流程系统优化让工业生产节能减排

我国工业能源消费量占全社会能源消费总量的65%左右，实现工业系统节能，有助于减少化石能源使用，从源头减少二氧化碳排放。

联合攻关烟气余热回收、净化难题

无论是炼钢，还是烧制水泥、反应炉生产化工产品，都会排放大量含尘的烟气。这些烟气温度高达800℃—1200℃，余热品位高。

“冶金、建材、能源、化工等行业能耗占我国工业总能耗的70%以上，其中，烟气余能就占到工业能耗的17%，相当于年均消耗3.4亿吨标准煤。”重庆大学能源与动力工程学院院长廖强教授说，提升高温高含尘工业烟气的余热回收效率，在国内外都是一个技术难题。

此外，上述行业的烟气年排尘量高达634.3万吨，占工业烟尘排放量的50%。

于是，在国家重点研发计划项目“工业含尘废气余热回收技术”的支持下，重庆大学、北京科技大学、中国科学院过程工程研究所等10家科研院所的专家和企业的研发人员组成项目组进行联合攻关。

“我们根据烟气性质进行分类，将烟气分为含凝结性尘粒烟气、高温高含尘烟气、含低浓度亚微米级尘粒烟气3种。”廖强说，研究团队分别针对3种烟气的不同特点，发明了高温凝尘自适调控黏附捕集与动态定向置换脱附技术，首次实现了凝尘低流阻连续化过滤和余热一体化回收；发明了具有梯级孔隙结构三维超大拓展表面蜂巢式新型蓄热、换热体元件和具有超大拓展表面防磨除灰三维肋管强化传热技术，形成了具有三维超大拓展表面蓄热、换热高含尘烟气连续高效余热回收与净化一体化技术；研发了能满足高温低浓度亚微米级烟尘粒子深度净化的新型膜材料制备技术，突破膜材料温度使用限制的瓶颈……

“这些关键技术在未来5年的实施，将引领国际工业高温高含尘烟气余热回收和净化技术的发展。”廖强说。

项目组形成了集理论、技术、装备与应用示范于一体的具有自主知识产权的技术体系，并在该技术体系基础上，首次实现了高温高含尘烟气深度净化和高效换热一体化技术集成、装置工程示范。通过示范工程的运行，含凝结性和亚微米级尘粒高达74000毫克/立方米的高温烟气，实现了连续余热深度回收和净化，平均余热回收率达82.27%，净化后烟气平均含尘浓度4.82毫克/立方米。当前，工业含尘废气余热回收技术已在发电、冶金、水泥制造等领域的20余家企业推广应用。近3年来，实现产值2.3亿元，利润超过5000万元，税收接近3000万元，节约标煤45万吨，减排二氧化碳约120万吨，应用前景广阔。

新技术推广后产十亿吨钢可节约三千万吨标煤

钢铁工业是我国制造业煤炭能源消费的最大产业，占全国工业部门一次能源消费总量的15%左右，二氧化碳排放量约占工业的16%，钢铁工业节能减排是实现“双碳”目标不可或缺的一环。

钢铁生产由炼铁、炼钢、轧钢等多道工序组成，生产过程是连续不断的。“这些特点决定了钢铁生产的流程系统优化以及开发关键界面衔接技术、装备对其节能减排的重要作用。”北京科技大学教授郭占成说。

于是，国家重点研发计划项目“化工冶金流程工业系统优化与节能技术”以钢铁生产流程为载体，针对炼铁—炼钢、炼钢—连铸、连铸—轧钢区段的工序间，进行合理匹配与动态运行优化，结合人工智能控制技术，开发了不同单元界面的能量流与物质流优化管控系统。

位于河北唐山的首钢京唐公司，全流程按照一体化调控原则进行动态合理调控。通过铁水包、钢包和铸坯识别定位，实现钢铁制造流程物流智能化感知跟踪；通过铁水包（机车）、钢包周转和铸坯调度，实现生产过程的物流智能化决策管控；通过能源介质的合理调配，实现钢铁生产过程物质流、能量流和信息流的耦合调配等。

郭占成说，这些技术在首钢京唐公司应用后，吨钢节能近30公斤标准煤，节能效果近5%。项目成功开发了中间包电磁加热技术和装备，填补了我国钢铁生产的空白，经包头钢铁集团等多家钢铁企业的实践应用，取得了与进口设备相比能效提高10%以上的效果。针对传统钢铁生产中，副产品煤气利用效率低的问题，项目开发了以焦炉煤气为主要能源的甲基丙烯酸甲酯合成新工艺，完成了千吨级技术示范，形成了具有自主知识产权的新工艺，为实现钢—化联产煤炭能源梯级利用提供了关键技术。

郭占成说，这些技术和装备如在全国钢铁企业推广应用，以年产10亿吨钢估算，节能潜力约为3000万吨标准煤。