高污染？直擊環保詬病，實現燒好燒凈

煤炭如何實現清潔利用？煤化工是否無法避開高污染“魔咒”？
     
“從理論上講，煤氣化比直接燃燒更容易實現污染物控制，還可以解決多煤種的選用問題，但當時并沒有好的技術路線，不能將煤燒好燒凈。”張建勝回憶道。面對難題，2001年，他毅然從循環流化床燃燒領域轉到現代煤氣化技術領域。
     
煤氣化技術被稱作煤化工產業的龍頭技術，現代煤化工產業鏈很多都以煤氣化為工藝源頭，在煤炭的清潔利用方面發揮著重要作用。尤其在20世紀70年代石油危機后，世界各國掀起了“煤氣化熱”，而我國煤氣化技術市場也隨之“淪陷”，幾乎被國外壟斷。
     
“環境污染問題待解決，技術壟斷局面需打破。同時，氣化爐水平的高低直接制約與影響煤化工企業經濟效益與安全環保。”張建勝娓娓道來，“我們需要擁有自己的煤氣化技術。”
     
2003年，在山西豐喜集團開始著手建造第一代“清華爐”。在兩個原“863”、兩個原“973”，以及國家自然科學基金的支持下，2006年1月，“非熔渣—熔渣分級氣化技術”研制成功。
     
晉華爐1.0讓煤炭燒好燒凈成為現實，并給出了水煤漿氣化裝置運行的好成績：在豐喜集團第一年投運就實現年運轉率高達94%，年負荷率高達120%，投資成本降低20%。第一代技術一經問世就受到煤氣化技術市場的青睞，通過科技鑒定后立馬有20余家用戶前去尋求合作。

高成本？打破技術壁壘，把耐火磚換掉
     

第一代技術完成后，還有很多值得改進的地方，其中一個就是單爐可用率低、維護成本太高。
     
“大約三個普通磚的大小，這么一塊耐火磚相當于當時一臺電視機的價格，而我國那時還生產不了。”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。在高溫高壓下，有煤灰、堿金屬等對其不斷腐蝕，最里層的磚不斷出現減薄，過薄容易引起鍋爐外殼超溫，使用一段時間必須更換。而一臺爐子更換耐火磚需要200多萬，檢修費需要100多萬，還需要停爐養護兩個月。“換磚時非常講究，需要提前在外面預砌一次，將每塊磚按位置編號，然后照原樣搬進爐子，并要保證每個磚縫都不能太大。”
     
換磚周期長，降低了氣化爐可用率，維護成本高，直接影響經濟效益。解決磚的問題，成為該團隊的研發目標。
     
“成本這么高，我們就考慮不用這個磚，提出用水冷壁代替耐火磚。”張建勝說。但是，這個理念在當時被認為是“天方夜譚”，甚至有專家在他面前調侃“腦子進水了”——不僅要確定水冷壁具體構造，突破點火、火焰穩定和效率問題，還要解決如何實現水冷壁和殼體之間的溫度控制，以及防護其不被腐蝕等技術難題。
     
2011年8月22日，水煤漿水冷壁氣化技術誕生。第一套晉華爐2.0裝置首次投料就創造了安全、穩定、連續運行140天的煤化工行業氣化技術開車新紀錄。
     
晉華爐2.0不僅為氣化爐運行節約投資及運行維護費用創造了條件，還擴大了原料煤的適應性，成功解決了水煤漿的點火、穩燃和效率問題。很快，晉華爐2.0的簽約合同數量占據了同類裝置的半壁江山。

高耗能？持續技術改進，將余熱回收
     

晉華爐2.0取得重大技術突破后，張建勝團隊又琢磨著如何將余熱也充分利用起來。“之前的高溫合成氣直接過水冷卻，從1500度降到200多度，很是浪費。”張建勝介紹，國外有類似攻關技術，但積灰、結渣問題沒有解決，“我們就嘗試把原來的雙筒結構改成單筒結構，擴大通道面積，這樣就不存在積灰和結渣風險。”
     
2016年4月1日，采用“水煤漿+水冷壁+輻射式蒸汽發生器”技術的晉華爐3.0在陽煤豐喜臨猗分公司一次點火、投料、并氣成功，各項設計指標也一次性達標。
     
與前兩代爐子相比，核心部件輻射式蒸汽發生器的創新設計，有效避免了積灰和結渣問題；同時，通過回收高溫合成氣熱量，能源轉換效率有了大大提高。
     
陽煤豐喜執行董事、陽煤化機董事長李廣民介紹，改造后的氣化爐投煤量增加了50%；燃燒室爐內操作溫度可以由1400度提高至1600度以上，解決了山西高灰、高硫、高灰熔點煤的氣化難題，煤種適應性提高；一爐變兩爐，不僅能夠生產合成氣，每小時還可以生產約40噸5.4MPa的高溫高壓蒸汽，用于熱電聯產發電，每年可實現經濟效益3200萬元以上。
     
“之前使用耐火磚的爐子，開車前需要3天時間升溫，我們只需3小時就可以滿負荷運轉。”張建勝對記者表示，除了維護成本幾乎為零，由于單爐可用率高，晉華爐還可以不設備用爐。“按照一條備用生產線計算，光這一項就可以節省上億元投資，而且由于爐內水處于循環利用狀態，需水量小。此外，幾乎沒有廢棄物排出，非常干凈，還可以進行廢水處理。”

十七年，鑄成“國之重器”
     

晉華爐已實現兩個全球第一：首次將“水煤漿+水冷壁+輻射式蒸汽發生器”進行組合，實現工業化；首次通過升級改造升級為聯產爐，開創了新型煤氣化技術改造先河。
     
陽煤集團相關負責人對記者表示，自晉華爐3.0投運以來，到訪者更絡繹不絕，“我們的接待任務不輕，已經有300多家企業來參觀過。”記者了解到，晉華爐帶動陽煤化機其他非標產品產值超過20億元。目前，已簽約62臺套，整個簽約氣化爐產值超12億元，預計每年能為使用企業創造效益10億元以上。與此同時，晉華爐也將加快“走出去”步伐，已與加拿大、韓國、德國、南非、朝鮮等國洽談合作事宜。
     
自問世以來，晉華爐不僅受市場青睞，更收獲無數榮譽：2009年度“石化協會科技進步一等獎”、2010年度“氮肥工業技術進步一等獎”、2013 年度教育部技術發明一等獎、“2016年、2017年石油化工十大國之重器”、第22屆全國發明展覽會“發明創業獎項目獎”金獎、2017年度中國氮肥工業協會技術進步特等獎……
     
為加快晉華爐系列化、標準化、大型化、成套化、信息化、智能化開發，晉華爐4.0項目已正式啟動，下一代技術將有望形成國際領先超大規模水煤漿氣化成套技術，率先實現供合成氣、蒸汽、發電、供熱等聯產的產業化推廣應用，繼續領跑國際煤氣化技術，支撐我國現代大型煤化工產業和國際煤化工綠色發展。