一位院士与煤化工行业“国之重器”的20年故事

岳院士广西

“创新，实际上是站在巨人的肩膀上，不断地面对原始技术的问题进行研究，一步一步地前进。当技术进步积累到一定阶段时，只有技术升级，才能称之为创新。”10月23日，中国工程院院士、清华大学教授岳在2019太原能源低碳发展论坛煤炭能源清洁高效利用分论坛上发言。

这种对创新的认识源于岳广西领导的清华大学技术团队与山西阳煤集团在煤气化技术方面的长期合作。他告诉《中国科学报》，“这种合作已经持续了近20年，直到现在我们才看到结果——金华炉被称为‘国家的重量’，为清洁高效的煤炭能源找到了新的途径。”

为什么要煤气化

当时清华大学的张教授提出了循环流化床温和气化的概念，其主要目标是为我国中小城镇供气。1993年，在张手下学习的岳桂学继承了导师的衣钵，成为研究组组长，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，岳广西敏锐地感觉到煤化工的发展将成为一种战略需求，而煤气化技术是煤化工的龙头。当时，中国的发展有自己的知识产权，适合中国国情的煤气化发展刚刚起步。因此，他安排刚刚毕业并留在学校的医生张建声从循环流化床的研究领域转向大规模煤气化领域。

岳广西说:“煤化工的第一步是煤气化。产生的一氧化碳和氢气是后续化学过程的原料。因此，煤气化，尤其是现代大型高压煤气化技术，是煤化工的主导技术。在整个煤化工过程中，煤气化过程的质量往往决定了整个煤化工过程的可靠性和经济效益，是关键的瓶颈技术

世界上形成了两种大型煤气化技术，一种是壳牌公司开发的高压纯氧干粉气化技术，另一种是GE-TEXACO的高压纯氧水煤浆气化技术。从2000年开始，岳广西团队开始了煤气化技术的基础研究。这项研究得出了两个结论。首先，煤气化的基本化学反应似乎是燃烧领域中的低氧燃烧反应。“因此，我们的燃烧研究团队有能力进入煤气化研发领域，也有煤化工领域无法借鉴的燃烧工程经验。”岳广西说。第二，GE-TEXACO的水煤浆气化技术更加成熟可靠，应该选择水煤浆气化技术作为发展的高起点。

此后，该团队首次在燃烧领域引入分级送风火焰控制的概念，并提出了分级供氧水煤浆气化技术，解决了原GE-TEXACO技术喷嘴寿命短的问题，形成了第一代清华煤气化技术。随后，该团队在燃烧领域引入了膜壁冷却和气体火焰点燃水煤浆火焰的概念，解决了原GE-TEXACO技术的一系列缺点，如煤种适应性窄、点燃时间长、保温耐火砖腐蚀严重等，并在清华开发了第二代水煤浆膜壁气化技术。

近年来，清华团队还引进了燃烧领域的辐射换热经验，回收气化炉产生的热煤气和炉渣的热量产生蒸汽，大大提高了气化炉的能源效率，将简单的煤气化炉改造为燃气-蒸汽热电联产炉，形成了清华第三代煤气化技术(金华炉)。

如何把生产、学习和研究结合起来

"我在陆良县工作了6年，对山西有着深厚的感情."正是因为这种爱，岳广西特别关注山西科技企业的发展。

2000年以来，岳广西带领团队与阳煤集团、太原锅炉厂建立了密切、长期的合作关系。岳广西团队和太原锅炉厂先后开发了三代循环流化床燃烧锅炉技术，2019年太原锅炉厂产值从数千万元增加到近20亿元，产品占据中国热电供热市场40%以上。与此同时，与阳煤集团的产学研合作也形成了第三代煤气化技术，第三代金华炉销量居全国第一。

通过与企业的合作，岳广西深刻认识到，生产、学习、研究是中国基础产业的必由之路。“只有通过产学研合作，基础研究和创新才能通过企业转化为产品和生产力。只有通过生产、教学和研究的合作，科研机构才能知道科研的方向和重点。”

山西也迫切需要产学研结合。新中国成立70年来，山西省生产了192亿吨煤炭，占全国产量的四分之一以上，覆盖全国三分之二的省份。然而，对煤炭的过度依赖也给山西省的生态环境带来了严重的破坏。山西省副省长何天才指出:“推进煤炭产业转型升级，是山西省发展的关键。”岳广西团队与阳煤集团合作开发煤气化技术，太原锅炉厂合作开发循环流化床洁净煤燃烧技术，是山西产学研合作的两个典型案例。

为什么称之为“国家的重量”

数据显示，在山西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，一些煤化工企业在气化“三高”劣质煤方面一直“束手无策”。原因一方面是中国技术落后，另一方面是投资巨大的国外气化技术和设备经常“水土不服”。

在此基础上，岳广西领导的产学研团队解决了GE-TEXACO气化技术的老大难问题，清华第三代气化技术最终形成了满足山西“三高”煤气化需求的煤气化技术。

金华炉的技术突破解决了困扰多年的“三高”劣质煤的气化问题岳广西表示，金华炉在煤炭清洁高效利用方面取得了重大突破，有两项世界首创:一是将“水煤浆+膜式壁+辐射蒸汽发生器”结合起来，成功实现产业化；二是通过改造将原有气化炉直接升级为更高效可靠的热电联产炉，打破国外技术垄断。

今年4月，在瑞士举行的第47届日内瓦国际发明展上，“专营”高灰、高硫、高灰熔点劣质煤的金华炉被评为中国煤化工“国家重量”，荣获金奖。此前，在2018年中国煤炭工业协会科学技术奖中，金华炉受到专家青睐，并获得唯一大奖。

当记者问及金华炉为何被称为“国家之重”时，岳广西的回答是:“我们不仅掌握了自主知识产权的核心技术，而且在技术水平上也已经超过了国外。金华炉在煤化工领域发挥着重要作用，关系到我国的能源安全。因此，它可以被称为“国家的重量”。他告诉记者，我们的进展不会停止，金华炉4.0正在紧张开发中。

谈到与阳煤集团的合作，岳广西的感触颇深:“我们改进了三代技术，积累了丰富的煤气化技术经验，也借鉴了其他领域的经验，推动了煤气化技术的进步，证明了跨学科是传统产业进步的捷径。”