近日，备受瞩目的2018年度国家科学技术奖揭晓，由中冶焦耐工程技术有限公司（下称“中冶焦耐”）、北京科技大学、鞍山钢铁集团联合攻关的“清洁高效炼焦技术与装备的开发及应用”项目获得了国家科技进步一等奖。
炼焦是在隔绝空气条件下将烟煤等进行高温干馏的生产焦炭、煤气及其他经济附产品的过程，焦炭是长流程高炉炼铁必不可少的燃料和还原剂，是钢铁工业重要的基础原料。为满足新时代环保要求、提高资源利用效率、推动行业技术升级、实现新旧产能转换，攻关团队用十多年时间对清洁高效炼焦技术的核心问题进行原始创新、科研创新。随着新一代清洁高效炼焦技术逐步在市场推广，我国炼焦行业实现了污染物减排10%以上、优质资源消耗降低7.5%、能耗下降4%。项目成果对实现高端技术自主化，解决中国焦化行业环保与能源困境，对我国钢铁行业的技术升级、炼焦煤资源安全具有重大战略意义。
清洁高效是关键
在过去的几十年里，随着我国经济的飞速增长，钢铁行业带动了焦化产业的快速扩张。据了解，我国焦炭产量占世界的70%，焦化行业年产值超过一万亿元。但由于技术装备水平跟不上快速扩张的产业规模，我国焦化产业始终面临着能耗高、污染量大和优质资源耗费过速等问题。近3年来，我国每年焦炭产量均为4.5亿吨，每年需要消耗的优质炼焦煤达到6-7亿吨。尽管我国煤炭储量丰富，但优质炼焦煤储量相对有限且分布不均，优质资源过度消耗制约了我国钢铁工业的发展，也为我国资源安全带来隐患。
为提高资源利用率，响应环保要求，中冶焦耐的研发团队早在2004年就定下了开发新一代清洁高效炼焦技术的目标。
“2003年就有国外先进炼焦技术进入到国内，而且很快就占据了我国高端炼焦市场。核心技术受制于人让我们有了一种危机感，同时也有一种国家的责任感，中冶焦耐决定自主研发，将核心技术掌握到自己手中，解决中国的产业化问题、环境问题、资源问题。”中冶集团焦化首席专家王明登教授告诉记者。经过数年科研攻关，2006年，由中冶焦耐自主研发的国内最大、拥有自主知识产权的第一代7米焦炉在鞍钢营口鲅鱼圈问世，迈出了中国焦化事业做大做强第一步。此后，为解决环保问题、资源问题、能耗及智能生产等关键难题，中冶焦耐联合北京科技大学、鞍山钢铁集团，在科技部863计划的支持下，对“新一代清洁高效炼焦工艺与装备开发”项目进行了联合攻关，从理论研究、技术研发、装备研制等课题入手，研发焦炉氮氧化物控制等清洁炼焦关键技术、研发符合中国炼焦煤特征的高效炼焦技术、高效关键装备以及炼焦生产智能化管理系统，在保证自主知识产权的情况下实现了多项指标达到世界领先水平。
先进技术“走出去”
焦炉是多项综合控制技术的集成品，其中一项必须突破的技术难点就是，如何做到超大型焦炉在不牺牲产能的前提下的实现焦炉高向、长向加热均匀和抑制氮氧化物排放之间的平衡。
“现代焦炉都是采用室式炼焦技术，可以把焦炉燃烧室想成一堵空心加热墙，长约20米，高约8米，厚度不超过一米，由硅砖等耐火材料砌筑而成，墙内分成若干组上升与下降火道，里面充斥燃烧的高温气体，我们就要保证加热的温度分布均匀，在7-8米高的狭长火道内温度差控制在小于50℃以内，且最高燃烧火焰锋面温度控制在一定范围之内，才能保证燃烧均匀，符合焦炭生成的规律，氮氧化物不超标，否则无法实现清洁高效炼焦。”王明登说，“而氮氧化物的控制更是从零开始，国家在2012年前对焦化产业没有相应的氮氧化物排放限制，中冶焦耐提前布局，从产生机理入手，根据中冶焦耐的8米试验焦炉及掌握的热工大数据，联合北京科技大学，从燃烧理论和炼焦全过程仿真，依托鞍钢的工程建设项目，组建一个‘产学研’一体的攻关团队，这也是863项目中首次以设计院牵头‘产学研’合作的成功典型案例”。中冶焦耐与北京科技大学的研究人员进行了长期合作，从基础科学研究入手，对炼焦过程中产生氮氧化物的机理进行了探讨，经过实际验证，最终获取了工程上的解决方案，与传统炼焦工艺相比，第二代清洁高效炼焦工艺将氮氧化物排放量降低了50%以上。
随着技术难点的逐一突破，清洁高效炼焦技术日臻完善，技术成果也快速得到了市场的认可。据了解，项目成果在国内大型焦炉市场占有率现已达到96%，使我国焦化产业集中度提升了3.8倍，推动了国内炼焦行业产业升级。
不仅如此，这一项目成果更是走出国门，实现向海外市场技术与装备输出，包括日本、南非、土耳其、巴西、印度、越南在内的多国均有应用的实例。据统计，近十年来海外新建大型焦炉市场中冶焦耐有六成份额。“在跟世界技术强国公开竞标情况下，我们的技术成果在清洁化生产的指标方面，和国际先进技术是同一个水平，而在整体或局部控制、资源利用以及能耗方面，我们的技术产品则更具竞争优势。”王明登说。
