近日，由中國冶金科工集團所屬中冶焦耐工程技術有限公司牽頭，聯合北京科技大學和鞍山鋼鐵集團公司共同完成的“清潔高效煉焦技術與(yu) 裝備的開發及應用”項目榮獲2018年度國家科技進步一等獎。

　　清潔高效煉焦真的這麽(me) 重要嗎？為(wei) 什麽(me) 能夠獲得國家科技進步獎一等獎？它對國計民生會(hui) 產(chan) 生哪些影響？帶著這些問題記者采訪了相關(guan) 專(zhuan) 家。

　　開發清潔煉焦關(guan) 鍵技術

　　所謂煉焦又稱煤炭高溫幹餾，通俗講就是以煙煤為(wei) 原料，在隔絕空氣條件下加熱到1000℃左右，經過高溫幹餾生產(chan) 焦炭，同時獲得煤氣和煤焦油、粗苯等化工產(chan) 品的一種煤轉化工藝。焦炭是煉焦最重要的產(chan) 品，可以作為(wei) 高爐煉鐵的還原劑、熱源、料柱骨架和供碳劑。

　　長期以來，我國煉焦工業(ye) 存在著環保水平低、大型焦爐占比小、能耗高、優(you) 質煉焦煤資源短缺等突出問題。

　　國家科學技術進步獎一等獎獲得者、中冶焦耐董事長於(yu) 振東(dong) 介紹，氮氧化物、顆粒物及二氧化硫是造成大氣環境惡化、霧霾天氣頻現的重要原因之一，前兩(liang) 者也是煉焦生產(chan) 中最難控製的汙染物，這也是為(wei) 什麽(me) 煉焦被看成容易導致環境惡化的重點行業(ye) 之一。

　　在於(yu) 振東(dong) 看來，綠色化、高效化和智能化是未來煉焦技術發展的主要趨勢，“近幾年的大規模產(chan) 業(ye) 化應用證明，我們(men) 開發的清潔高效煉焦技術，推動了行業(ye) 的健康、快速和高質量發展。”

　　由於(yu) 生成機理複雜，焦爐氮氧化物的控製屬世界性技術難題。傳(chuan) 統焦爐的標定數據顯示，焦爐煤氣加熱時廢氣中氮氧化物平均含量在1000毫克/立方米以上，低熱值煤氣加熱時在450—650毫克/立方米。按此計算，2003年我國煉焦約排放22萬(wan) 噸氮氧化物。

　　於(yu) 振東(dong) 說：“研發團隊從(cong) 燃燒理論和仿真分析入手，對焦爐狹長火道內(nei) 彌散燃燒過程中氮氧化物生成機理進行研究，耦合炭化室、燃燒室和蓄熱室全結構，開發複雜結構體(ti) 係內(nei) 傳(chuan) 熱傳(chuan) 質、燃燒、流動與(yu) 煤高溫幹餾等非穩態過程的模擬分析方法，獲得焦爐多室、多過程間的相互耦合及關(guan) 聯機製，掌握不同種類煤氣氮氧化物生成與(yu) 火焰燃燒溫度、空氣過剩係數和高溫區域停留時間的影響規律，提出梯級供給低氮燃燒控製理論，發明可控梯級供給低氮燃燒均勻加熱技術，使煙氣中氮氧化合物降低50%以上，解決(jue) 焦爐氮氧化物源頭減量治理的世界性技術難題。”項目成果為(wei) 中國煉焦行業(ye) 的低氮排放、清潔生產(chan) 提供了解決(jue) 方案，為(wei) 新製定的國家標準《煉焦化學工業(ye) 汙染物排放標準（GB16171-2012）》提供了適用技術。

　　均勻分段加熱促高效煉焦

　　在實現煉焦高效生產(chan) 的征途中，有兩(liang) 個(ge) 攔路虎，一個(ge) 是如何將18米長、7米高、0.5米寬的炭化室內(nei) 40多噸煤料在間壁加熱條件下實現均勻供熱，即在高度和長度方向實現快速均勻煉焦；另外一個(ge) 是如何避免為(wei) 降低氮氧化物生成而新研發的分段加熱技術對爐體(ti) 生產(chan) 順行性可能產(chan) 生的不利影響，如何實現高效生產(chan) 與(yu) 中國煉焦煤資源間的協同發展。

　　在業(ye) 內(nei) 人士看來，這並非易事。中冶焦耐副總工程師王明登介紹說，隨著焦爐尺寸的顯著增大，受火焰長度及溫度梯度影響，要對煤料進行均勻且適度供熱，在無法實施外部幹預的情況下，隻能依靠自身結構對兩(liang) 千多個(ge) 加熱火道內(nei) 的高溫火焰進行精確控製，難度極大。如果焦爐內(nei) 局部火焰溫度過高，不僅(jin) 耗熱量高、能耗大，而且氮氧化物會(hui) 大量生成，無法實現源頭減排，甚至會(hui) 燒壞爐體(ti) ；如果溫度過低或者溫度不均勻，則會(hui) 出現生焦，不能保證產(chan) 品質量。這之間的平衡必須拿捏準確。另外，如果一昧強調提升生產(chan) 強度而顯著增加供熱量，再與(yu) 新研發的分段加熱技術疊加，極易造成爐頂空間溫度高、生產(chan) 順行性差等諸多難題，這在我國本世紀初從(cong) 國外引進的焦爐上得到明顯驗證。

　　王明登表示，為(wei) 了研發出符合中國煉焦煤特征的高效煉焦技術、突破資源瓶頸製約，研發團隊基於(yu) 中國煉焦煤的黏結特性、結焦特性和收縮特性，建立炭化室煤熱解模型，開發“爐頂溫控-加熱水平匹配”的耦合模擬分析方法，將入爐煤料的收縮率與(yu) 爐體(ti) 加熱水平相匹配，選擇最適宜中國煉焦煤的加熱強度和爐體(ti) 關(guan) 鍵結構尺寸，在7米高的加熱火道內(nei) 按煤料成焦需求分段供應熱量，發明新型跨越孔結構，並通過獨特的高向溫度組合調節技術，不僅(jin) 實現了高向均勻加熱，而且實現了爐頂溫度的有效控製，徹底解決(jue) 大型焦爐爐頂空間溫度極易過高的世界性難題，使生產(chan) 順行的同時，還顯著降低優(you) 質煉焦煤用量。

　　為(wei) 了實現長向的均勻加熱，研發團隊將18米長的炭化室牆麵按對應煤料成焦過程的熱量需求並考慮爐體(ti) 散熱，分割成18個(ge) 加熱單元，實行區域精準供熱，研發出爐底氣流協調分配技術，發明上、下協同調節焦爐長向氣流分配結構，解決(jue) 大型焦爐長向均勻加熱的技術難題。

　　與(yu) 引進技術相比，新技術可降低優(you) 質煉焦煤用量7.5%以上；焦爐長向和高向加熱均勻，不僅(jin) 改善焦炭質量，而且降低煉焦能耗。通過解決(jue) 影響焦爐均勻加熱和阻礙生產(chan) 順行這兩(liang) 項製約高效生產(chan) 的關(guan) 鍵術難題，不僅(jin) 將單元規模產(chan) 能提升了50%，還很好地解決(jue) 了高效生產(chan) 與(yu) 我國煉焦煤資源特征間的協同問題。