中冶南方开启工业炉“双碳”破局之路
如今，“既要绿水青山，又要金山银山”的发展理念已经深入人心；实现2030年前碳达峰、2060年前碳中和是我国政府向世界作出的庄严承诺。钢铁工业有躬身入局的责任，同时也面临着深度变革的挑战。
根据中国钢铁工业协会消息，钢铁行业已完成《钢铁行业碳达峰实施方案》初稿，正在征求各方意见。钢铁行业的减碳，最终目标是实现发展方式的变革。这个目标绝非一夕可达，需要采取许多因地制宜的解决办法，逐步完成能源结构转换，以打通更远期的减碳路径。
在工业炉减碳之路上，中冶南方热工公司依托深厚的技术实力，发挥理性的技术创造力，实事求是、循序渐进，路径明确，为实现钢铁行业碳中和保驾护航。
现行工艺下的减碳思路
现行主流工艺下，工业炉的碳排放从哪里来？一是炉体结构造成的未燃尽残余燃气直接排放，二是燃烧过程直接产生的CO2。
要避免残余燃气直接排放，首先需要找到导致燃气逸散的节点。
烟气反吹技术
双蓄热燃烧方式下，烟气中会带走一定量换向阀间管道残留煤气。为了解决这个问题，中冶南方热工公司与河钢合作开发烟气反吹技术，尽最大可能回收烟气中的煤气至炉膛内燃烧，使烟气中CO平均排放指标由处理前的10000~30000ppm降至2500ppm。截至目前，该技术的应用已覆盖至河北、福建多地的项目中，并输出至国外项目，每年帮助客户实现约36.5万吨碳减排。
图：典型项目-河钢乐亭型棒加热炉项目烟气反吹系统
在燃烧过程中想要减少CO2的产生，就需要全方位提高热效率。
1、有效利用烟气余热
中冶南方热工公司拥有成熟的余热回收技术，根据工业炉烟气热能品位，利用多级高效热交换装备实现对各类工业烟气余热的分级回收、梯级利用。其中锅炉烟气最低排烟温度可降低至50℃。
2、对燃烧装备进行节能升级
由中冶南方热工公司自主开发的MILD无焰燃烧技术，在包括高速烧嘴、自身预热式烧嘴、蓄热式烧嘴、富氧/纯氧烧嘴、燃气红外烧嘴以及各类辐射管烧嘴基础上进行了技术整合应用，形成了十余种定型系列化无焰燃烧技术及产品，适用于各种直接或间接工业加热场合。相比于传统的直接火焰加热，MILD燃烧技术能够实现更高的加热效率、更好的炉温均匀性，仅在燃烧过程中就可减少8%的碳排放。
图：中冶南方热工公司生产的MILD烧嘴
图：MILD/富氧燃烧实验平台
（位于国家钢铁生产能效优化工程技术研究中心燃烧与热处理实验室，实验室位于中冶南方热工公司园区内）
3、对炉体结构进行精细化设计
典型案例：由中冶南方热工公司总承包的石横特钢新建棒材加热炉项目，创新炉顶结构设计，使得炉顶有效辐射面积增加了约40%。结合炉底结构优化、烧嘴布置优化、远红外节能涂料应用等技术加持，该项目节能降耗表现优秀，比常规棒材加热炉减少了10%的吨钢煤气消耗量（约合吨钢节约标准煤38kg）。
图：石横特钢新建棒材加热炉项目
4、通过智能燃烧系统提高控制精度
在工业炉使用过程中自动及时调节合适的空燃比、炉温，以及保温待轧时自动调整烧嘴状态，都能有效降低能耗，减少工业炉碳排放。
WISave中冶南方智能加热炉系统中的重要模块——智能燃烧系统，基于加热炉热工模型和燃烧优化控制模型，通过智能调节供热负荷、配比及分布，实时监控燃烧状态，实现钢坯烧损指标和能耗指标的最优化，减少约5%的燃料单耗。
图：WISave能环管理界面示例
能源结构调整
目前，多家钢铁企业开始积极探索氢能冶金、电炉短流程冶金。可见，工业炉减碳真正的“革新”，将从能源结构调整开始。
电磁感应加热技术
电磁感应加热是一种清洁的加热方法，具有生产能耗低、效率高等优点，无废气排放，对环境无污染，真正实现加热过程中“零排放”，且易于实现机械化、自动化。中冶南方热工公司早在2016年就已自主完成纵磁感应加热技术和装备的开发，并成功应用于太钢酸轧机组高牌号硅钢带加热。随后陆续完成工频、超音频、高频电磁感应加热技术装备的开发和应用，涵盖横磁和纵磁两种加热技术。
典型应用业绩：
1）应用于ESP连铸连轧补热，代替传统加热炉，降低能耗，降低碳排放，降低污染物排放。代表项目：浙江瑞浦机械双相不锈钢方坯感应加热补热。
2）应用于硅钢退火炉，快速加热利于保留更多细小均匀再结晶晶核，提高磁性。代表项目：国内首条极薄规格高牌号无取向硅钢生产线——太钢硅钢CA4退火炉。
3）应用于冷轧生产线，代替火焰加热，降低硅钢脆-韧性转变点温度、轧制边裂现象和氧化烧损,提升产品质量。代表项目：马钢酸轧感应加热、鞍钢冷轧感应加热、太钢高端冷轧取向硅钢准备机组。
4）应用于冷轧镀锌板涂层干燥，通过感应线圈加热带钢，带钢加热涂层，使溶剂挥发，加热时间段，产品质量好。代表项目：马钢1#镀锌感应加热。
此技术还有提高生产效率、加热设置灵活、保障高产品质量等优点，可广泛应用于钢铁及有色行业，并可扩展至云母、造纸、印染等行业。
图：典型项目-马钢冷轧总厂1720酸轧线
设备能力提升改造工程感应加热器
中冶南方热工公司仍在积极探索，不止是工业炉领域的碳中和，更包括钢铁行业全流程上的其他工艺及设备节点。技术整合与技术创新的过程是复杂的，也是艰难的，但践行央企社会责任，我们责无旁贷。