“航天第一炉”让煤炭利用更清洁

　　尖端而又神秘的航天技术，如今也可应用于能源领域了！

　　记者近日从中国航天科技集团公司一院所属航天工程公司（下称“航天工程”）获悉，由其自主研发的航天粉煤加压气化技术，再度刷新了连续运行世界纪录。该技术依托运载火箭研发、制造等经验，将原本“黑漆漆”的煤炭加工为天然气、氢气等清洁能源，可用于煤制化工产品、煤制氢、煤制油等多个领域。因其关键技术完全为自主创新，也被业内称为“航天第一炉”。该技术历经多年积累，集智攻关，一举实现煤炭高效、清洁的本地转化，十年便占有国内粉煤气化技术最大的市场份额，在业内创出了传奇。

　　航天技术首次创新应用于煤化工

　　航天与煤炭，两个看似无关的产业怎会走到一起？

　　“这是基于我们对于航天技术的深刻理解、对产业发展的准确判断，以及将航天技术更好地服务国民经济建设的责任感。”航天工程企业文化部相关负责人告诉记者，“一方面，我国本就是贫油、少气、富煤，加之国家近年出台了一系列政策，对煤化工产业支持很大。另一方面，该领域技术长期为进口垄断，不仅投资成本高，买回来还不一定完全适用。一般中小企业很难承受，因此也制约了行业自身发展。”

　　上世纪90年代，由航天研发的特种泵阀等设备，已开始应用在煤化工领域。后经过一次次讨论，航天工程将目光最终瞄向了现代煤化工核心技术研发和系统应用。

　　方向确定，又一难题接踵而至——如何将二者真正结合起来？航天工程热工部部长郭进军介绍，航天炉快速研制成功，得益于在火箭研制领域所积累的技术底蕴。以火箭发动机研制队伍为基础的技术团队，在军民融合历史上先后打造出特种阀、特种泵、热煤炉等一大批化工关键设备，这些设备的研制成功，为集成度极高的航天煤气化技术，及核心设备气化炉的开发奠定坚实基础。

　　在嘈杂的车间内，记者参观了几大关键设备的生产。首先看到的是气化烧嘴，郭进军介绍：“烧嘴是众多气化技术竞争的关键，其中最难的是氧喷口、粉煤喷口以及冷却结构设计。我们看到的小小两个喷口，直接影响介质喷出的速度、角度、均匀度。混合好坏、反应是否彻底、温度场是否均匀便由此决定，也就是说碳转化率等重要指标便由此决定。”为研究这两个喷口的结构参数，航天工程10年来持续展开实验和仿真研究，不断改进烧嘴屡创寿命及性能纪录，目前在业内已处领先。”

　　其次是制造难度最大的气化炉。 “为研制出直径2.8米、高达十余米，由多层内件嵌套组成的气化炉，我们从结构设计、热力计算、组装工艺、关键材料、核心部件制造等关键环节入手，大量借鉴航天生产设计及管理经验。”郭进军回忆，因项目进度要求，整个气化炉没有充足的研究和试验时间，很多结构都是通过航天专有的计算软件、模型获得设计参数后直接用于产品设计。此外，还有来自炉膛高温传感器、特种材料焊接，表面改性处理工艺等航天专有技术直接转化到气化炉中应用，为设备快速研制成功，并满足长周期使用起到极为重要的作用。

　　实现煤炭就地、清洁、经济转化

　　技术难题迎刃而解，备受用户关心的问题依然有二：作为“新来者”，这项技术的效率究竟有多少？高大上的航天技术用在煤化工上，成本是否高昂？

　　记者了解到，航天粉煤加压气化技术的冷煤气效率超过82%、碳转化效率可达99%。同时，其对煤种适应范围广是其另一大优点，即便是水分极高的褐煤、挥发分极低的无烟煤也同样适用，由此实现原料煤的本地化生产。此外在环保方面，该技术还可将排至大气中的硫全部回收，变废为宝制成硫磺；燃烧产生的废气经过滤处理，可达与大气指标相同的洁净气体；废水则通过污水处理厂达标排放。

　　位于山西晋城的晋煤天溪煤制油分公司生产副经理侯永军，便尝到其中“甜头”。“晋城是典型三高煤产区，高硫、高灰、高灰熔点等特性，也对设备提出更苛刻的要求。”他介绍，通过对烧嘴、气化炉高径比、排渣能力及灰水处理工艺等量身优化，设备也能“吃粗粮”了。原先生产能力只有设计产能的70%，使用两台航天炉后现已实现满负荷运行，且环保完全达标。

　　在经济性方面，以应用航天炉建设年产30万吨合成氨的气化工业装置为例，测算显示，其一次性投资仅相当于国外技术的60%。“在运维方面，与国外同类技术相比，年运行成本有大幅降低。”郭进军称。

　　“我们主打煤制合成氨产品，前后经过200多次修改，才确定了核心设备燃烧的设计数据。经实践证明，该技术不仅成本可控，经济效益也有保障。”山东瑞星化工股份有限公司相关负责人对此深有体会。与之前的水煤浆加压汽化炉相比，每吨合成氨的氧耗降低近200立方米、煤耗降低100多公斤。“按照当地煤价计算，相当于每吨合成氨的成本降低190元左右，年经济效益可达7500万元。”