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学习强国 | 为实现固废变资源孜孜以求——记2020年国家科技进步二等奖获得者山西大学程芳琴团队

时间:2021-11-24

11月3日,2020年度国家科学技术奖励大会在人民大会堂隆重召开。这是科技界的荣耀殿堂,也是我国自主创新成就的最高检阅台。山西大学程芳琴教授领衔的“煤矸石煤泥清洁高效利用关键技术与应用”项目获得国家科技进步二等奖。经久不息的掌声在庄重典雅的人民大会堂回响,程芳琴科研团队收获了属于他们的荣誉,这是对他们追求真理、勇攀高峰的肯定,是对他们敢为人先、科技报国的致敬。

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“黑色”变“蓝色”,煤矸石煤泥燃烧利用成本低污染少

煤矸石硬度大、灰分高,煤泥杂质含量高,低利用率导致大量堆存,严重污染土壤和地下水。程芳琴带领团队潜心研究燃烧特性、矿相转化、赋存形态等并在工业生产中发现问题,创新性提出煤矸石分质-煤泥分类资源化利用新途径。

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开发出煤矸石破碎-磨粉-混配新装置,研发出煤泥固硫剂成型入炉新方法,探明煤矸石燃烧活化-污染物控制-活性灰渣形成规律,发明了煤矸石固硫控温燃烧与灰渣高效耦合利用方法,编制成工艺软件包应用于发电机组,实现了煤矸石煤泥入炉量大于90%,在宽负荷下SO₂和NOₓ达到超低排放。在全国300MW级循环流化床空冷机组竞赛中获“供电煤耗最优奖”,2018年荣获全国发电行业唯一中国工业大奖表彰奖。开发出煤泥基生物质型煤和配套炉具,发现固硫剂在炉具内形成稳定大分子固硫产物,开发出民用炉具热解区、主燃区、燃尽区分区控制技术,增加辐射面积,强化传质传热,使煤泥燃尽率大幅提高,减少了硫高温释放和CO中毒。核心技术及产品广泛应用于山西、河北和黑龙江等北方地区农户,推动了我国“宜煤则煤”清洁取暖方案的实施。研发的双重防渗-隔氧阻燃煤矸石生态填充技术,解决了堆存过程淋溶渗漏和自燃导致的污染问题。这些技术现已实现了产业化应用推广,促进了煤矸石煤泥的清洁高效利用和废弃物的无害化处置。

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团队骨干郭彦霞和宋慧平分别自2007年和2010年进入课题组。读书时一直是优秀学生的她们在参加工作之前,从来没有去过企业,面对企业困境无从下手。程芳琴教授亲自带领她们下企业工作,把基础研究与实际应用结合起来。郭彦霞感慨地说:“在跟随程老师开展煤矸石煤泥利用技术开发时,面对政府和企业每年取暖期减少污染的迫切需求,课题组积极开发系列煤泥型煤技术,在100多家型煤技术现场监测煤泥烟尘、SOₓ、NOₓ排放量,我们的技术获山西省‘蓝天成就奖’,后又应用于电站锅炉。很幸运在这个开拓创新的团队打拼,我从初出校门参与国家863计划、国家支撑计划,到承担国家重点研发项目,解决了系列‘卡脖子’难题。十多年间,我由一名白面儒冠的书生成长为‘山西省学术技术带头人’‘山西省新兴产业领军人才’。这次作为主要骨干在人民大会堂参加颁奖仪式,我深切感受到只有对接国家地方需求,才能真正把论文写在祖国大地上。”

“废物”变“宝物”,固硫灰渣制功能材料性能好用途广

一直以来,大家都认为煤矸石在循环流化床锅炉燃烧后产生的粉煤灰是废弃物。因其游离钙含量高,要将其资源化利用非常难,不少研究者都觉得弃之可惜,但又不得不放弃。课题组经过多年系统研究,探明了灰渣中钙的赋存形态随粒径的构效关系和胶凝活性激发机制,研发了“界面相容、双重防渗”的防渗密封胶凝材料,替代铺膜,用于煤矸石填埋场地阻燃防渗等复杂环境;开发了路桥材料、墙材板材、耐火阻燃材料及轻质高强材料等系列技术,拓展应用于高速公路、隧道等防风、防水、阻燃等领域。

宋慧平发自肺腑地讲:“我从一个入校时惧怕与企业对接的小老师,不断在入企交流找问题和成果应用过程中,成长为揭榜挂帅的首席专家,承担了国家科技支撑计划和山西省重大项目,也建立课题组做了小组长。在与大地民基等企业合作,带领师生频繁奔波于杜儿坪、官地矿、周家山等亿吨矸石山生态修复工程的实践中,我们坚信煤基固废制生态修复材料用于矿山环境保护,是践行习近平总书记‘两山’理论的科学模式和技术路径,也更加坚信只有校企深度合作,才能让科学技术在祖国大地上开花结果,切实服务社会。”

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站在新起点,迈步新征途。走出人民大会堂,面对央视记者采访,程芳琴感言:“过去的成绩是奋斗的足迹,已有的荣誉是前进的动力,伟大的使命是应尽的责任。作为一名大学副校长,今后一定要培养更多的青年才俊,在服务地方创新的路上,自立自强,科技报国。我们一定要以永不满足的奋发心态,永不懈怠的奋进姿态,永不停步的奋斗状态,加快推进我国实现科技强国的伟大梦想。”

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