高污染？直擊環(huán)保詬病，實(shí)現(xiàn)燒好燒凈

煤炭如何實(shí)現(xiàn)清潔利用？煤化工是否無(wú)法避開(kāi)高污染“魔咒”？
     
“從理論上講，煤氣化比直接燃燒更容易實(shí)現(xiàn)污染物控制，還可以解決多煤種的選用問(wèn)題，但當(dāng)時(shí)并沒(méi)有好的技術(shù)路線，不能將煤燒好燒凈。”張建勝回憶道。面對(duì)難題，2001年，他毅然從循環(huán)流化床燃燒領(lǐng)域轉(zhuǎn)到現(xiàn)代煤氣化技術(shù)領(lǐng)域。
     
煤氣化技術(shù)被稱作煤化工產(chǎn)業(yè)的龍頭技術(shù)，現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)鏈很多都以煤氣化為工藝源頭，在煤炭的清潔利用方面發(fā)揮著重要作用。尤其在20世紀(jì)70年代石油危機(jī)后，世界各國(guó)掀起了“煤氣化熱”，而我國(guó)煤氣化技術(shù)市場(chǎng)也隨之“淪陷”，幾乎被國(guó)外壟斷。
     
“環(huán)境污染問(wèn)題待解決，技術(shù)壟斷局面需打破。同時(shí)，氣化爐水平的高低直接制約與影響煤化工企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益與安全環(huán)保。”張建勝娓娓道來(lái)，“我們需要擁有自己的煤氣化技術(shù)。”
     
2003年，在山西豐喜集團(tuán)開(kāi)始著手建造第一代“清華爐”。在兩個(gè)原“863”、兩個(gè)原“973”，以及國(guó)家自然科學(xué)基金的支持下，2006年1月，“非熔渣—熔渣分級(jí)氣化技術(shù)”研制成功。
     
晉華爐1.0讓煤炭燒好燒凈成為現(xiàn)實(shí)，并給出了水煤漿氣化裝置運(yùn)行的好成績(jī)：在豐喜集團(tuán)第一年投運(yùn)就實(shí)現(xiàn)年運(yùn)轉(zhuǎn)率高達(dá)94%，年負(fù)荷率高達(dá)120%，投資成本降低20%。第一代技術(shù)一經(jīng)問(wèn)世就受到煤氣化技術(shù)市場(chǎng)的青睞，通過(guò)科技鑒定后立馬有20余家用戶前去尋求合作。

高成本？打破技術(shù)壁壘，把耐火磚換掉
     

第一代技術(shù)完成后，還有很多值得改進(jìn)的地方，其中一個(gè)就是單爐可用率低、維護(hù)成本太高。
     
“大約三個(gè)普通磚的大小，這么一塊耐火磚相當(dāng)于當(dāng)時(shí)一臺(tái)電視機(jī)的價(jià)格，而我國(guó)那時(shí)還生產(chǎn)不了。”張建勝邊比劃邊告訴記者，爐子里原始耐火磚共三層，就要幾百萬(wàn)。在高溫高壓下，有煤灰、堿金屬等對(duì)其不斷腐蝕，最里層的磚不斷出現(xiàn)減薄，過(guò)薄容易引起鍋爐外殼超溫，使用一段時(shí)間必須更換。而一臺(tái)爐子更換耐火磚需要200多萬(wàn)，檢修費(fèi)需要100多萬(wàn)，還需要停爐養(yǎng)護(hù)兩個(gè)月。“換磚時(shí)非常講究，需要提前在外面預(yù)砌一次，將每塊磚按位置編號(hào)，然后照原樣搬進(jìn)爐子，并要保證每個(gè)磚縫都不能太大。”
     
換磚周期長(zhǎng)，降低了氣化爐可用率，維護(hù)成本高，直接影響經(jīng)濟(jì)效益。解決磚的問(wèn)題，成為該團(tuán)隊(duì)的研發(fā)目標(biāo)。
     
“成本這么高，我們就考慮不用這個(gè)磚，提出用水冷壁代替耐火磚。”張建勝說(shuō)。但是，這個(gè)理念在當(dāng)時(shí)被認(rèn)為是“天方夜譚”，甚至有專家在他面前調(diào)侃“腦子進(jìn)水了”——不僅要確定水冷壁具體構(gòu)造，突破點(diǎn)火、火焰穩(wěn)定和效率問(wèn)題，還要解決如何實(shí)現(xiàn)水冷壁和殼體之間的溫度控制，以及防護(hù)其不被腐蝕等技術(shù)難題。
     
2011年8月22日，水煤漿水冷壁氣化技術(shù)誕生。第一套晉華爐2.0裝置首次投料就創(chuàng)造了安全、穩(wěn)定、連續(xù)運(yùn)行140天的煤化工行業(yè)氣化技術(shù)開(kāi)車新紀(jì)錄。
     
晉華爐2.0不僅為氣化爐運(yùn)行節(jié)約投資及運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用創(chuàng)造了條件，還擴(kuò)大了原料煤的適應(yīng)性，成功解決了水煤漿的點(diǎn)火、穩(wěn)燃和效率問(wèn)題。很快，晉華爐2.0的簽約合同數(shù)量占據(jù)了同類裝置的半壁江山。

高耗能？持續(xù)技術(shù)改進(jìn)，將余熱回收
     

晉華爐2.0取得重大技術(shù)突破后，張建勝團(tuán)隊(duì)又琢磨著如何將余熱也充分利用起來(lái)。“之前的高溫合成氣直接過(guò)水冷卻，從1500度降到200多度，很是浪費(fèi)。”張建勝介紹，國(guó)外有類似攻關(guān)技術(shù)，但積灰、結(jié)渣問(wèn)題沒(méi)有解決，“我們就嘗試把原來(lái)的雙筒結(jié)構(gòu)改成單筒結(jié)構(gòu)，擴(kuò)大通道面積，這樣就不存在積灰和結(jié)渣風(fēng)險(xiǎn)。”
     
2016年4月1日，采用“水煤漿+水冷壁+輻射式蒸汽發(fā)生器”技術(shù)的晉華爐3.0在陽(yáng)煤豐喜臨猗分公司一次點(diǎn)火、投料、并氣成功，各項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)也一次性達(dá)標(biāo)。
     
與前兩代爐子相比，核心部件輻射式蒸汽發(fā)生器的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，有效避免了積灰和結(jié)渣問(wèn)題；同時(shí)，通過(guò)回收高溫合成氣熱量，能源轉(zhuǎn)換效率有了大大提高。
     
陽(yáng)煤豐喜執(zhí)行董事、陽(yáng)煤化機(jī)董事長(zhǎng)李廣民介紹，改造后的氣化爐投煤量增加了50%；燃燒室爐內(nèi)操作溫度可以由1400度提高至1600度以上，解決了山西高灰、高硫、高灰熔點(diǎn)煤的氣化難題，煤種適應(yīng)性提高；一爐變兩爐，不僅能夠生產(chǎn)合成氣，每小時(shí)還可以生產(chǎn)約40噸5.4MPa的高溫高壓蒸汽，用于熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電，每年可實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益3200萬(wàn)元以上。
     
“之前使用耐火磚的爐子，開(kāi)車前需要3天時(shí)間升溫，我們只需3小時(shí)就可以滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。”張建勝對(duì)記者表示，除了維護(hù)成本幾乎為零，由于單爐可用率高，晉華爐還可以不設(shè)備用爐。“按照一條備用生產(chǎn)線計(jì)算，光這一項(xiàng)就可以節(jié)省上億元投資，而且由于爐內(nèi)水處于循環(huán)利用狀態(tài)，需水量小。此外，幾乎沒(méi)有廢棄物排出，非常干凈，還可以進(jìn)行廢水處理。”

十七年，鑄成“國(guó)之重器”
     

晉華爐已實(shí)現(xiàn)兩個(gè)全球第一：首次將“水煤漿+水冷壁+輻射式蒸汽發(fā)生器”進(jìn)行組合，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化；首次通過(guò)升級(jí)改造升級(jí)為聯(lián)產(chǎn)爐，開(kāi)創(chuàng)了新型煤氣化技術(shù)改造先河。
     
陽(yáng)煤集團(tuán)相關(guān)負(fù)責(zé)人對(duì)記者表示，自晉華爐3.0投運(yùn)以來(lái)，到訪者更絡(luò)繹不絕，“我們的接待任務(wù)不輕，已經(jīng)有300多家企業(yè)來(lái)參觀過(guò)。”記者了解到，晉華爐帶動(dòng)陽(yáng)煤化機(jī)其他非標(biāo)產(chǎn)品產(chǎn)值超過(guò)20億元。目前，已簽約62臺(tái)套，整個(gè)簽約氣化爐產(chǎn)值超12億元，預(yù)計(jì)每年能為使用企業(yè)創(chuàng)造效益10億元以上。與此同時(shí)，晉華爐也將加快“走出去”步伐，已與加拿大、韓國(guó)、德國(guó)、南非、朝鮮等國(guó)洽談合作事宜。
     
自問(wèn)世以來(lái)，晉華爐不僅受市場(chǎng)青睞，更收獲無(wú)數(shù)榮譽(yù)：2009年度“石化協(xié)會(huì)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)”、2010年度“氮肥工業(yè)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)”、2013 年度教育部技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)、“2016年、2017年石油化工十大國(guó)之重器”、第22屆全國(guó)發(fā)明展覽會(huì)“發(fā)明創(chuàng)業(yè)獎(jiǎng)項(xiàng)目獎(jiǎng)”金獎(jiǎng)、2017年度中國(guó)氮肥工業(yè)協(xié)會(huì)技術(shù)進(jìn)步特等獎(jiǎng)……
     
為加快晉華爐系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、大型化、成套化、信息化、智能化開(kāi)發(fā)，晉華爐4.0項(xiàng)目已正式啟動(dòng)，下一代技術(shù)將有望形成國(guó)際領(lǐng)先超大規(guī)模水煤漿氣化成套技術(shù)，率先實(shí)現(xiàn)供合成氣、蒸汽、發(fā)電、供熱等聯(lián)產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)化推廣應(yīng)用，繼續(xù)領(lǐng)跑國(guó)際煤氣化技術(shù)，支撐我國(guó)現(xiàn)代大型煤化工產(chǎn)業(yè)和國(guó)際煤化工綠色發(fā)展。