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一位院士与煤化工行业

发布时间:2019/11/19 点击量:

  “创新,实际上是站在巨人的肩膀上,不断地面对原有技术的问题开展研究,一步步前进。当技术进步积累到一定阶段,技术有了换代式的进步,才能称作创新。”10月23日,中国工程院院士、清华大学教授岳光溪在2019年太原能源低碳发展论坛之煤炭能源的清洁高效利用分论坛上如是说。

  这番关于创新的感悟源自岳光溪带领的清华大学技术团队与山西阳煤集团在煤气化技术上长期合作的过程。他告诉《中国科学报》,“这项合作我们开展了近20年,才有了今天看到的成果被称之为‘国之重器’的晋华炉,并为煤炭能源清洁高效利用找到新路径。”

  当年,清华大学教授张绪祎提出了循环流化床温和气化的概念,其目标主要指向我国中小城镇煤气供应。1993年,▲●…△师从张绪祎的岳光溪继承了老师的衣钵,成为课题组负责人,主要从事循环流化床的研究。

  2000年,随着国家工业化发展进程的推进,岳光溪敏锐地觉察了煤化工发展将成为战略需求,而煤气化技术是煤化工的龙头。当时,我国发展具有自主知识产权,适合中国国情的煤气化开发工作刚刚起步。于是,他安排刚刚毕业留校的博士张健胜,•●从循环流化床研究领域转向大规模煤气化领域。

  岳光溪说:“煤化工的第一步就是煤的气化,所产生的一氧化碳和氢气是后续化工流程的原料。所以煤气化,特别是近代的大规模高压煤气化技术,是煤化工的龙头技术。在整个煤化工流程里往往是煤气化流程的好坏,决定了整个煤化工流程的可靠性和经济效益,所以是关键瓶颈技术。”

  国际上形成的大规模煤气化技术有两类,☆△◆▲■一类是壳牌公司开发的高压纯氧干粉气化技术,▲●第二类是GE-TEXACO的高压纯氧水煤浆气化技术。◆◁•2000年开始,岳光溪团队启动煤气化技术基础研究。研究得到了两个结论。第一,看来煤气化的基本化学反应就是燃烧领域的欠氧燃烧反应。“所以我们研究燃烧的团队有能力进入煤气化研发领域,而且还有煤化工领域所不具备的燃烧工程经验可以借鉴。” 岳光溪说。第二,相对而言GE-TEXACO的水煤浆气化技术更为成熟可靠,因此他们应当选定水煤浆气化技术作为开发的高起点。

  自此,团队首先引进了燃烧领域的分级送风火焰调控概念,★◇▽▼•提出了分级给氧水煤浆气化技术,解决了原有GE-TEXACO技术中的喷嘴寿命短的问题,形成了第一代清华煤气化技术。而后团队又引进了燃烧领域的膜式壁冷却和气体火焰点燃水煤浆火焰的概念,★△◁◁▽▼解决了原GE-TEXACO技术的煤种适应性窄、点火时间长、热绝缘耐火砖腐蚀严重等系列缺点,开发出清华第二代水煤浆膜式壁气化技术。■□

  近年来,清华团队又引进燃烧领域辐射换热的经验,将气化炉产生的热煤气和熔渣的热量加以回收,生产蒸汽,将气化炉的能效极大地提高了一步,将单纯煤气化炉变成煤气蒸汽联产炉,形成了清华第三代煤气化技术(晋华炉)。

  “我在吕梁岚县工作了6年,和山西有很深的感情。”因为有着这样的情缘,岳光溪对山西的科技企业发展格外关注。

  自2000年开始,岳光溪带领团队同时与阳煤集团和太原锅炉厂建立了紧密、长期的产学研合作。岳光溪团队与太原锅炉厂先后开发了三代循环流化床燃烧锅炉技术,将太原锅炉厂的产值从几千万元提高到2019年的近20亿元,产品占据了我国热电供热市场40%以上的份额。以此同时,★▽…◇与阳煤集团的产学研合作同样形成了三代煤气化技术,第三代晋华炉销售量居全国第一。□▼◁▼

  通过与企业的合作,岳光溪深刻体会到产学研是我国基础工业的必经之路。“只有通过产学研合作才能将基础研究创新通过企业变成产品和生产力。只有通过产学研合作,科研单位才能知道科研的方向和着力点。”

  山西也有着产学研结合的迫切需求。新中国成立70年来,山西省累计生产煤炭192亿吨,占全国产量的四分之一以上,覆盖全国三分之二的省份。但是,对煤炭的过度依赖,也给山西省的生态环境带来了严重破坏。山西省副省长贺天才指出:“推动煤炭产业实现转型升级,对山西省的发展至关重要。” 岳光溪团队与阳煤集团合作开发煤气化技术、与太原锅炉厂合作开发循环流化床清洁煤燃烧技术是山西产学研合作的两个典型示范。

  资料显示,在山西省2800多亿吨的煤炭储量中,高灰、高硫、高灰熔点的“三高”劣质煤占三分之一。多年来,一些煤化工企业对“三高”劣质煤的气化“束手无策”。究其原因,▼▲一方面是国内技术落后,◇•■★▼另一方面是花巨资引进国外的气化技术和装置常常出现“水土不服”。

  在此基础上,岳光溪带领的产学研用团队,解决了GE-TEXACO气化技术的痼疾,最终形成的清华第三代气化技术满足了山西“三高”煤气化的需求。

  “晋华炉的技术突破让困扰多年的‘三高’劣质煤的气化问题迎刃而解。”岳光溪介绍道,晋华炉让煤炭清洁高效利用实现了重要突破,并且有着两个全球第一:一是将“水煤浆+膜式壁+辐射式蒸汽发生器”进行组合,并成功实现工业化;二是将原气化炉通过改造直接升级为更高效、▼▼▽●▽●可靠的联产炉,打破了国外技术垄断。

  今年4月,在瑞士举办的第47届日内瓦国际发明展上,“专吃”高灰、高硫、高灰熔点劣质煤的晋华炉被评为中国煤化工行业“国之重器”,并获得金奖。此前,在2018年度中国煤炭工业协会科学技术奖的评选中,晋华炉备受专家青睐,摘得唯一的特等奖。◇▲=○▼=△▲

  当记者问及晋华炉为何被称为“国之重器”时,岳光溪的回答是:“我们不仅掌握了自主知识产权的核心技术,并且在技术水平上已经超过了国外。晋华炉在煤化工这个涉及我国能源安全的领域具有举足轻重的作用,所以能够称为‘国之重器’。”他向记者透露,我们前进的脚步不会停止,晋华炉4.0正在紧锣密鼓地研制中。

  谈及与阳煤集团的合作,•☆■▲岳光溪颇有感触:“我们前后改进了三代技术,积累了丰富的煤气化技术经验,也借鉴了其他领域的经验促成了对煤气化技术进步,证明学科交叉是传统工业进步的一个捷径。”

  ?近日,一项燃煤锅炉超低排放技术通过了由中国机械工业联合会组织的科技成果鉴定。这项成果名为“基于炉内脱硫和低氮燃烧的超低排放循环流化床锅炉技术”,由太原锅炉集团和清华大学岳光溪院士团队合作研发。该技术主要针对中小容量循环流化床锅炉,●通过炉内高效脱硫和低氮燃烧,使锅炉出口烟气中的二氧化硫和氮氧化物排放直接达到国家超低排放标准。★-●△▪️▲□△▽◆▼