山东省冶金设计院股份有限公司（简称山冶设计）在短短的几年将焦炉市场拓展到全国各地，2025年12月，山冶设计大型绿色智能定制化系列焦炉已在国内十余个省份落地，建设将近四十座焦炉，涵盖顶装焦炉与捣固焦炉两大类别，年产焦炭总量达2500万吨以上。其中，多个项目成为行业转型标杆。
山冶设计靠什么将定制化焦炉发展的如此红火？“一招鲜，吃遍天”。2022年，“大型绿色智能定制化系列焦炉”通过中国金属学会鉴定，专家委员会一致认为：该技术在焦炉大型化、绿色化、智能化方面达到国际先进水平。2024年，该技术荣获“中国炼焦行业协会焦化技术创新成果一等奖”，领先的技术让山冶设计成为了焦炉行业实施定制化绿色智能焦炉的翘楚，也成为了山冶设计的镇企之宝。
抢抓机遇，挑战不可能
山冶设计深知我国焦化行业存在三大核心痛点：一是环保排放不达标，传统焦炉氮氧化物排放普遍在400-600mg/m3，非甲烷总烃排放超标，无组织排放问题突出，难以满足超低排放要求；二是能源消耗过高，国内常规焦炉炼焦耗热量显著高于国家特级焦炉标准，加热煤气浪费严重，吨焦运行成本居高不下；三是智能化水平低，多数焦炉仍依赖人工操作，装煤、推焦、加热调节等环节自动化程度低，生产效率低且存在安全隐患；四是炉体寿命短，传统焦炉炉体严密性差，易出现窜漏、冒烟冒火现象，平均寿命仅15-20年，远低于国际先进水平的25-30年。
在此背景下，山冶设计敏锐捕捉行业需求，与拥有150多年炼焦技术积淀的意大利PW公司达成独家合作，立项研发“大型绿色智能定制化系列焦炉”，旨在通过技术创新破解行业痛点，为我国焦化行业转型与重大工程建设提供核心装备支撑。
协同研发，直面挑战
为确保焦炉研发项目成功，山冶设计联合东北大学、安徽工业大学等高校，引入流体力学、传热学、燃烧学等理论支撑，并借助意大利PW公司的全球技术资源，构建起“企业主导、高校支撑、国际合作”的协同创新机制。
研发初期，山冶设计面临两大挑战：一是如何将PW公司的国际先进技术与中国炼焦煤资源特性相结合；二是如何在保证焦炉大型化的同时，实现环保、节能、智能的多重目标。为此，山冶设计制定了“三步走”研发策略：第一步，消化吸收PW公司核心技术，完成基础参数验证；第二步，结合中国煤种特性进行技术改良；第三步，集成智能化、环保化技术，形成定制化解决方案。
破解难题，打造新质生产力
一是源头控硝技术，破解氮氧化物超标难题
氮氧化物排放是焦化行业超低排放的“硬骨头”。传统焦炉采用单段空气助燃，燃烧温度高，易产生大量氮氧化物。山冶设计通过反复模拟，创新性提出“空气多段助燃 大废气循环量控硝燃烧技术”山钢日照7.3m焦炉项目是该技术在国内的首次应用，通过调整空气分段位置与废气循环比例，最终实现氮氧化物排放浓度降至100mg/m3以下（脱硫脱硝前），较传统焦炉降低75%以上，攻克了氮氧化物超标难题。该项目2019年全部投产，年产焦炭293万吨。
二是薄炉墙技术，实现节能与长寿的双重突破
传统焦炉炉墙厚度多为95-120mm，热阻大、传热效率低，导致炼焦能耗高。山冶设计采用“90mm高效薄炉墙”设计方案，但面临两大质疑：一是薄炉墙是否会降低炉体强度，影响寿命；二是如何避免薄炉墙导致的荒煤气窜漏。为解决上述问题，山冶设计进行了结构优化和强度验证，最终90mm薄炉墙技术在山钢日照焦炉项目中成功应用，炼焦耗热量降至2390kJ/kg湿煤（高炉煤气加热），优于国家特级焦炉标准（2520kJ/kg湿煤），加热煤气消耗量较传统焦炉降低5%，同时炉体严密性显著提升。项目投用后，炼焦耗热量降至2350kJ/kg湿煤，NOx排放浓度100mg/m3以下，各项指标均优于国家超低排放要求。
三是单孔调压技术，实现无烟装煤与安全运行
传统焦炉装煤过程中，由于炭化室压力控制不稳定，易出现烟尘逸散现象，需配套建设装煤除尘地面站，投资大、运行成本高。团队引入PW公司专利技术SOPRECO®单孔调压系统，并进行优化：在山西盛隆泰达7.6m焦炉项目中，SOPRECO®单孔调压技术成功替代高压氨水喷射系统，取消了装煤除尘地面站，年节省运行成本约300万元，装煤过程烟尘逸散量降至5mg/m3以下，实现“无烟装煤”目标。该项目于2023年投产，年产焦炭192万吨，是山西地区首个大型绿色智能焦炉项目。项目集成了焦炉数字孪生系统、智能加热控制系统、无人化四大车等技术，实现全流程智能化运行。山西盛隆泰达也已通过智能工厂评审，先后被列入临汾市2025年基础级智能工厂企业名单和山西省工业和信息化厅列入山西省2025先进级智能工厂企业名单，成为行业数字化转型的标杆。
四是抗形变多段式保护板技术，延长炉体寿命
传统焦炉保护板采用整体式结构，受热后易弯曲变形，导致炉体窜漏、冒烟冒火，影响寿命。团队创新设计“抗形变多段式保护板”将保护板分为3-4段，通过柔性连接实现热膨胀补偿，消除机械应力；在保护板内侧填充隔热浇注料 陶瓷纤维材料，提升隔热性能，降低炉体散热损失。通过验证，该保护板可有效消除机械应力和保护板的弯曲，使保护板始终与炉体紧密贴合。在河南利源6.25m捣固焦炉项目中，该技术应用后，炉体冒烟冒火现象基本消除，有效提升环保水平和焦炉设备寿命。该项目于2021年投产，年产焦炭128万吨。项目采用“双M型导烟车 SOPRECO®单孔调压”无烟装煤技术，装煤过程颗粒物排放浓度降至8mg/m3，烟囱废气非甲烷总烃排放浓度为55.25mg/m3（8%O2），成为河南省焦化行业超低排放示范项目。2023年，该项目荣获“中国建设工程鲁班奖”（国家优质工程最高奖），成为我国焦化行业绿色发展的典范。
五是焦炉加热智能控制系统，实现“无人化”调节
传统焦炉加热调节依赖人工经验，温度均匀系数较低，易导致焦炭质量波动。团队开发 “焦炉加热智能控制系统”，实现全自动化调节该系统在云煤能源7.6m焦炉项目中应用后，加热煤气消耗降低2%，焦炭热强度（CSR）波动范围缩小，彻底克服了传统人工调节的弊端。
六是无烟装煤技术，解决无组织排放痛点
装煤过程是焦化厂无组织排放的主要来源，传统装煤技术需配套大型除尘地面站，投资高、能耗大。团队针对顶装焦炉与捣固焦炉的不同特点，开发了差异化的无烟装煤技术。山西闽光6.73m捣固焦炉项目中，该技术应用后，装煤过程颗粒物排放浓度降至10mg/m3以下，达到国家超低排放要求。
七是数字孪生技术，构建焦炉“智慧大脑”
为实现焦炉全生命周期智能化管理，团队开发了焦炉数字孪生系统。三维建模：基于BIM技术构建焦炉炉体、机械装备、管道系统的三维模型，精度达毫米级；数据融合：整合生产实时数据（温度、压力、流量）、设备状态数据（振动、温度、电流）、环保监测数据（NOx、颗粒物、VOCs），实现“一张图”可视化管理；预警预测：通过大数据分析建立设备故障预警模型，提前72小时预测设备故障；基于焦炭质量数据建立预测模型，提前调整配煤方案，确保焦炭质量稳定。该系统在凌钢焦炉项目中应用后，设备故障停机时间减少30%，焦炭质量合格率提升至99%，成功助力凌钢焦炉获批“辽宁省省级数字化车间”。
面对焦化行业绿色化、智能化、高端化的发展趋势，山冶设计正在持续深化技术创新，推动大型绿色智能定制化系列焦炉的迭代升级，继续优化现有焦炉技术，进一步提升单炉产能，降低单位能耗；开发“低碳焦炉技术”，集成先进技术，实现焦炉碳中和；深化AI算法应用，开发“焦化生产大数据智能诊断系统”，实现设备故障预测、焦炭质量预测的精准化；推动“5G+工业互联网”应用，实现焦炉远程运维与全球协同；加快国际市场布局，重点开拓“一带一路”沿线国家市场；作为我国焦化行业的重要成员，山冶设计以“大型绿色智能定制化系列焦炉”为核心，持续推动技术创新与产业升级，为我国焦化行业高质量发展、“双碳”目标实现与国家重大工程建设提供更强有力的支撑，让中国焦化技术在全球舞台上绽放了绚丽光彩。（高峰 单传俊 魏淑超）
