐵工業轉型升級、提質增效和國際產能合作,提供焦化全流程、全生命周期的技術服務。

砥礪十年,一朝聲動,每一個足跡,又是一次嶄新的開始。未來,中冶焦耐將在中冶集團的正確領導及大力支持下,櫛風沐雨,砥礪奮進,再續華章!

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