我國(guó)工業(yè)能源消費(fèi)量占全社會(huì)能源消費(fèi)總量的65%左右，實(shí)現(xiàn)工業(yè)系統(tǒng)節(jié)能，有助于減少化石能源使用，從源頭減少二氧化碳排放。

聯(lián)合攻關(guān)煙氣余熱回收、凈化難題

無(wú)論是煉鋼，還是燒制水泥、反應(yīng)爐生產(chǎn)化工產(chǎn)品，都會(huì)排放大量含塵的煙氣。這些煙氣溫度高達(dá)800℃—1200℃，余熱品位高。

“冶金、建材、能源、化工等行業(yè)能耗占我國(guó)工業(yè)總能耗的70%以上，其中，煙氣余能就占到工業(yè)能耗的17%，相當(dāng)于年均消耗3.4億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。”重慶大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院院長(zhǎng)廖強(qiáng)教授說(shuō)，提升高溫高含塵工業(yè)煙氣的余熱回收效率，在國(guó)內(nèi)外都是一個(gè)技術(shù)難題。

此外，上述行業(yè)的煙氣年排塵量高達(dá)634.3萬(wàn)噸，占工業(yè)煙塵排放量的50%。

于是，在國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“工業(yè)含塵廢氣余熱回收技術(shù)”的支持下，重慶大學(xué)、北京科技大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所等10家科研院所的專家和企業(yè)的研發(fā)人員組成項(xiàng)目組進(jìn)行聯(lián)合攻關(guān)。

“我們根據(jù)煙氣性質(zhì)進(jìn)行分類，將煙氣分為含凝結(jié)性塵粒煙氣、高溫高含塵煙氣、含低濃度亞微米級(jí)塵粒煙氣3種。”廖強(qiáng)說(shuō)，研究團(tuán)隊(duì)分別針對(duì)3種煙氣的不同特點(diǎn)，發(fā)明了高溫凝塵自適調(diào)控黏附捕集與動(dòng)態(tài)定向置換脫附技術(shù)，首次實(shí)現(xiàn)了凝塵低流阻連續(xù)化過(guò)濾和余熱一體化回收;發(fā)明了具有梯級(jí)孔隙結(jié)構(gòu)三維超大拓展表面蜂巢式新型蓄熱、換熱體元件和具有超大拓展表面防磨除灰三維肋管強(qiáng)化傳熱技術(shù)，形成了具有三維超大拓展表面蓄熱、換熱高含塵煙氣連續(xù)高效余熱回收與凈化一體化技術(shù);研發(fā)了能滿足高溫低濃度亞微米級(jí)煙塵粒子深度凈化的新型膜材料制備技術(shù)，突破膜材料溫度使用限制的瓶頸……

“這些關(guān)鍵技術(shù)在未來(lái)5年的實(shí)施，將引領(lǐng)國(guó)際工業(yè)高溫高含塵煙氣余熱回收和凈化技術(shù)的發(fā)展。”廖強(qiáng)說(shuō)。

項(xiàng)目組形成了集理論、技術(shù)、裝備與應(yīng)用示范于一體的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)體系，并在該技術(shù)體系基礎(chǔ)上，首次實(shí)現(xiàn)了高溫高含塵煙氣深度凈化和高效換熱一體化技術(shù)集成、裝置工程示范。通過(guò)示范工程的運(yùn)行，含凝結(jié)性和亞微米級(jí)塵粒高達(dá)74000毫克/立方米的高溫煙氣，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)余熱深度回收和凈化，平均余熱回收率達(dá)82.27%，凈化后煙氣平均含塵濃度4.82毫克/立方米。當(dāng)前，工業(yè)含塵廢氣余熱回收技術(shù)已在發(fā)電、冶金、水泥制造等領(lǐng)域的20余家企業(yè)推廣應(yīng)用。近3年來(lái)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)值2.3億元，利潤(rùn)超過(guò)5000萬(wàn)元，稅收接近3000萬(wàn)元，節(jié)約標(biāo)煤45萬(wàn)噸，減排二氧化碳約120萬(wàn)噸，應(yīng)用前景廣闊。

新技術(shù)推廣后產(chǎn)十億噸鋼可節(jié)約三千萬(wàn)噸標(biāo)煤

鋼鐵工業(yè)是我國(guó)制造業(yè)煤炭能源消費(fèi)的最大產(chǎn)業(yè)，占全國(guó)工業(yè)部門一次能源消費(fèi)總量的15%左右，二氧化碳排放量約占工業(yè)的16%，鋼鐵工業(yè)節(jié)能減排是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)不可或缺的一環(huán)。

鋼鐵生產(chǎn)由煉鐵、煉鋼、軋鋼等多道工序組成，生產(chǎn)過(guò)程是連續(xù)不斷的。“這些特點(diǎn)決定了鋼鐵生產(chǎn)的流程系統(tǒng)優(yōu)化以及開(kāi)發(fā)關(guān)鍵界面銜接技術(shù)、裝備對(duì)其節(jié)能減排的重要作用。”北京科技大學(xué)教授郭占成說(shuō)。

于是，國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“化工冶金流程工業(yè)系統(tǒng)優(yōu)化與節(jié)能技術(shù)”以鋼鐵生產(chǎn)流程為載體，針對(duì)煉鐵—煉鋼、煉鋼—連鑄、連鑄—軋鋼區(qū)段的工序間，進(jìn)行合理匹配與動(dòng)態(tài)運(yùn)行優(yōu)化，結(jié)合人工智能控制技術(shù)，開(kāi)發(fā)了不同單元界面的能量流與物質(zhì)流優(yōu)化管控系統(tǒng)。

位于河北唐山的首鋼京唐公司，全流程按照一體化調(diào)控原則進(jìn)行動(dòng)態(tài)合理調(diào)控。通過(guò)鐵水包、鋼包和鑄坯識(shí)別定位，實(shí)現(xiàn)鋼鐵制造流程物流智能化感知跟蹤;通過(guò)鐵水包(機(jī)車)、鋼包周轉(zhuǎn)和鑄坯調(diào)度，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的物流智能化決策管控;通過(guò)能源介質(zhì)的合理調(diào)配，實(shí)現(xiàn)鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程物質(zhì)流、能量流和信息流的耦合調(diào)配等。

郭占成說(shuō)，這些技術(shù)在首鋼京唐公司應(yīng)用后，噸鋼節(jié)能近30公斤標(biāo)準(zhǔn)煤，節(jié)能效果近5%。項(xiàng)目成功開(kāi)發(fā)了中間包電磁加熱技術(shù)和裝備，填補(bǔ)了我國(guó)鋼鐵生產(chǎn)的空白，經(jīng)包頭鋼鐵集團(tuán)等多家鋼鐵企業(yè)的實(shí)踐應(yīng)用，取得了與進(jìn)口設(shè)備相比能效提高10%以上的效果。針對(duì)傳統(tǒng)鋼鐵生產(chǎn)中，副產(chǎn)品煤氣利用效率低的問(wèn)題，項(xiàng)目開(kāi)發(fā)了以焦?fàn)t煤氣為主要能源的甲基丙烯酸甲酯合成新工藝，完成了千噸級(jí)技術(shù)示范，形成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新工藝，為實(shí)現(xiàn)鋼—化聯(lián)產(chǎn)煤炭能源梯級(jí)利用提供了關(guān)鍵技術(shù)。

郭占成說(shuō)，這些技術(shù)和裝備如在全國(guó)鋼鐵企業(yè)推廣應(yīng)用，以年產(chǎn)10億噸鋼估算，節(jié)能潛力約為3000萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤。