中国能源报记者

高污染？直击环保诟病，实现烧好烧净

煤炭如何实现清洁利用？煤化工是否无法避开高污染“魔咒”？

“从理论上讲，煤气化比直接燃烧更容易实现污染物控制，还可以解决多煤种的选用问题，但当时并没有好的技术路线，不能将煤烧好烧净。”张建胜回忆道。面对难题，2001年，他毅然从循环流化床燃烧领域转到现代煤气化技术领域。

煤气化技术被称作煤化工产业的龙头技术，现代煤化工产业链很多都以煤气化为工艺源头，在煤炭的清洁利用方面发挥着重要作用。尤其在20世纪70年代石油危机后，世界各国掀起了“煤气化热”，而我国煤气化技术市场也随之“沦陷”，几乎被国外垄断。

“环境污染问题待解决，技术垄断局面需打破。同时，气化炉水平的高低直接制约与影响煤化工企业经济效益与安全环保。”张建胜娓娓道来，“我们需要拥有自己的煤气化技术。”

2003年，在山西丰喜集团开始着手建造第一代“清华炉”。在两个原“863”、两个原“973”，以及国家自然科学基金的支持下，2006年1月，“非熔渣—熔渣分级气化技术”研制成功。

晋华炉1.0让煤炭烧好烧净成为现实，并给出了水煤浆气化装置运行的好成绩：在丰喜集团第一年投运就实现年运转率高达94%，年负荷率高达120%，投资成本降低20%。第一代技术一经问世就受到煤气化技术市场的青睐，通过科技鉴定后立马有20余家用户前去寻求合作。

高成本？打破技术壁垒，把耐火砖换掉

第一代技术完成后，还有很多值得改进的地方，其中一个就是单炉可用率低、维护成本太高。

“大约三个普通砖的大小，这么一块耐火砖相当于当时一台电视机的价格，而我国那时还生产不了。”张建胜边比划边告诉记者，炉子里原始耐火砖共三层，就要几百万。在高温高压下，有煤灰、碱金属等对其不断腐蚀，最里层的砖不断出现减薄，过薄容易引起锅炉外壳超温，使用一段时间必须更换。而一台炉子更换耐火砖需要200多万，检修费需要100多万，还需要停炉养护两个月。“换砖时非常讲究，需要提前在外面预砌一次，将每块砖按位置编号，然后照原样搬进炉子，并要保证每个砖缝都不能太大。”

换砖周期长，降低了气化炉可用率，维护成本高，直接影响经济效益。解决砖的问题，成为该团队的研发目标。

“成本这么高，我们就考虑不用这个砖，提出用水冷壁代替耐火砖。”张建胜说。但是，这个理念在当时被认为是“天方夜谭”，甚至有专家在他面前调侃“脑子进水了”——不仅要确定水冷壁具体构造，突破点火、火焰稳定和效率问题，还要解决如何实现水冷壁和壳体之间的温度控制，以及防护其不被腐蚀等技术难题。

2011年8月22日，水煤浆水冷壁气化技术诞生。第一套晋华炉2.0装置首次投料就创造了安全、稳定、连续运行140天的煤化工行业气化技术开车新纪录。

晋华炉2.0不仅为气化炉运行节约投资及运行维护费用创造了条件，还扩大了原料煤的适应性，成功解决了水煤浆的点火、稳燃和效率问题。很快，晋华炉2.0的签约合同数量占据了同类装置的半壁江山。

高耗能？持续技术改进，将余热回收

晋华炉2.0取得重大技术突破后，张建胜团队又琢磨着如何将余热也充分利用起来。“之前的高温合成气直接过水冷却，从1500度降到200多度，很是浪费。”张建胜介绍，国外有类似攻关技术，但积灰、结渣问题没有解决，“我们就尝试把原来的双筒结构改成单筒结构，扩大通道面积，这样就不存在积灰和结渣风险。”

2016年4月1日，采用“水煤浆+水冷壁+辐射式蒸汽发生器”技术的晋华炉3.0在阳煤丰喜临猗分公司一次点火、投料、并气成功，各项设计指标也一次性达标。

与前两代炉子相比，核心部件辐射式蒸汽发生器的创新设计，有效避免了积灰和结渣问题；同时，通过回收高温合成气热量，能源转换效率有了大大提高。

阳煤丰喜执行董事、阳煤化机董事长李广民介绍，改造后的气化炉投煤量增加了50%；燃烧室炉内操作温度可以由1400度提高至1600度以上，解决了山西高灰、高硫、高灰熔点煤的气化难题，煤种适应性提高；一炉变两炉，不仅能够生产合成气，每小时还可以生产约40吨5.4MPa的高温高压蒸汽，用于热电联产发电，每年可实现经济效益3200万元以上。

“之前使用耐火砖的炉子，开车前需要3天时间升温，我们只需3小时就可以满负荷运转。”张建胜对记者表示，除了维护成本几乎为零，由于单炉可用率高，晋华炉还可以不设备用炉。“按照一条备用生产线计算，光这一项就可以节省上亿元投资，而且由于炉内水处于循环利用状态，需水量小。此外，几乎没有废弃物排出，非常干净，还可以进行废水处理。”

十七年，铸成“国之重器”

晋华炉已实现两个全球第一：首次将“水煤浆+水冷壁+辐射式蒸汽发生器”进行组合，实现工业化；首次通过升级改造升级为联产炉，开创了新型煤气化技术改造先河。

阳煤集团相关负责人对记者表示，自晋华炉3.0投运以来，到访者更络绎不绝，“我们的接待任务不轻，已经有300多家企业来参观过。”记者了解到，晋华炉带动阳煤化机其他非标产品产值超过20亿元。目前，已签约62台套，整个签约气化炉产值超12亿元，预计每年能为使用企业创造效益10亿元以上。与此同时，晋华炉也将加快“走出去”步伐，已与加拿大、韩国、德国、南非、朝鲜等国洽谈合作事宜。

自问世以来，晋华炉不仅受市场青睐，更收获无数荣誉：2009年度“石化协会科技进步一等奖”、2010年度“氮肥工业技术进步一等奖”、2013 年度教育部技术发明一等奖、“2016年、2017年石油化工十大国之重器”、第22届全国发明展览会“发明创业奖项目奖”金奖、2017年度中国氮肥工业协会技术进步特等奖……

为加快晋华炉系列化、标准化、大型化、成套化、信息化、智能化开发，晋华炉4.0项目已正式启动，下一代技术将有望形成国际领先超大规模水煤浆气化成套技术，率先实现供合成气、蒸汽、发电、供热等联产的产业化推广应用，继续领跑国际煤气化技术，支撑我国现代大型煤化工产业和国际煤化工绿色发展。