自我国提出“碳达峰、碳中和”目标以来,焦化企业在节能减排及环境治理方面面临着越来越大的压力,绿色循环再生、节能减排增效是焦化行业的必然选择。荒煤气是炼焦煤在焦炉中被隔绝空气加热生产焦炭过程中产生的含有高附加值化工原料的煤尘气,温度500℃-800℃,占炼焦工艺总支出热量的36%,约占炼焦未回收余热的51%,二氧化碳排放量占钢铁行业30%以上。荒煤气余热回收和利用是世界性难题,也是焦化行业迄今唯一大块未回收利用的能量,近30年来,国内外开展了大量的研究,相继开发了汽化冷却、导热油、锅炉、热管和半导体温差发电等上升管余热回收技术,但由于受到焦炉加热的大惯性/滞后/时变/非线性、炉顶换热空间狭小、焦油凝析、硫化氢腐蚀、运行成本高等不利因素的影响,至今难以实现荒煤气余热持续稳定高效回收利用,后续伴生化学产品回收处理就必须喷洒氨水进行冷却,又造成大量余热、氨水、电能的浪费。而炼焦荒煤气余热回收利用的经济效益十分显著,2020年我国生产焦炭4.7亿吨,约有2000亿m3的荒煤气余热可回收利用,如果全部加以回收利用,每年至少可节约标煤402万吨、减排二氧化碳 1063万吨。项目针对复杂炼焦环境下中温余热的难以长期稳定高效回收利用的瓶颈问题,持续攻关、数十次的方案设计和试验,突破了重大瓶颈问题,主要技术创新如下: (1)创新设计了几何态无应力复合夹套管式换热结构,突破了上升管热回收效率低、换热器易泄漏的行业技术难题,提高换热面积30%以上。(2)开发了基于变流量水力平衡的大系统云平台换热控制技术,通过实时监测、自动寻优纠偏、换热系统各个分支水量相互补偿匹配,保证了装置换热效果、安全稳定运行。(3)制备了一种纳米耐高温耐磨耐腐蚀导热涂层材料,最高耐受温度1800℃,可阻止硫化氢等化合物腐蚀、焦油凝析、石墨挂结,使低成本普通钢材受热面达到哈氏120级别以上合金钢性能。 (4)研发了耐受温度达500-1800℃、厚度仅1-2mm的低成本纳米微孔绝热保温涂料,可在几何态换热体外壁上形成互穿网络的微孔结构,绝热保温效果提高了4倍以上。 项目核心技术经中国再生资源回收协会鉴定,该技术节能减排效果显著,其焦炉荒煤气显热回收生产过热蒸汽技术处于国际领先水平,在焦化行业具有推广应用前景,目前项目获授权专利12件,其中发明4件;软件著作权1件。开发了焦炉荒煤气上升管高效换热装置,经邯钢焦化、安钢焦化、徐州沂州科技和邯宝焦化大型焦炉2年-4年的工业化运行,产过热蒸汽量0.098t/t,单位产品节能9.6kgce/t,余热回收率达到30%以上,降低焦化用能10%以上,且不影响后续化学产品的回收,实现了炼焦余热的梯级高效利用,连续入选发改委《国家重点节能低碳技术推广目录》、工信部《国家工业节能技术装备推荐目录》、国家节能中心《重点节能技术应用典型案例》,并获得工信部及钢标委标准项目等项目立项,目前,在全国为数不多的已改造和正在改造的焦炉工程中,公司市场占有率超过20%以上,累计实现销售2亿元。