岳光溪

■本報(bào)記者 沈春蕾 程春生

“創(chuàng)新，實(shí)際上是站在巨人的肩膀上，不斷地面對(duì)原有技術(shù)的問題開展研究，一步步前進(jìn)。當(dāng)技術(shù)進(jìn)步積累到一定階段，技術(shù)有了換代式的進(jìn)步，才能稱作創(chuàng)新。”近日，中國工程院院士、清華大學(xué)教授岳光溪在2019年太原能源低碳發(fā)展論壇之煤炭能源的清潔高效利用分論壇上如是說。

這番關(guān)于創(chuàng)新的感悟源自岳光溪帶領(lǐng)的清華大學(xué)技術(shù)團(tuán)隊(duì)與山西陽煤集團(tuán)在煤氣化技術(shù)上的長(zhǎng)期合作。他告訴《中國科學(xué)報(bào)》，“這項(xiàng)合作我們開展了近20年，才有了今天看到的成果——被稱之為‘國之重器’的晉華爐，并為煤炭能源清潔高效利用找到新路徑。”

為什么要做煤氣化

當(dāng)年，清華大學(xué)教授張緒祎提出了循環(huán)流化床溫和氣化的概念，其目標(biāo)主要指向我國中小城鎮(zhèn)煤氣供應(yīng)。1993年，師從張緒祎的岳光溪繼承了老師的衣缽，成為課題組負(fù)責(zé)人，主要從事循環(huán)流化床的研究。

2000年，隨著國家工業(yè)化發(fā)展進(jìn)程的推進(jìn)，岳光溪敏銳地覺察到煤化工發(fā)展將成為戰(zhàn)略需求，而煤氣化技術(shù)是煤化工的龍頭。當(dāng)時(shí)，我國具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、適合中國國情的煤氣化開發(fā)工作剛剛起步。于是，他安排剛剛畢業(yè)留校的博士張健勝，從循環(huán)流化床研究領(lǐng)域轉(zhuǎn)向大規(guī)模煤氣化領(lǐng)域。

岳光溪說：“煤化工的第一步就是煤的氣化，所產(chǎn)生的一氧化碳和氫氣是后續(xù)化工流程的原料。所以煤氣化，特別是近代的大規(guī)模高壓煤氣化技術(shù)，是煤化工的龍頭技術(shù)。在整個(gè)煤化工流程里往往是煤氣化流程的好壞，決定了整個(gè)煤化工流程的可靠性和經(jīng)濟(jì)效益，所以是關(guān)鍵性瓶頸技術(shù)。”

國際上形成的大規(guī)模煤氣化技術(shù)有兩類：一類是殼牌公司開發(fā)的高壓純氧干粉氣化技術(shù)，第二類是GE—TEXACO的高壓純氧水煤漿氣化技術(shù)。

2000年開始，岳光溪團(tuán)隊(duì)啟動(dòng)煤氣化技術(shù)基礎(chǔ)研究。研究得出了兩個(gè)結(jié)論。第一，煤氣化的基本化學(xué)反應(yīng)就是燃燒領(lǐng)域的欠氧燃燒反應(yīng)。“所以我們研究燃燒的團(tuán)隊(duì)有能力進(jìn)入煤氣化研發(fā)領(lǐng)域，而且還有煤化工領(lǐng)域所不具備的燃燒工程經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。” 岳光溪說。第二，相對(duì)而言GE—TEXACO的水煤漿氣化技術(shù)更為成熟可靠，因此應(yīng)當(dāng)選定水煤漿氣化技術(shù)作為開發(fā)的高起點(diǎn)。

自此，團(tuán)隊(duì)首先引進(jìn)了燃燒領(lǐng)域的分級(jí)送風(fēng)火焰調(diào)控概念，提出了分級(jí)給氧水煤漿氣化技術(shù)，解決了原有GE—TEXACO技術(shù)中的噴嘴壽命短的問題，形成了第一代清華煤氣化技術(shù)。而后團(tuán)隊(duì)又引進(jìn)了燃燒領(lǐng)域的膜式壁冷卻和氣體火焰點(diǎn)燃水煤漿火焰的概念，解決了原GE—TEXACO技術(shù)的煤種適應(yīng)性窄、點(diǎn)火時(shí)間長(zhǎng)、熱絕緣耐火磚腐蝕嚴(yán)重等一系列缺點(diǎn)，開發(fā)出清華第二代水煤漿膜式壁氣化技術(shù)。

近年來，清華團(tuán)隊(duì)又引進(jìn)燃燒領(lǐng)域輻射換熱的經(jīng)驗(yàn)，將氣化爐產(chǎn)生的熱煤氣和熔渣的熱量加以回收，生產(chǎn)蒸氣，將氣化爐的能效極大地提高了一步，將單純煤氣化爐變成煤氣蒸氣聯(lián)產(chǎn)爐，形成了清華第三代煤氣化技術(shù)（晉華爐）。

怎樣將產(chǎn)學(xué)研結(jié)合

“我在呂梁嵐縣工作了6年，和山西有很深的感情。”因?yàn)橛兄�這樣的情緣，岳光溪對(duì)山西的科技企業(yè)發(fā)展格外關(guān)注。

自2000年開始，岳光溪帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)同時(shí)與陽煤集團(tuán)和太原鍋爐廠建立了緊密、長(zhǎng)期的產(chǎn)學(xué)研合作關(guān)系。岳光溪團(tuán)隊(duì)與太原鍋爐廠先后開發(fā)了三代循環(huán)流化床燃燒鍋爐技術(shù)，將太原鍋爐廠的產(chǎn)值從幾千萬元提高到2019年的近20億元，產(chǎn)品占據(jù)了我國熱電供熱市場(chǎng)40%以上的份額。與此同時(shí)，與陽煤集團(tuán)的產(chǎn)學(xué)研合作同樣形成了三代煤氣化技術(shù)，第三代晉華爐銷售量居全國第一。

通過與企業(yè)合作，岳光溪深刻體會(huì)到產(chǎn)學(xué)研是我國基礎(chǔ)工業(yè)的必經(jīng)之路。“只有通過產(chǎn)學(xué)研合作才能將基礎(chǔ)研究創(chuàng)新通過企業(yè)變成產(chǎn)品和生產(chǎn)力。只有通過產(chǎn)學(xué)研合作，科研單位才能知道科研的方向和著力點(diǎn)。”

山西也有著產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的迫切需求。新中國成立70年來，山西省累計(jì)生產(chǎn)煤炭192億噸，占全國產(chǎn)量的四分之一以上，覆蓋全國三分之二的省份。但是，對(duì)煤炭的過度依賴，也給山西省的生態(tài)環(huán)境帶來了嚴(yán)重破壞。山西省副省長(zhǎng)賀天才指出：“推動(dòng)煤炭產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級(jí)，對(duì)山西省的發(fā)展至關(guān)重要。” 岳光溪團(tuán)隊(duì)與陽煤集團(tuán)合作開發(fā)煤氣化技術(shù)、與太原鍋爐廠合作開發(fā)循環(huán)流化床清潔煤燃燒技術(shù)是山西產(chǎn)學(xué)研合作的兩個(gè)典型示范。

為何稱其“國之重器”

資料顯示，在山西省2800多億噸的煤炭?jī)?chǔ)量中，高灰、高硫、高灰熔點(diǎn)的“三高”劣質(zhì)煤占三分之一。多年來，一些煤化工企業(yè)對(duì)“三高”劣質(zhì)煤的氣化“束手無策”。究其原因，一方面是國內(nèi)技術(shù)落后，另一方面是花巨資引進(jìn)國外的氣化技術(shù)和裝置常常出現(xiàn)“水土不服”。

在此基礎(chǔ)上，岳光溪帶領(lǐng)的產(chǎn)學(xué)研用團(tuán)隊(duì)，解決了GE—TEXACO氣化技術(shù)的痼疾，最終形成的清華第三代氣化技術(shù)滿足了山西“三高”煤氣化的需求。

“晉華爐的技術(shù)突破讓困擾多年的‘三高’劣質(zhì)煤的氣化問題迎刃而解。”岳光溪介紹道，晉華爐讓煤炭清潔高效利用實(shí)現(xiàn)了重要突破，并且創(chuàng)造了兩個(gè)全球第一：一是將“水煤漿+膜式壁+輻射式蒸汽發(fā)生器”進(jìn)行組合，成功實(shí)現(xiàn)工業(yè)化；二是將原氣化爐通過改造直接升級(jí)為更高效、可靠的聯(lián)產(chǎn)爐，打破了國外技術(shù)壟斷。

今年4月，在瑞士舉辦的第47屆日內(nèi)瓦國際發(fā)明展上，“專吃”高灰、高硫、高灰熔點(diǎn)劣質(zhì)煤的晉華爐被評(píng)為中國煤化工行業(yè)“國之重器”，并獲得金獎(jiǎng)。此前，在2018年度中國煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)的評(píng)選中，晉華爐備受專家青睞，摘得唯一的特等獎(jiǎng)。

當(dāng)記者問及晉華爐為何被稱為“國之重器”時(shí)，岳光溪的回答是：“我們不僅掌握了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)，并且在技術(shù)水平上已經(jīng)超過了國外。晉華爐在煤化工這個(gè)涉及我國能源安全的領(lǐng)域具有舉足輕重的作用，所以堪稱‘國之重器’。” 岳光溪表示，前進(jìn)的腳步不會(huì)停止，晉華爐4.0正在緊鑼密鼓的研制中。

談及與陽煤集團(tuán)的合作，岳光溪頗有感觸：“我們前后改進(jìn)了三代技術(shù)，積累了豐富的煤氣化技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，也借鑒了其他領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)，促成了煤氣化技術(shù)的進(jìn)步，證明學(xué)科交叉是傳統(tǒng)工業(yè)進(jìn)步的一個(gè)捷徑。”