编者按 5月11日，由《中国化工报》社有限公司和潞安化工集团有限公司主办的2024山西能源·化工高质量发展科创大会在太原举行，政府部门领导、院士专家及企业家代表齐聚一堂，激荡思想、启迪智慧。中国工程院院士、清华大学热能工程系研究员岳光溪在会上做专题报告，特分享如下。
我们(清华大学岳光溪院士)团队是我国乃至国际上专注清洁煤技术方面的一支重要队伍。从上世纪八九十年代一直从事煤燃烧理论与工程开发科研。
山西省是我国传统煤炭供应基地。为我国高速经济社会发展期提供了主要能源与动力。
科学进步是第一生产力，新质生产力。因此，我们清华院士团队与山西能源大省的结合有内在的必然性。从2000年起，团队以太原锅炉集团和当时的丰喜肥业、阳煤化机，为合作对象，长期进行循环流化床燃烧和大规模气流床气化的应用技术开发。通过20余年的长期艰苦努力，把循环流化床燃烧技术和水煤浆气化技术带进世界领先水平。不但给合作企业带来了丰厚的经济效益，而且形成了一个产学研合作的典范，为今后山西-清华在能源领域新质生产力的形成打下了坚实基础。
我们团队在与山西企业长期合作过程中形成了自己的一些理念，值得总结。
第一：我们团队和山西企业合作进行的是目标明确的应用科研。任何一个成熟产品必须经历一个从简单到复杂，从小容量到大容量的渐进过程。无论是太原锅炉集团还是潞安化机，在国内同类企业都是属于中小型，面对的中小容量型市场。然而从技术产品发展角度，从小到大也是基本规律。因此中小企业从小容量产品出发的创新上风险小，有船小好调头的优势。因此我们团队以山西两个中小企业的研发为起点，完全不妨碍与国内外大型企业的合作。甚至在山西的合作开发新产品能促进大型企业对大容量产品的更新换代。
以我们团队和太原锅炉集团的合作为例。2000-2005年是太原锅炉集团如何接受我们团队提出的循环流化床定态设计理论用以改造太原锅炉原有的缺陷锅炉，走上正确设计的阶段。到2006-2016年，则是合作创新，开发出第二代节能型循环流化床锅炉的阶段，产值则从几千万，上涨到几个亿的阶段。而第二代循环流化床技术理念扩散到国内三大锅炉厂，使得我国的循环流化床锅炉产品运行厂用电率，比国外同类产品平均降低了3%。之后的2007-2023年，再次开发出第三代超低排放循环流化床技术，大幅度地降低了燃煤超低排放的成本，因而覆盖了全国热电循环流化床50%以上的市场。目前正在向大型锅炉厂转移，以结合循环流化床大型化和超临界化的趋势。
我们团队与潞安化机产学研合作则更是一个典范。煤化工是我国定位的战略产业。在中国富煤少油气资源条件下，必须保证在特殊时期的石油天然气化工产品供应。而所有煤化工的第一过程都是煤气化。也是煤炭在能源利用之外的第二个化工物质利用。
我们团队早在2000年已经意识到煤气化技术的重要意义及有必要在山西这个富煤大省开拓第二个合作方向。2000年时，我们国家没有这个技术，此前，从国外引进了两类适合于煤化工的高压纯氧气流床煤气化技术。一类叫水煤浆气化技术；第二就是干粉气化技术。这两个技术本质差别是原料煤给入气化炉的方式不同。团队面临两个挑战：第一：煤气化是化工领域的东西，我们搞燃烧的能否进入？第二：应该选择什么技术路径作为起点?通过前期在团队内部的基础研究，我们明确了煤气化反应的基本原理实际上就是燃烧领域的高温欠氧燃烧。我们有充分信心参与这个化工上的煤气化研发，特别是我们在燃烧工程领域的研究与工程经验能够提供更多的进步渠道。至于走哪个技术路径?首先认识到干粉气化是出于发展燃气蒸汽联合循环的目标而确定的，强调的是热效率。而水煤浆气化技术则是以稳定燃料送入为特点的气化技术，在热效率上差强人意。根据我们团队对化工企业生产流程长，对单元稳定性要求高的特点，最后选水煤浆气化作为研发起点，与山西潞安化工集团形成产学研团队，历经20多年的研发创新，形成了三代气化炉技术。
作为一个规范、尊重国际科学规范的科研团队，我们首先需要解决如何突破水煤浆气化技术拥有者的专利。看到该技术的水煤浆和氧气高压喷嘴特征，借用我们搞燃烧的调控送风以调控燃烧的工程经验，形成了能够完全打破国外专利的分级给氧水煤浆气化清华第一代专利技术。第一代分级给氧水煤浆气化技术也带来了水煤浆喷嘴寿命延长，气化效率比国外技术略高的优势。但必须指出第一代技术更大程度上是破专利，积累工程经验。
积累的工程经验告诉我们国外水煤浆气化的最大弊病之一是其压力壳内热绝缘耐火砖的严重还原腐蚀。耐火砖层维修更换成本高，工期长。这也使国外技术气化炉的适用煤种仅为低灰熔点煤。而山西省恰恰缺乏这类低灰熔点煤种。运用清华团队在燃烧工程上经验，提出了第二代水煤浆膜式壁气化技术。同时采用火点火原理代替了储热点火。从而保证了耐火层的免维修无限寿命，把气化煤种扩大至灰熔点高于1500度。点火时间降低了24倍。气化炉容量提高了30%。气化炉压力壳可用普通锅炉钢代替进口合金钢。二代技术甚至引起国际重视，前述国外公司追到清华并提出购买专利。
第二代气化技术的成功给了产学研团队极大的鼓舞，下决心去攻克水煤浆气化最大的缺陷-能耗。水煤浆气化给气化过程提供了一个稳定燃料送入的优势，也带来了附加加热多余水分的劣势。为此合作团队再次利用在燃烧装置方面区分处理辐射传热和对流传热的原理及处理方式。提出了第三代煤气蒸汽联产炉的第三代技术。使气化炉能够产煤气同时以870Kg蒸汽/KNm³煤气的产率生产蒸汽。潞安化机也从三代气化炉本身取得每年6亿的产值，被山西骄傲地称为“晋华炉”。
山西省政府对清华在山西的产学研团队给予了重大的精神和物质支持，加快了技术创新，产品落地的速度。
现在我们清华院士团队在山西省形成了三个合作渠道：第一是与太原锅炉集团和潞安化机以我名字命名的院士工作站。第二是由山西省政府、省科技厅支持的清华大学山西院。第三个是国家实验室山西基地。这些给能源领域的科研提供了一个非常大、非常好的平台，必将为未来山西新质生产力的发展作出更大贡献。
