从用“好煤”到“用好”煤

数字赋能、提质增效，新一代信息技术助推煤焦化行业向“智造”加速升级。

煤焦化是我省传统支柱产业之一。如何最大限度保护性开发利用稀缺宝贵的炼焦煤资源?如何为焦化企业节能减排、提质降本?在太原理工大学省部共建煤基能源清洁高效利用国家重点实验室，记者看到传统煤焦化产业的面貌正在被“数智化”大潮所改变。

煤分质利用及污染物控制研究中心团队以服务地方产业为目标，围绕山西焦化产业特色和优势，基于煤质大数据开发了炼焦煤选配一体化技术并实现了工程应用。王美君教授等研究骨干长期攻关，与我省煤炭、焦化、钢铁企业强强联合，让科技成果走出实验室、走上生产线，不断交出亮眼“成绩单”。

突破传统配煤方案，构建炼焦煤生态利用新体系

8月7日，太钢焦化厂炼焦配煤研究基地，几名科技人员紧张地等待着试验焦炭热态检测计算结果，当各项指标完全达到预期时，大家无比振奋。

“使用价格较低的高硫煤种的思路，突破了传统配煤方案。”高级工程师吴波介绍，该项实验应用了太原理工大学提供的硫分迁移研究方法，配入高硫煤后焦炭硫分不超标，在保证焦炭质量的同时降低了炼焦配煤成本。

近年来，太原理工大学王美君教授带领的煤分质利用及污染物控制研究中心团队面向山西煤焦化产业转型发展领域的重大任务，聚焦关键科学与技术问题，在炼焦煤成焦理论探索、多维度配煤炼焦技术开发、炼焦配煤工艺优化等多方面取得突破性成果。这些技术大规模应用后，取得了显著的社会效益和经济效益。

“团队基于煤分子结构热转化行为提出炼焦煤‘衍构成焦机理’，构建更为科学、系统的炼焦煤评价新体系，借助大数据赋能建立炼焦煤的煤质大数据中心，从用‘好煤’向‘用好’煤转变，构建炼焦煤‘清洁、低碳、安全、高效’的生态利用新体系。”9月2日，在太原理工大学省部共建煤基能源清洁高效利用国家重点实验室展厅，一块标着“精细化炼焦配煤技术”的展板前，王美君为记者介绍：“配煤技术，一直是团队关注和研发的重点，通过技术革新迭代，最大限度实现原料煤多样化、目标产物多元化、焦化产能最优化、污染排放最小化的目标。”

“配煤，就是将气煤、肥煤、焦煤、瘦煤等不同种类、不同质量特性的煤按照特定比例混合，优化煤炭的转化特性，生产出符合质量要求的焦炭。”王美君介绍，山西焦炭产量占全国的1/5，但优质炼焦煤资源有限，高硫煤占比达1/3。配煤作为炼焦的核心工序，决定了焦炭的品质、价格和成本。如何在保持焦炭各项指标稳定的前提下，用低价煤取代部分高价煤，优化配煤结构，降低配煤成本，精细化配煤势在必行。

“过去多采用传统人工配煤，往往出现原料煤取值保守、难以精准预测焦炭质量等问题，局限性明显。”王美君介绍起配煤方面存在的问题，如炼焦配煤与煤炭洗选之间存在脱节现象，炼焦煤洗选加工厂“按需洗选”，缺乏与下游焦化厂配煤炼焦的功能性相关联;不同煤层煤种的可选性、硫分等特性差异较大，混合入洗方法难以达到理想分选效果等。

“团队研发构建的炼焦煤选配一体化工艺体系在很大程度上解决了以上难题。”王美君介绍，团队除引入其他煤种降低优质炼焦煤用量来保护战略稀缺资源外，还率先提出以性价比为核心的炼焦煤选配联动的选配一体化工艺路线，将备煤工序前置到选煤企业，强化焦化企业与选煤企业深度融合，完成炼焦煤的定制化洗选加工，将炼焦备煤工序向煤炭洗选加工段前置，开发出适用于不同炉型工艺的标准煤或入炉煤产品。

融“数”提“智”，通过煤焦大数据实现对优质焦煤资源的集约配置

在山西今日智库能源有限公司的实验室，技术人员在操作台前监测设备运行情况。“通过这些数据，可以掌握焦炭的灰分、硫分、挥发分、粉焦率等检测项目的具体数值，做到‘精准把脉’。”该公司检测运营中心主任李志强介绍，公司致力于引领煤焦钢产业链健康发展，拥有海量煤炭行业数据以及先进信息技术，检测中心不仅拥有进口灰成分测定仪和元素分析仪，还装备了自主研发的煤岩分析仪、40公斤环保型荷重试验焦炉、全粘结指数搅拌仪等各类设备50余套。

“‘数字化’和‘精准研判’是我们制胜的法宝。”王美君介绍，2020年，中心团队与山西今日智库能源有限公司合作共建“新型煤焦化产业技术研发中心”，构建煤焦技术研究、煤焦大数据系统开发等差异化、协同化平台，着重开展煤质特性分析、炼焦配煤成焦过程研究、煤质评价大数据系统开发，以及通过300kg试验焦炉、煤炭选配一体化工艺中试基地进行新型煤焦技术的工业化应用。

得益于大数据、人工智能、云计算、先进检测设备等深度赋能，中心团队构建以数字化为核心的智能化配煤系统，聚焦煤焦钢产业数字化转型发展中的关键问题，推动煤焦钢领域创新发展，并进一步强化与煤焦钢企业间技术交流与合作。

其实，为找到配煤“最优解”，中心团队多年来一直与企业合作探索。从2014年开始，该团队就与太钢焦化厂合作，从山西省煤基重点科技攻关项目——精细化智能配煤系统开发与工程示范，到山西省科技重大专项——高效环保炼焦技术开发与合作，双方开发中硫焦煤在太钢7.63m焦炉成功进行工业生产实践。在2016年至2023年，太钢焦化厂实现累计降低配煤成本5.7亿元，节约优质炼焦煤136万吨。

2019年，该团队与太钢集团、中国科学院山西煤化所等单位合作完成的项目——不同炼焦工艺全要素智能化精细配煤控制技术开发与应用，获得山西省科学技术进步奖一等奖，本项目关键技术相继被列入国家自然科学基金和省级重大专项项目。

2022年，中心团队与山西焦化股份有限公司合作开展“炼焦煤资源评价体系建立及配煤技术开发应用”研究项目，利用实验室小型热解装置、坩埚焦、4kg焦炉、40kg焦炉、300kg焦炉、工业焦炉等梯级炼焦实验设备，以山西焦化配煤方案为基础，开发了高硫煤配煤、全煤种配煤等炼焦新技术，建立了山西焦化焦炭质量预测模型，实现了每吨入炉煤减少焦煤配比6%以上，气煤、瘦煤、贫煤和无烟煤合计配比增加6%以上，入炉煤成本降低20元/吨以上。同时，针对山西焦化炼焦煤资源特点，建立了山西焦化炼焦煤资源科学评价体系。

产学研用深度融合，把能源科技创新的论文写在祖国大地上

“近年来，团队师生坚持把论文写在祖国大地上，将实验室建在企业创新发展需求上，不断推进产学研用融合的技术创新体系建设。”王美君说，2016年以来，校企合作持续加深，通过项目研发、成果转化、共建实验室等不同形式，团队先后与十余家企业进行深度合作并取得一系列成果。

传承中发展，开拓中创新。在谢克昌院士领衔的老一辈科学家关于“煤结构和反应性”的长期研究和学术积淀下，王美君带领课题组围绕“如何从化学反应工程的角度解决配煤炼焦技术创新”这一核心问题展开研究，通过开发分子结构导向及化学反应调变的煤热转化技术，构建贯通理论、技术、工程应用的配煤技术创新体系，形成稀缺优质炼焦煤的保护性加工利用新路径。

“创新并非易事，其间所经历的艰辛难以想象。”王美君表示，“10多年来，团队遇到过许多在当时觉得解决不了的难题、跨不过去的坎，从理论计算到技术研发再到成果转化……创新需要工匠精神，俯下身、沉下心，持之以恒，不断克服困难，向更高处攀登。”

一次与初衷“南辕北辙”的实验，让团队成员程亚楠记忆犹新。“在研究温和条件下煤炭定向裂解制备缩合芳香族化合物技术时，几次相关实验结果都与预想相反，期望减少的分子量反而增加了。”程亚楠说，当大家垂头丧气，以为研究方向错误时，王美君导师及时给予指导，“同学们，结果变化了就证明路没有走偏。希望得到轻质产品，但结果是重质产品。那么，为什么不反其道而行之?”受到启发，团队成员重新制定方案，最终实现了温和条件下煤中弱键的断裂，促进缩合芳香碳结构单元的可控解离，为煤的清洁高效及高值化转化贡献一份力量。

在煤分质利用及污染物控制研究中心，有一台特别的设备——炼焦煤膨胀压力测试装置，这台2米高的设备是团队自主研发的。王美君讲述研发初衷，在炼焦煤结焦过程中，适当膨胀压力能提高焦炭质量，但压力过高会导致推焦困难和炉墙损坏。目前，常用的活动炉墙结构测试方法耗煤量大，且摩擦力影响结果。

“炼焦煤膨胀压力测试装置可以把这一过程‘微缩’并转移到实验室。”王美君介绍，通过煤热解过程中耐高温弹簧的形变，测定出不同堆密度、不同升温速率以及单种煤或配合煤的膨胀压力和位移，用煤量少、操作简单、可测试压力范围大，测试结果准确度高、稳定性好。该项技术促进了炼焦煤评价体系的科学构建、焦炭质量和推焦电流的精确预测，为确保焦炉稳定运行提供了技术支撑。目前已经取得中国、美国、澳大利亚的专利。

近年来，团队还和国内外高校、科研院所深度合作，开创性地提出了炼焦煤“衍构成焦机理”，对于补充和延伸炼焦煤成焦理论具有重要的科学意义和广泛的工业应用价值;完善了煤中形态硫的判定方法，将煤中形态硫划分至10种以上，提出了“互融性、黏合式、填充式”多维度配煤新理念，实现了基于不同煤种间挥发分反应调变的配煤技术优化与焦炭质量的科学调控，拓展了非炼焦煤资源在工业炼焦生产中的应用。

“希望每一种煤、每一块煤，都能被最大化利用。”自中心成立以来，一次次突破焦化产业转型发展中的关键技术瓶颈难题，在技术研发、迈出实验室、走上生产线的路上循环往复。王美君说，团队将继续聚焦国家战略发展需求，紧密围绕山西煤炭资源优势，致力于煤基资源的绿色清洁高效开发利用，全力推进能源科技创新，促进煤化工产业的高端化、多元化、低碳化发展。

记者手记

深耕科研创新赋能成果转化

从科研到技术再到产品，是一条艰辛而漫长的路。

在采访中，听着科研团队如何呕心沥血、废寝忘食攻克诸多技术难关，眼见那些曾在实验室反复测试的技术，如今在生产线的实际应用中发挥作用，记者深切地感受到，跨过科研与实际应用之间的这座桥梁是何等不易。

科研与生产的无缝对接需要搭建良好的平台，并加强企业主导的产学研深度融合。太原理工大学煤分质利用及污染物控制研究中心团队，带着科研成果从实验室走向生产线，让理论中的设想变成现实中的操作，不仅改变了生产工艺和流程，也带来了显著的社会效益和经济效益。

“随着科技发展，我们对煤炭的利用率还会提高。”王美君和煤化工打了十几年交道，专注于炼焦煤选配一体化技术的开发与应用，最大限度保护性开发利用稀缺宝贵的炼焦煤资源。未来的路还很长，团队也将继续深挖煤炭背后的潜在价值，推动行业向高端化、精细化、智能化方向发展，为煤炭清洁高效利用和新质生产力发展注入新的活力。