近10年來(lái)，我國(guó)焦炭年產(chǎn)量約為4.5億噸，占世界總產(chǎn)量的68%。焦化工序能耗占鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的15%，在煉焦過(guò)程中，37%的紅焦、27%的煙道廢氣等帶出的熱量均已有效回收，約36%荒煤氣帶出的余熱未得到充分利用，這也是焦化行業(yè)重點(diǎn)關(guān)注的課題，研發(fā)一種高效、安全、節(jié)能的焦?fàn)t上升管荒煤氣余熱回收技術(shù)勢(shì)在必行。

焦?fàn)t荒煤氣余熱回收屬于清潔能源技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)綠色焦化、節(jié)約資源、降低煉焦成本的重要途徑，符合國(guó)家節(jié)能減排的方針政策及企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略。2011年，國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)將焦?fàn)t荒煤氣余熱利用關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新及產(chǎn)業(yè)化列為示范工程。

焦?fàn)t荒煤氣余熱回收利用是焦化行業(yè)節(jié)能的難題之一，主要技術(shù)難點(diǎn)有：

1）650-800℃周期性變化大，極限溫度達(dá)1400℃，溫度高且周期性變化大，傳熱不均衡；

2）含氨氣、焦油蒸汽、水蒸氣、苯蒸汽、硫化氫等介質(zhì)，腐蝕性強(qiáng)；

3）荒煤氣溫度大于800℃結(jié)石墨、低于450℃掛焦油，控制換熱難度大；

4）易造成漏水進(jìn)炭化室，損壞爐體；

5）爐體結(jié)構(gòu)受限，不能改變?cè)猩仙艿母叨燃皟?nèi)部通道；

6）現(xiàn)場(chǎng)有高溫、粉塵和腐蝕性氣體，環(huán)境惡劣。

20世紀(jì)70年代起，國(guó)內(nèi)外就對(duì)焦?fàn)t荒煤氣余熱回收技術(shù)進(jìn)行了不斷研發(fā)，相繼推出各種技術(shù)，但由于技術(shù)及材料未過(guò)關(guān)、成本高、安全風(fēng)險(xiǎn)大等因素均未實(shí)現(xiàn)規(guī)?；?、商業(yè)化應(yīng)用和推廣。

2010年開(kāi)始，江蘇龍冶節(jié)能科技有限公司項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)針對(duì)焦?fàn)t上升管荒煤氣高溫、腐蝕、溫度周期變化等工況下難以實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定可靠的余熱回收現(xiàn)狀，聯(lián)合攻關(guān)，對(duì)工況、材料、結(jié)構(gòu)等進(jìn)行基礎(chǔ)研究、優(yōu)化、分析、對(duì)比，突破核心技術(shù)，解決了上升管漏水、掛焦油、干燒等技術(shù)難題，自主研發(fā)了高效節(jié)能焦?fàn)t上升管荒煤氣余熱回收技術(shù)（圖1），實(shí)現(xiàn)整套余熱回收裝置成功工業(yè)化、規(guī)模化、商業(yè)化應(yīng)用，并且實(shí)現(xiàn)了上升管設(shè)備及系統(tǒng)安全、環(huán)保、長(zhǎng)壽和高效運(yùn)行，有明顯的節(jié)能減排效果和良好的經(jīng)濟(jì)效益。

1）首創(chuàng)納米涂層自清潔上升管換熱專用設(shè)備，突破高溫腐蝕工況對(duì)材料的影響，研發(fā)出世界首套工業(yè)化焦?fàn)t上升管荒煤氣余熱回收整體裝備。

從技術(shù)難點(diǎn)入手，研究煉焦過(guò)程中上升管荒煤氣的工況及周期性變化、上升管換熱機(jī)理，分析了不同鋼材的強(qiáng)度、耐熱、腐蝕等特性，選擇滿足上升管結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、導(dǎo)熱性、可焊性等要求的材料作為上升管基材；依據(jù)荒煤氣的物性、結(jié)渣機(jī)理，研究了多種納米級(jí)氧化物性能，進(jìn)行上千次的小試、中試，對(duì)獲得的數(shù)據(jù)反復(fù)對(duì)比分析、優(yōu)化。研發(fā)出了耐高溫、耐腐蝕、耐磨損、抗氧化、抗熱震性的非金屬材料納米涂層。

為了使研發(fā)成果能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，進(jìn)一步研制了制造工藝設(shè)備裝置，將納米涂層與金屬材料致密貼合，保證熱脹冷縮設(shè)備性能穩(wěn)定是項(xiàng)目成敗的關(guān)鍵。接觸荒煤氣介質(zhì)內(nèi)壁表面再配以納米級(jí)光潔劑，高溫下內(nèi)壁光滑如釉面，具備自清潔功能，難以黏焦油、掛石墨，形成了滿足和適應(yīng)焦?fàn)t工況環(huán)境的上升管復(fù)合材料產(chǎn)品（圖2）。

2）研發(fā)導(dǎo)流結(jié)構(gòu)和無(wú)縫低應(yīng)力上升管結(jié)構(gòu)技術(shù)，研究了機(jī)械載荷與高溫引起的應(yīng)力分布，高效換熱、熱膨脹等技術(shù)難題，最終形成了創(chuàng)新、獨(dú)特的上升管換熱設(shè)備結(jié)構(gòu)，突破并實(shí)現(xiàn)了在全結(jié)焦周期內(nèi)不受工況溫度波動(dòng)影響，消除了漏水進(jìn)炭化室的隱患。

3）研發(fā)了均熱型上升管換熱裝備，有效控制現(xiàn)代化大型焦?fàn)t合理取熱，換熱更均衡；研究汽水管線均勻布水技術(shù)；實(shí)現(xiàn)了工藝系統(tǒng)換熱效率可控和均衡穩(wěn)定產(chǎn)汽，解決了上升管換熱不均問(wèn)題。

4）研發(fā)了適用于生產(chǎn)高品質(zhì)飽和蒸汽和高溫過(guò)熱蒸汽的上升管換熱裝置，創(chuàng)新的新型多腔式夾套上升管換熱器耐溫耐壓，適合多種后續(xù)工藝搭配組合，滿足用戶不同蒸汽品質(zhì)需求。