近10年来，我国焦炭年产量约为4.5亿吨，占世界总产量的68%。焦化工序能耗占钢铁联合企业的15%，在炼焦过程中，37%的红焦、27%的烟道废气等带出的热量均已有效回收，约36%荒煤气带出的余热未得到充分利用，这也是焦化行业重点关注的课题，研发一种高效、安全、节能的焦炉上升管荒煤气余热回收技术势在必行。

焦炉荒煤气余热回收属于清洁能源技术，是实现绿色焦化、节约资源、降低炼焦成本的重要途径，符合国家节能减排的方针政策及企业可持续发展的战略。2011年，国家发展和改革委员会将焦炉荒煤气余热利用关键技术创新及产业化列为示范工程。

焦炉荒煤气余热回收利用是焦化行业节能的难题之一，主要技术难点有：

1）650-800℃周期性变化大，极限温度达1400℃，温度高且周期性变化大，传热不均衡；

2）含氨气、焦油蒸汽、水蒸气、苯蒸汽、硫化氢等介质，腐蚀性强；

3）荒煤气温度大于800℃结石墨、低于450℃挂焦油，控制换热难度大；

4）易造成漏水进炭化室，损坏炉体；

5）炉体结构受限，不能改变原有上升管的高度及内部通道；

6）现场有高温、粉尘和腐蚀性气体，环境恶劣。

20世纪70年代起，国内外就对焦炉荒煤气余热回收技术进行了不断研发，相继推出各种技术，但由于技术及材料未过关、成本高、安全风险大等因素均未实现规模化、商业化应用和推广。

2010年开始，江苏龙冶节能科技有限公司项目团队针对焦炉上升管荒煤气高温、腐蚀、温度周期变化等工况下难以实现高效稳定可靠的余热回收现状，联合攻关，对工况、材料、结构等进行基础研究、优化、分析、对比，突破核心技术，解决了上升管漏水、挂焦油、干烧等技术难题，自主研发了高效节能焦炉上升管荒煤气余热回收技术（图1），实现整套余热回收装置成功工业化、规模化、商业化应用，并且实现了上升管设备及系统安全、环保、长寿和高效运行，有明显的节能减排效果和良好的经济效益。

1）首创纳米涂层自清洁上升管换热专用设备，突破高温腐蚀工况对材料的影响，研发出世界首套工业化焦炉上升管荒煤气余热回收整体装备。

从技术难点入手，研究炼焦过程中上升管荒煤气的工况及周期性变化、上升管换热机理，分析了不同钢材的强度、耐热、腐蚀等特性，选择满足上升管结构强度、导热性、可焊性等要求的材料作为上升管基材；依据荒煤气的物性、结渣机理，研究了多种纳米级氧化物性能，进行上千次的小试、中试，对获得的数据反复对比分析、优化。研发出了耐高温、耐腐蚀、耐磨损、抗氧化、抗热震性的非金属材料纳米涂层。

为了使研发成果能实现大规模工业化生产，进一步研制了制造工艺设备装置，将纳米涂层与金属材料致密贴合，保证热胀冷缩设备性能稳定是项目成败的关键。接触荒煤气介质内壁表面再配以纳米级光洁剂，高温下内壁光滑如釉面，具备自清洁功能，难以黏焦油、挂石墨，形成了满足和适应焦炉工况环境的上升管复合材料产品（图2）。

2）研发导流结构和无缝低应力上升管结构技术，研究了机械载荷与高温引起的应力分布，高效换热、热膨胀等技术难题，最终形成了创新、独特的上升管换热设备结构，突破并实现了在全结焦周期内不受工况温度波动影响，消除了漏水进炭化室的隐患。

3）研发了均热型上升管换热装备，有效控制现代化大型焦炉合理取热，换热更均衡；研究汽水管线均匀布水技术；实现了工艺系统换热效率可控和均衡稳定产汽，解决了上升管换热不均问题。

4）研发了适用于生产高品质饱和蒸汽和高温过热蒸汽的上升管换热装置，创新的新型多腔式夹套上升管换热器耐温耐压，适合多种后续工艺搭配组合，满足用户不同蒸汽品质需求。