2017年8月8日，捷报从中国钢铁工业协会、中国金属学会在北京举行的奖励委员会会议传来，由中冶焦耐工程技术有限公司牵头完成的《超大容积顶装焦炉技术与装备的开发及应用》获得了2017年度冶金科学技术奖唯一的特等奖！这一行业内的最高荣誉花落中冶焦耐让人热血沸腾，但并非始料未及。因为，这一技术自应用以来在创造巨大经济效益的同时，还创造了显著的环境效益和社会效益：显著减少了炼焦生产的大气污染物和温室气体排放，使我国焦化行业的产业集中度得到明显提升，每年节能达数十万吨标准煤，年降低炼焦成本超过数十亿元，累计节约工程建设投资超百亿元。更为重要的是，国外的技术垄断终于被打破，中国的钢铁企业再也不用花天价进口他国的焦化技术及装备！

宝钢湛江炼焦及煤气精制项目

　　万众瞩目的特等奖获得者中冶焦耐工程技术有限公司（以下简称“中冶焦耐”）坐落于澄碧天空和潮湿海风笼罩下的大连市高新技术产业园区。横亘在园区中心的磨盘山上，有一栋高123米的28层地标性建筑，和与之相倚的几个配套建筑互为呼应，颇有气势，这就是国家级企业技术中心、冶金建设焦化国家队中冶焦耐的所在地。 

应运而生的老牌国家队

　　“中冶焦耐的‘焦’指的是焦化，‘耐’是耐火材料，”中冶焦耐副总工程师王明登介绍说。炼焦又称煤的高温干馏。具体来说，就是以炼焦煤为原料，在隔绝空气条件下，加热到1000℃左右，经高温干馏获得焦炭、煤气、煤焦油和其它化工产品的一种高效煤炭转化和利用工艺。焦炭主要用于高炉炼铁、冲天炉熔铁、铁合金和有色金属的冶炼，起还原、供热、骨架和供碳的作用。 

　　中冶焦耐的前身为新中国恢复鞍钢建设成立的黑色冶金设计公司，诞生于1953年。那时，“中国钢铁工业的摇篮”鞍山钢铁刚开始恢复建设，中冶焦耐主攻设计工作，助力鞍钢发展壮大。2004年，鞍山焦耐院改制为以总承包为龙头、以工程设计为主业的工程公司，业务领域涵盖炼焦化学、耐火材料、石灰、市政工程与环境工程、自动控制等，是为用户提供工程咨询、设计、监理、设备成套和总承包等工程建设、运行维护等全方位服务的科技型企业。

　　“现如今，还没有任何其他技术可以大规模替代焦炭在金属冶炼中的作用。这个行业每年新增销售额超过一万亿元，全国有近600家焦化企业，年产量4.5亿吨左右，”王明登告诉记者。 

台塑越南河静钢铁炼焦项目

　　截止目前，中冶焦耐在海内外提供设计和工程总承包的投产工程项目有：焦炉2000余座，年产能4亿多吨；耐火材料厂300余家，年产能800多万吨；石灰窑400余座，年产能6000多万吨。 

　　在国内，中冶焦耐是中国焦化的奠基者、发展者和引领者；放眼全球，它是最大、最强、最优的焦化建设、运营、服务的“国家队”。“从一穷二白的建国初期白手起家，今天的中冶焦耐在国内市场是绝对的领跑者；在全球市场，从整体实力来说也是第一”王明登对中冶焦耐的专业实力底气十足。  

　　多方数据显示，中冶焦耐在年营业收入、投产焦炉数量、拥有的专业技术人员数量等指标上，均位于世界前列。以工程技术人员数量为例，全球从事焦化咨询设计的专业技术人员大概有1500人，中冶焦耐就占了至少一半。 

　　此外，中冶焦耐以自主知识产权创造了诸多“中国第一”：中国第一支焦化耐火材料专业技术队伍、中国第一座4.3m焦炉、中国第一家大型耐火材料厂、中国第一座5.5m顶装焦炉、中国第一座6米顶装焦炉、中国第一座600t/d回转窑、中国第一座国产化干熄焦装置、中国第一座7米顶装焦炉、中国第一座宽炭化室5.5m捣固焦炉、中国第一座1000t/d回转窑、中国第一座6.25米捣固焦炉、中国焦化工程技术领域第一个国家“863”项目示范工程。 

舍我其谁的奋力开拓者 

　　迈入新世纪后，中国的冶金工业开始高速发展，对焦炭的产量和质量提出了更高要求。然而，众所周知，焦化是一个资源、能源消耗量大，污染物排放量大的产业，其大跨步发展必将伴随环境污染、资源短缺等严重的社会问题。随着国家越来越重视节能降耗和大气环境的治理，环保部在2004年组织业内专家制定了新的《炼焦化学工业污染物排放标准》，对焦炉烟囱废气中污染物含量提出了更严格的排放要求。然而，因为当时国内没有可满足该标准的适用技术，致使该标准自2005年拟定以来一直无法得到业内的认同，虽反复论证也一直未能发布。该标准的难产，折射出我国焦化行业的技术瓶颈。结合世界炼焦技术的发展方向，中冶焦耐在本世纪初就提出中国的炼焦技术必须向大型化、清洁化和智能化方向发展。 

　　“由于起步较晚，我国炼焦技术和装备与国际先进水平相比，落后了25年以上。换句话说，中国焦化企业在本世纪初应用的技术和装备，仅相当于德国、日本等国家七十年代中期的水平，”王明登回忆道。 

　　此外，在当时的中国，大型焦炉占比很小，焦化产业集中度极低。“在德国和日本，平均每家焦化企业年产焦炭达180～220万吨，而在中国，这个数字仅有25万吨，”王明登感叹说。焦炉容积小、技术装备水平低也意味着生产单位产品会排放更多的污染物、消耗更多的能源和资源。  

　　技术空白使得国内大型钢铁企业不得不花高价从国外引进7米以上超大容积焦炉炼焦技术与装备。这样一来，劳动生产率得到大幅提高，环保效果也立竿见影。“然而，进口设备相对较贵，每吨产能要多投资近200元人民币，而且，引进技术是基于他国的资源禀赋，要求入炉的优质强粘结性煤配比高达60%及以上，这样一来，无疑将增加炼焦成本”王明登说。炼焦煤的粘结性和结焦性越好，价格就越高。而在中国炼焦煤资源储量中，优质炼焦煤仅占36.4%。使用引进技术意味着需要大量使用甚至进口优质炼焦煤，这对于国内钢铁企业来说负担沉重。如果大量采用我国储量丰富、价格低廉的弱粘结性煤，则会出现炭化室、上升管积石墨严重的现象，需时常人工将其铲除或用压缩空气吹烧的方式清除，严重影响炼焦生产的顺利进行。 

　　在进退维谷的情况下，2008年，中冶焦耐联合北京科技大学和鞍山钢铁集团，以“超大容积顶装焦炉技术与装备开发”为题向国家科技部申请863计划资源环境技术领域的重点项目。经过研发团队3年多的努力，研发技术成功应用于2012年投产的鞍钢四期示范工程。有了自主知识产权的适用技术，《炼焦化学工业污染物排放标准》才于2012年正式开始实施。 

不辱使命的效益创造者 

　　在突破了超大容积焦炉的技术瓶颈后，中冶焦耐在短时间内就开发出了7.65m焦炉，在与国际知名工程公司的竞争中胜出并用于首钢京唐二期焦化工程。截至目前，运用项目研发成果建设的超大容积焦炉132座、年产焦炭达9800万吨，年新增销售额2300亿元（含化工副产品），年增收节支总额超过31亿元，年降低入炉煤成本超过35亿元，累计节约工程投资160亿元以上。 

　　研发的超大容积焦炉还具有显著的社会效益：在研发成果引领下，我国大型焦炉占比提升了37%，平均每家焦化企业生产规模提升了3.8倍；每年节约优质炼焦煤1290万吨；每年节约焦炉煤气3.8亿立方米、高炉煤气18.6亿立方米 （合50万吨标准煤）；显著减少污染物排放，实现清洁生产，每年减排氮氧化物45000吨 、二氧化碳173万吨。 

　　巨大的经济社会效益背后，是攻克技术难关所付出的艰辛努力和辛勤汗水。“从6米到7米乃至更高，关键点在于如何实现焦炉的均匀加热、低能耗和低氮燃烧”王明登说。 

　　研发人员面临的难题是，如何将18米长、7米高、0.5米宽的炭化室内的煤料在间接加热条件下实现适度和均匀的供热，从而在长度和高度方向实现快速均匀炼焦。而焦炉是结构最复杂的工业窑炉之一，燃气在耐火砖砌筑成的火道内燃烧、流动，平均温度控制在1300℃左右，如果火焰温度过高，不仅能耗高，更重要的是会生成大量氮氧化物，难以实现源头消减；如果温度过低或者不均匀，则会出现生焦，无法保证产品质量。为此，研发人员从氮氧化物的生成机理入手，基于流体动力学、传热学、燃烧学和炼焦化学理论，根据大型单孔试验焦炉获得的大量数据，建立了焦炉炭化室、燃烧室和蓄热系统一体化三维数理模型；通过对连续生产过程、多单元耦合模拟仿真分析，进行炉体结构优化和焦炉加热技术的研究，最终开发出一种可控梯级供给低氮燃烧均匀加热技术，既实现均匀加热、降低了炼焦能耗，又实现了源头减排和清洁生产。 

　　与先期引进国外技术相比，中冶焦耐研发的高效清洁炼焦技术优势显著：更适应中国炼焦煤资源结构特征和原料劣质化的冶金工业发展趋势；操作、维护简单，生产顺行性好；炼焦能耗低。同时，采用国内自主研发的超大容积焦炉技术，每个项目将节约直接投资3～4亿元人民币（含引进费用），缩短建设周期4～5个月。 

　　在总体技术水平相当、局部技术领先的情况下，研发的超大容积焦炉炉组生产能力超过150万t/a；炼焦能耗降低3%～5%；污染物排放总量比6米焦炉减少20%以上；焦炉排放废气中氮氧化物含量达到低于350mg/m³的国际先进水平。 

　　“这项技术的研发成果转化效率之高可谓史无前例。现在，它已经被应用到海内外47个工程项目中。宝武钢铁、鞍钢集团、河北钢铁……国内大型钢铁联合企业到处都有它的身影，”王明登掰着手指计算到。 

　　2016年12月29日下午3点30分，台塑越南河静钢铁焦化厂2号焦炉顺利出焦，标志着中冶焦耐研发的7米大容积焦炉炼焦技术首次输出海外并得到成功实施。 

　　“在‘一带一路’战略指引和国际产能合作的大背景下，中冶焦耐也在不遗余力地将这项技术推广到海外市场。目前，中冶焦耐正和俄罗斯、印度、日本、土耳其等国焦化企业进行技术合作。”王明登说。