把“命門(mén)”掌握在自己手中

    冶金、化工、建材等高能耗高排放工業(yè)中高溫?zé)煔庥酂崛绾翁幹?，是影響全球?jié)能減排的重要因素。目前我國(guó)工業(yè)煙氣余熱回收率僅為29％，比國(guó)際平均水平低15％—20％。在這差距之中，相關(guān)技術(shù)的缺乏成了“攔路虎”。

    2016年以來(lái)，由重慶大學(xué)、北京科技大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所等十家科研院校和企業(yè)組成了“工業(yè)含塵廢氣余熱回收技術(shù)”項(xiàng)目組進(jìn)行攻關(guān)，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新，掌握了“工業(yè)含塵廢氣余熱回收技術(shù)”，在陶瓷膜過(guò)濾管上打破了國(guó)外的壟斷，部分技術(shù)實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)外首創(chuàng)，這讓我國(guó)工業(yè)高溫含塵煙氣凈化的應(yīng)用成為可能。

    高溫?zé)煔庥酂峄厥帐羌夹g(shù)難題

    據(jù)統(tǒng)計(jì)，冶金，建材，化工三者能耗站全球總能耗的70％，其中煙氣余熱占總余能的35％。

    要回收工業(yè)高溫工業(yè)煙氣余熱并不容易。“高溫工業(yè)煙氣溫度高達(dá)800℃—1200℃，具有成分復(fù)雜、含塵量高、腐蝕性強(qiáng)、工況變化大等特點(diǎn)?！敝貞c大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院院長(zhǎng)、低品位能源利用技術(shù)及系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、項(xiàng)目負(fù)責(zé)人廖強(qiáng)教授說(shuō)，這些煙氣中存在非凝結(jié)性和易凝結(jié)性成分，使得煙氣余熱回收和凈化裝置存在濾料堵塞、再生困難、換熱面積灰、磨損、腐蝕及余熱回收和凈化效率低等瓶頸問(wèn)題，這在國(guó)內(nèi)外都是一個(gè)技術(shù)難題。

    在國(guó)外該技術(shù)屬于高端技術(shù)，主要用于清潔能源領(lǐng)域。而引進(jìn)到國(guó)內(nèi)，不僅價(jià)格昂貴，而且存在禁運(yùn)的風(fēng)險(xiǎn)。

    技術(shù)攻關(guān)突破難點(diǎn)打破國(guó)外壟斷

    為此，“工業(yè)含塵廢氣余熱回收技術(shù)”項(xiàng)目組對(duì)此進(jìn)行了科研攻關(guān)。

    “我們根據(jù)煙氣性質(zhì)進(jìn)行分類(lèi)，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)塵粒煙氣三種?！绷螐?qiáng)介紹，研究團(tuán)隊(duì)再分別針對(duì)三種煙氣不同的特點(diǎn)分別采用陶瓷球移動(dòng)床過(guò)濾技術(shù)、蜂巢體和三維肋管技術(shù)以及陶瓷濾膜技術(shù)對(duì)煙氣進(jìn)行凈化和余熱回收。同時(shí)也可以將三種技術(shù)有機(jī)結(jié)合，應(yīng)對(duì)不同工業(yè)復(fù)雜背景條件下高溫含塵煙氣的凈化及余熱回收問(wèn)題。

    其中，采用陶瓷球移動(dòng)床過(guò)濾技術(shù)處理含凝結(jié)性塵粒的高溫?zé)煔?，及采用蜂巢體和三維肋管相結(jié)合的換熱與凈化一體化技術(shù)處理高溫高含塵（塵粒濃度>2000mg/Nm3）屬于國(guó)內(nèi)外首創(chuàng)。

    同時(shí)，低濃度亞微米塵煙氣的凈化與回收難度也非常大。因?yàn)闊煔庵泻芏嗔叫∮?微米，分離難，活性高，高溫條件下容易附著，要把它在高溫中分離出去猶如“火中取碳”。

    “國(guó)際上采用的方式是陶瓷膜過(guò)濾管，不過(guò)國(guó)內(nèi)陶瓷膜過(guò)濾管生產(chǎn)工藝基礎(chǔ)薄弱，生產(chǎn)成本高、壽命短，導(dǎo)致運(yùn)行成本高昂，難以推廣；穩(wěn)定性和循環(huán)再生水平達(dá)不到產(chǎn)業(yè)化需求，特別是氧化氣氛的最高使用溫度只有700℃左右，制約了其應(yīng)用范圍。”廖強(qiáng)說(shuō)，他們通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，最終研發(fā)出多孔陶瓷膜過(guò)濾管，能夠承受1000℃以上溫度，超過(guò)了國(guó)外碳化硅陶瓷膜過(guò)濾罐耐高溫最多750℃的水平，而售價(jià)僅為國(guó)外的1/6。

    同時(shí)，他們還開(kāi)發(fā)了高溫?zé)焿m粒子高壓預(yù)荷電陶瓷膜除塵凈化技術(shù)?？梢蕴岣吆瑝m氣體的除塵效率，顯著降低陶瓷膜過(guò)濾管的阻力，大大延長(zhǎng)再生周期和陶瓷膜過(guò)濾管的使用壽命。

    “這一難點(diǎn)的突破及推廣應(yīng)用將顯著減少污染物的排放。”廖強(qiáng)解釋?zhuān)沾赡み^(guò)濾管凈化后的煙氣是超低排放，一般小于5mg/m3，大大低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，可大幅度減少工業(yè)PM2.5的一次排放，降低工業(yè)對(duì)環(huán)境的壓力。

    余熱回收率可達(dá)7成 產(chǎn)業(yè)推廣潛力大

    該項(xiàng)目已設(shè)計(jì)建成了世界首套高溫高含塵煙氣凈化和換熱一體化綜合試驗(yàn)平臺(tái)，中試結(jié)果顯示，該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)余熱回收率70％以上，凈化效率99％以上。

    目前，該項(xiàng)目共申請(qǐng)專(zhuān)利32項(xiàng)，國(guó)際專(zhuān)利2項(xiàng)，項(xiàng)目組與重慶商順換熱設(shè)備有限公司、山東京博石化等11家公司進(jìn)行技術(shù)合作，相關(guān)技術(shù)已經(jīng)在溢達(dá)自備電廠、大唐貴州發(fā)耳發(fā)電有限公司、重慶松藻電力有限公司等地方投用。

    “使用這種高效的換熱設(shè)備，可以把煙氣中的熱量進(jìn)行深度回收，以降低能源消耗?！绷螐?qiáng)教授介紹，回收的能源可用于發(fā)電、預(yù)熱燃燒用的燃?xì)饣蚩諝?、取暖、原材料的干燥等。也可用于鋼廠自用熱蒸汽、熱水或接入市政供熱管網(wǎng)。若推廣實(shí)施本項(xiàng)目各類(lèi)煙氣凈化與余熱回收技術(shù)，預(yù)期可以達(dá)到70％的余熱回收效率，效益顯著。

    下一步，項(xiàng)目組將進(jìn)行裝置的大型化技術(shù)研究，可靠性評(píng)估以及陶瓷膜過(guò)濾管的再生延壽技術(shù)研究，同時(shí)在冶金、建材、化工等行業(yè)進(jìn)行推廣。

（本文轉(zhuǎn)自《科技日?qǐng)?bào)》2019年7月12日第3版）