數字賦能、提質增效，新一代信息技術助推煤焦化行業向“智造”加速升級。

煤焦化是我省傳統支柱產業之一。如何最大限度保護性開發利用稀缺寶貴的煉焦煤資源?如何為焦化企業節能減排、提質降本?在太原理工大學省部共建煤基能源清潔高效利用國家重點實驗室，記者看到傳統煤焦化產業的面貌正在被“數智化”大潮所改變。

煤分質利用及污染物控制研究中心團隊以服務地方產業為目標，圍繞山西焦化產業特色和優勢，基于煤質大數據開發了煉焦煤選配一體化技術并實現了工程應用。王美君教授等研究骨干長期攻關，與我省煤炭、焦化、鋼鐵企業強強聯合，讓科技成果走出實驗室、走上生產線，不斷交出亮眼“成績單”。

突破傳統配煤方案，構建煉焦煤生態利用新體系

8月7日，太鋼焦化廠煉焦配煤研究基地，幾名科技人員緊張地等待著試驗焦炭熱態檢測計算結果，當各項指標完全達到預期時，大家無比振奮。

“使用價格較低的高硫煤種的思路，突破了傳統配煤方案。”高級工程師吳波介紹，該項實驗應用了太原理工大學提供的硫分遷移研究方法，配入高硫煤后焦炭硫分不超標，在保證焦炭質量的同時降低了煉焦配煤成本。

近年來，太原理工大學王美君教授帶領的煤分質利用及污染物控制研究中心團隊面向山西煤焦化產業轉型發展領域的重大任務，聚焦關鍵科學與技術問題，在煉焦煤成焦理論探索、多維度配煤煉焦技術開發、煉焦配煤工藝優化等多方面取得突破性成果。這些技術大規模應用后，取得了顯著的社會效益和經濟效益。

“團隊基于煤分子結構熱轉化行為提出煉焦煤‘衍構成焦機理’，構建更為科學、系統的煉焦煤評價新體系，借助大數據賦能建立煉焦煤的煤質大數據中心，從用‘好煤’向‘用好’煤轉變，構建煉焦煤‘清潔、低碳、安全、高效’的生態利用新體系。”9月2日，在太原理工大學省部共建煤基能源清潔高效利用國家重點實驗室展廳，一塊標著“精細化煉焦配煤技術”的展板前，王美君為記者介紹：“配煤技術，一直是團隊關注和研發的重點，通過技術革新迭代，最大限度實現原料煤多樣化、目標產物多元化、焦化產能最優化、污染排放最小化的目標。”

“配煤，就是將氣煤、肥煤、焦煤、瘦煤等不同種類、不同質量特性的煤按照特定比例混合，優化煤炭的轉化特性，生產出符合質量要求的焦炭。”王美君介紹，山西焦炭產量占全國的1/5，但優質煉焦煤資源有限，高硫煤占比達1/3。配煤作為煉焦的核心工序，決定了焦炭的品質、價格和成本。如何在保持焦炭各項指標穩定的前提下，用低價煤取代部分高價煤，優化配煤結構，降低配煤成本，精細化配煤勢在必行。

“過去多采用傳統人工配煤，往往出現原料煤取值保守、難以精準預測焦炭質量等問題，局限性明顯。”王美君介紹起配煤方面存在的問題，如煉焦配煤與煤炭洗選之間存在脫節現象，煉焦煤洗選加工廠“按需洗選”，缺乏與下游焦化廠配煤煉焦的功能性相關聯;不同煤層煤種的可選性、硫分等特性差異較大，混合入洗方法難以達到理想分選效果等。

“團隊研發構建的煉焦煤選配一體化工藝體系在很大程度上解決了以上難題。”王美君介紹，團隊除引入其他煤種降低優質煉焦煤用量來保護戰略稀缺資源外，還率先提出以性價比為核心的煉焦煤選配聯動的選配一體化工藝路線，將備煤工序前置到選煤企業，強化焦化企業與選煤企業深度融合，完成煉焦煤的定制化洗選加工，將煉焦備煤工序向煤炭洗選加工段前置，開發出適用于不同爐型工藝的標準煤或入爐煤產品。

融“數”提“智”，通過煤焦大數據實現對優質焦煤資源的集約配置

在山西今日智庫能源有限公司的實驗室，技術人員在操作臺前監測設備運行情況。“通過這些數據，可以掌握焦炭的灰分、硫分、揮發分、粉焦率等檢測項目的具體數值，做到‘精準把脈’。”該公司檢測運營中心主任李志強介紹，公司致力于引領煤焦鋼產業鏈健康發展，擁有海量煤炭行業數據以及先進信息技術，檢測中心不僅擁有進口灰成分測定儀和元素分析儀，還裝備了自主研發的煤巖分析儀、40公斤環保型荷重試驗焦爐、全粘結指數攪拌儀等各類設備50余套。

“‘數字化’和‘精準研判’是我們制勝的法寶。”王美君介紹，2020年，中心團隊與山西今日智庫能源有限公司合作共建“新型煤焦化產業技術研發中心”，構建煤焦技術研究、煤焦大數據系統開發等差異化、協同化平臺，著重開展煤質特性分析、煉焦配煤成焦過程研究、煤質評價大數據系統開發，以及通過300kg試驗焦爐、煤炭選配一體化工藝中試基地進行新型煤焦技術的工業化應用。

得益于大數據、人工智能、云計算、先進檢測設備等深度賦能，中心團隊構建以數字化為核心的智能化配煤系統，聚焦煤焦鋼產業數字化轉型發展中的關鍵問題，推動煤焦鋼領域創新發展，并進一步強化與煤焦鋼企業間技術交流與合作。

其實，為找到配煤“最優解”，中心團隊多年來一直與企業合作探索。從2014年開始，該團隊就與太鋼焦化廠合作，從山西省煤基重點科技攻關項目——精細化智能配煤系統開發與工程示范，到山西省科技重大專項——高效環保煉焦技術開發與合作，雙方開發中硫焦煤在太鋼7.63m焦爐成功進行工業生產實踐。在2016年至2023年，太鋼焦化廠實現累計降低配煤成本5.7億元，節約優質煉焦煤136萬噸。

2019年，該團隊與太鋼集團、中國科學院山西煤化所等單位合作完成的項目——不同煉焦工藝全要素智能化精細配煤控制技術開發與應用，獲得山西省科學技術進步獎一等獎，本項目關鍵技術相繼被列入國家自然科學基金和省級重大專項項目。

2022年，中心團隊與山西焦化股份有限公司合作開展“煉焦煤資源評價體系建立及配煤技術開發應用”研究項目，利用實驗室小型熱解裝置、坩堝焦、4kg焦爐、40kg焦爐、300kg焦爐、工業焦爐等梯級煉焦實驗設備，以山西焦化配煤方案為基礎，開發了高硫煤配煤、全煤種配煤等煉焦新技術，建立了山西焦化焦炭質量預測模型，實現了每噸入爐煤減少焦煤配比6%以上，氣煤、瘦煤、貧煤和無煙煤合計配比增加6%以上，入爐煤成本降低20元/噸以上。同時，針對山西焦化煉焦煤資源特點，建立了山西焦化煉焦煤資源科學評價體系。

產學研用深度融合，把能源科技創新的論文寫在祖國大地上

“近年來，團隊師生堅持把論文寫在祖國大地上，將實驗室建在企業創新發展需求上，不斷推進產學研用融合的技術創新體系建設。”王美君說，2016年以來，校企合作持續加深，通過項目研發、成果轉化、共建實驗室等不同形式，團隊先后與十余家企業進行深度合作并取得一系列成果。

傳承中發展，開拓中創新。在謝克昌院士領銜的老一輩科學家關于“煤結構和反應性”的長期研究和學術積淀下，王美君帶領課題組圍繞“如何從化學反應工程的角度解決配煤煉焦技術創新”這一核心問題展開研究，通過開發分子結構導向及化學反應調變的煤熱轉化技術，構建貫通理論、技術、工程應用的配煤技術創新體系，形成稀缺優質煉焦煤的保護性加工利用新路徑。

“創新并非易事，其間所經歷的艱辛難以想象。”王美君表示，“10多年來，團隊遇到過許多在當時覺得解決不了的難題、跨不過去的坎，從理論計算到技術研發再到成果轉化……創新需要工匠精神，俯下身、沉下心，持之以恒，不斷克服困難，向更高處攀登。”

一次與初衷“南轅北轍”的實驗，讓團隊成員程亞楠記憶猶新。“在研究溫和條件下煤炭定向裂解制備縮合芳香族化合物技術時，幾次相關實驗結果都與預想相反，期望減少的分子量反而增加了。”程亞楠說，當大家垂頭喪氣，以為研究方向錯誤時，王美君導師及時給予指導，“同學們，結果變化了就證明路沒有走偏。希望得到輕質產品，但結果是重質產品。那么，為什么不反其道而行之?”受到啟發，團隊成員重新制定方案，最終實現了溫和條件下煤中弱鍵的斷裂，促進縮合芳香碳結構單元的可控解離，為煤的清潔高效及高值化轉化貢獻一份力量。

在煤分質利用及污染物控制研究中心，有一臺特別的設備——煉焦煤膨脹壓力測試裝置，這臺2米高的設備是團隊自主研發的。王美君講述研發初衷，在煉焦煤結焦過程中，適當膨脹壓力能提高焦炭質量，但壓力過高會導致推焦困難和爐墻損壞。目前，常用的活動爐墻結構測試方法耗煤量大，且摩擦力影響結果。

“煉焦煤膨脹壓力測試裝置可以把這一過程‘微縮’并轉移到實驗室。”王美君介紹，通過煤熱解過程中耐高溫彈簧的形變，測定出不同堆密度、不同升溫速率以及單種煤或配合煤的膨脹壓力和位移，用煤量少、操作簡單、可測試壓力范圍大，測試結果準確度高、穩定性好。該項技術促進了煉焦煤評價體系的科學構建、焦炭質量和推焦電流的精確預測，為確保焦爐穩定運行提供了技術支撐。目前已經取得中國、美國、澳大利亞的專利。

近年來，團隊還和國內外高校、科研院所深度合作，開創性地提出了煉焦煤“衍構成焦機理”，對于補充和延伸煉焦煤成焦理論具有重要的科學意義和廣泛的工業應用價值;完善了煤中形態硫的判定方法，將煤中形態硫劃分至10種以上，提出了“互融性、黏合式、填充式”多維度配煤新理念，實現了基于不同煤種間揮發分反應調變的配煤技術優化與焦炭質量的科學調控，拓展了非煉焦煤資源在工業煉焦生產中的應用。

“希望每一種煤、每一塊煤，都能被最大化利用。”自中心成立以來，一次次突破焦化產業轉型發展中的關鍵技術瓶頸難題，在技術研發、邁出實驗室、走上生產線的路上循環往復。王美君說，團隊將繼續聚焦國家戰略發展需求，緊密圍繞山西煤炭資源優勢，致力于煤基資源的綠色清潔高效開發利用，全力推進能源科技創新，促進煤化工產業的高端化、多元化、低碳化發展。

記者手記

深耕科研創新 賦能成果轉化

從科研到技術再到產品，是一條艱辛而漫長的路。

在采訪中，聽著科研團隊如何嘔心瀝血、廢寢忘食攻克諸多技術難關，眼見那些曾在實驗室反復測試的技術，如今在生產線的實際應用中發揮作用，記者深切地感受到，跨過科研與實際應用之間的這座橋梁是何等不易。

科研與生產的無縫對接需要搭建良好的平臺，并加強企業主導的產學研深度融合。太原理工大學煤分質利用及污染物控制研究中心團隊，帶著科研成果從實驗室走向生產線，讓理論中的設想變成現實中的操作，不僅改變了生產工藝和流程，也帶來了顯著的社會效益和經濟效益。

“隨著科技發展，我們對煤炭的利用率還會提高。”王美君和煤化工打了十幾年交道，專注于煉焦煤選配一體化技術的開發與應用，最大限度保護性開發利用稀缺寶貴的煉焦煤資源。未來的路還很長，團隊也將繼續深挖煤炭背后的潛在價值，推動行業向高端化、精細化、智能化方向發展，為煤炭清潔高效利用和新質生產力發展注入新的活力。