看航天炉“点煤成金”

　　【成果变形记】

　　化肥是粮食的“食粮”。受国际原油和天然气供应形势影响，今年年初，世界多国春耕持续面临“等肥下田”的紧迫局面，全球粮食安全拉响警报。同期，我国化肥等农资产品价格相对稳定、供应充足，其中一个重要原因是，与很多国家以油、气为主要原料生产化肥不同，我国生产化肥的主角是煤炭，并且早在数十年前便布局煤化工技术和产业发展。

　　不止化肥，小到矿泉水瓶，大到汽车轮胎、保险杠，煤化工产品已深入生产生活的方方面面。如何让煤变幻出万千模样？煤气化技术和设备堪称“点煤成金”的魔术师，它可以把煤“拆”成所有煤化工产品的“万能母料”——一氧化碳和氢气。

胃口好

低质煤都能“吃干榨尽”

　　我国能源结构的特点是富煤、贫油、少气。实现煤资源洁净高效利用，不仅是产业发展需要，更关乎国家能源安全。2004年，国务院通过《能源中长期发展规划纲要（2004—2020）》（草案），首次将大型煤气化技术纳入国家战略重点。次年，一群研究火箭发动机的航天人毅然踏上跨界转型之路。

　　“火箭发动机的一些专业基础，与煤气化专业是一致的。”航天长征化学工程股份有限公司（以下简称“航天工程公司”）董事长姜从斌回忆，当年，先进的洁净煤气化技术被国外垄断，粉煤气化炉、特种阀门等装备都依赖进口，价格高、售后差，“受制于人的滋味不好受啊”。

　　经过3年多的不懈努力，航天工程公司研发的第一台航天炉（HT-L粉煤加压气化炉）投煤点火成功，这也是我国独立自主研发的第一台粉煤加压气化炉。此后近20年，航天工程公司相继开发出1000吨级、2000吨级、3000吨级、4000吨级气化装置，碳转化率超过99%，逐渐成长为我国煤气化工技术和行业的执牛耳者。

　　问及成功“秘籍”，姜从斌介绍：“从一开始我们就坚持‘机理研究+中试验证’的创新模式，其中之一是搞煤质机理研究，迄今已涵盖煤样超过500种。”

　　“搞设备”的企业，为何要做煤质机理研究？姜从斌解释，我国煤资源分布广、品种多，不同煤种在气化炉内反应情况不同，要把不同的煤都“吃干榨尽”，必须把“吃”进炉内的“食物”研究透。

　　技术进步加上煤质机理研究的突破，让航天炉的“胃口”极好，哪怕是褐煤、三高煤等低质煤，航天炉“吃”进后也不会“消化不良”。姜从斌说：“煤化工企业可以就近使用本地煤，大幅降低了运输和采购成本。”

　　此外，航天炉还配备了“智能营养师”——智能配煤技术。“智能营养师”可以根据煤的库存情况，自动计算最优配置，快速完成“配餐”，提高运行效率，保证航天炉长时间稳定运行。

耐力王

长周期运行“不趴窝”

　　气化炉在工作时，内部温度超过1400℃。如何在安全、稳定的前提下，保持炉体长时间高效运行？航天炉闯过了两道重要关口。

　　第一道关口，是攻关出过硬的烧嘴。烧嘴是航天炉的“咽喉”，煤粉和氧气就从这里喷入炉内火海，是整个炉子最先经受“烤验”的核心部件，直接决定了整套装置的运行状态。“一开始，我们把火箭喷嘴相关技术嫁接到气化炉烧嘴上，但用几天就烧坏了。后来经过一系列技术攻关，终于成功了。”姜从斌感慨，航天炉上每一项关键技术和产品都得益于航天领域长期的技术创新和积累。

　　第二道关口，是编织一件会自动修复的“铠甲”。传统气化炉大多采用耐火砖炉壁，但在长期高温冲刷、侵蚀下容易破损，影响装置连续运行。航天炉创新采用膜式水冷壁结构，其表面耐火材料能抵抗400℃的高温。但炉内温度高达1400℃以上，这上千度的温差靠谁来抵抗？“我们巧妙地利用‘以渣抗渣’的原理。”姜从斌解释，通过水冷降温，让煤里的高温熔融灰渣均匀附着在炉壁表面，形成一层致密、稳定的渣保护层，隔绝高温火焰与炉体金属结构，大幅降低高温侵蚀损耗。

　　从1000吨级到4000吨级迭代升级，从单一煤种到全煤种应用，从常规气化到半废锅、全废锅技术突破，航天炉不断刷新连续不间断的运行纪录，最长时间已达763天，远超行业平均水平。“目前，航天炉已实现全年计划停车一次，偶然停车基本消失。”姜从斌表示，航天工程公司正试图引入智能控制等技术，努力实现“一年一停车、三年一检修”的目标。

再创业

踏上绿色转型之路

　　“搞应用技术的研发人员，一定要贴近市场。”姜从斌认为，创新是最好的营销，而技术进步的源泉就是市场需求。

　　2020年，在“双碳”目标提出的当口，航天工程公司开始将航天炉的一系列技术进行多元转化，以适应新的市场需求。比如，垃圾处理是一个世界性难题，填埋或露天处置存在巨大环境压力，随着政策性补贴退潮，垃圾焚烧发电也面临较大市场压力。

　　“立足航天炉的技术基础，航天工程公司打通生物质气化全链条技术，将生物质转化为化工原料或绿色燃料。”姜从斌举例，如果使用航天工程公司垃圾气化技术，我国某国际机场可利用自产垃圾合成符合标准的绿色航空煤油，既满足国际航班对绿色燃料的刚性需求，又能减少垃圾排放。

　　如今，航天工程公司全面拓展非化石能源技术路线，突破电解水制氢、生物质气化、固废熔融气化、工业废盐处置等零碳负碳技术并实现产业应用，同时推动核心高端装备挺进石油化工、核工业、绿氢等新领域，踏上绿色转型之路。

　　（本报记者 张晓华）