流程系統(tǒng)優(yōu)化讓工業(yè)生產節(jié)能減排

我國工業(yè)能源消費量占全社會能源消費總量的65%左右，實現(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)合攻關煙氣余熱回收、凈化難題

無論是煉鋼，還是燒制水泥、反應爐生產化工產品，都會排放大量含塵的煙氣。這些煙氣溫度高達800℃—1200℃，余熱品位高。

“冶金、建材、能源、化工等行業(yè)能耗占我國工業(yè)總能耗的70%以上，其中，煙氣余能就占到工業(yè)能耗的17%，相當于年均消耗3.4億噸標準煤?！敝貞c大學能源與動力工程學院院長廖強教授說，提升高溫高含塵工業(yè)煙氣的余熱回收效率，在國內外都是一個技術難題。

此外，上述行業(yè)的煙氣年排塵量高達634.3萬噸，占工業(yè)煙塵排放量的50%。

于是，在國家重點研發(fā)計劃項目“工業(yè)含塵廢氣余熱回收技術”的支持下，重慶大學、北京科技大學、中國科學院過程工程研究所等10家科研院所的專家和企業(yè)的研發(fā)人員組成項目組進行聯(lián)合攻關。

“我們根據(jù)煙氣性質進行分類，將煙氣分為含凝結性塵粒煙氣、高溫高含塵煙氣、含低濃度亞微米級塵粒煙氣3種?！绷螐娬f，研究團隊分別針對3種煙氣的不同特點，發(fā)明了高溫凝塵自適調控黏附捕集與動態(tài)定向置換脫附技術，首次實現(xiàn)了凝塵低流阻連續(xù)化過濾和余熱一體化回收；發(fā)明了具有梯級孔隙結構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化傳熱技術，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；研發(fā)了能滿足高溫低濃度亞微米級煙塵粒子深度凈化的新型膜材料制備技術，突破膜材料溫度使用限制的瓶頸……

“這些關鍵技術在未來5年的實施，將引領國際工業(yè)高溫高含塵煙氣余熱回收和凈化技術的發(fā)展?！绷螐娬f。

項目組形成了集理論、技術、裝備與應用示范于一體的具有自主知識產權的技術體系，并在該技術體系基礎上，首次實現(xiàn)了高溫高含塵煙氣深度凈化和高效換熱一體化技術集成、裝置工程示范。通過示范工程的運行，含凝結性和亞微米級塵粒高達74000毫克/立方米的高溫煙氣，實現(xiàn)了連續(xù)余熱深度回收和凈化，平均余熱回收率達82.27%，凈化后煙氣平均含塵濃度4.82毫克/立方米。當前，工業(yè)含塵廢氣余熱回收技術已在發(fā)電、冶金、水泥制造等領域的20余家企業(yè)推廣應用。近3年來，實現(xiàn)產值2.3億元，利潤超過5000萬元，稅收接近3000萬元，節(jié)約標煤45萬噸，減排二氧化碳約120萬噸，應用前景廣闊。

新技術推廣后產十億噸鋼可節(jié)約三千萬噸標煤

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

鋼鐵生產由煉鐵、煉鋼、軋鋼等多道工序組成，生產過程是連續(xù)不斷的?！斑@些特點決定了鋼鐵生產的流程系統(tǒng)優(yōu)化以及開發(fā)關鍵界面銜接技術、裝備對其節(jié)能減排的重要作用?！北本┛萍即髮W教授郭占成說。

于是，國家重點研發(fā)計劃項目“化工冶金流程工業(yè)系統(tǒng)優(yōu)化與節(jié)能技術”以鋼鐵生產流程為載體，針對煉鐵—煉鋼、煉鋼—連鑄、連鑄—軋鋼區(qū)段的工序間，進行合理匹配與動態(tài)運行優(yōu)化，結合人工智能控制技術，開發(fā)了不同單元界面的能量流與物質流優(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控原則進行動態(tài)合理調控。通過鐵水包、鋼包和鑄坯識別定位，實現(xiàn)鋼鐵制造流程物流智能化感知跟蹤；通過鐵水包（機車）、鋼包周轉和鑄坯調度，實現(xiàn)生產過程的物流智能化決策管控；通過能源介質的合理調配，實現(xiàn)鋼鐵生產過程物質流、能量流和信息流的耦合調配等。

郭占成說，這些技術在首鋼京唐公司應用后，噸鋼節(jié)能近30公斤標準煤，節(jié)能效果近5%。項目成功開發(fā)了中間包電磁加熱技術和裝備，填補了我國鋼鐵生產的空白，經包頭鋼鐵集團等多家鋼鐵企業(yè)的實踐應用，取得了與進口設備相比能效提高10%以上的效果。針對傳統(tǒng)鋼鐵生產中，副產品煤氣利用效率低的問題，項目開發(fā)了以焦爐煤氣為主要能源的甲基丙烯酸甲酯合成新工藝，完成了千噸級技術示范，形成了具有自主知識產權的新工藝，為實現(xiàn)鋼—化聯(lián)產煤炭能源梯級利用提供了關鍵技術。

郭占成說，這些技術和裝備如在全國鋼鐵企業(yè)推廣應用，以年產10億噸鋼估算，節(jié)能潛力約為3000萬噸標準煤。