任强强,沙坡头区政协委员,中国科学院工程热物理研究所研究员,国家级重大项目首席科学家,“低碳热转化国际研讨会”发起人。尽管身兼数职,但他始终最珍视“扎根一线的能源科研人”这一角色。10年来,他带领团队实现煤气化废渣高效利用、水泥窑炉超低排放技术突破,坚持把论文写在车间窑炉之间,将科研成果转化为实实在在的减碳数字和经济效益,正如他所说:“科研若不能落地,就失去了温度,也辜负了这个时代对我们的期待。”
点“渣”成金 破局固废处置困局
我国煤炭资源丰富,煤化工规模庞大,但每年也随之产生超千万吨煤气化灰渣。这类废渣颗粒极细、活性低下、结构复杂,传统技术无法焚烧利用,堆存即成污染源。行业内普遍视其为“烫手山芋”,然而,其巨大的潜在能量始终牵动着任强强的科研神经。
“别人眼中的废物,恰是我们眼里的资源。关键是要找到打开能源之锁的那把钥匙。”任强强说。
任强强从循环流化床燃烧技术中捕捉到灵感,带领团队开创“燃前活化反应调控”的创新路径:通过一系列物理化学预处理手段,有效破坏灰渣的惰性表面和稳定结构,激活其内在反应活性,再施以精准匹配的流化床燃烧工艺,破解了点燃难、燃尽差、效率低等核心瓶颈。从5吨/日的小试摸索、100吨/日的中试优化,到最终建成500吨/日的示范工程,他和团队十年磨一剑,历经数百次配比调整和工艺迭代,一步步跨越从实验室机理研究到产业化工程放大的转化难关。
如今,该技术已成功应用于大型煤化工园区,实现年处理灰渣100万吨,减排二氧化碳77万吨,并可副产高热值蒸汽与电力,有效缓解了园区用能压力,真正做到了“变废为电、化渣为宝”,为企业开辟了新的盈利增长点。去年,该成果荣获中国颗粒学会科技进步一等奖,被评价为“为行业固废处置提供了全新的技术范式和商业化路径”,成为能源环保领域的一项标志性突破。
气化破壁 赋能低值燃料升值
在成功攻克灰渣燃烧难题后,任强强没有停下脚步,而是将目光投向更前沿的挑战——如何让石油焦、煤矸石、污泥、生物质等“难转化燃料”产生更高价值。在他看来,简单的燃烧供能是对碳资源的一种“降维使用”,燃烧并非能源转化的终点,而应成为产业链中的关键一环。他创新提出从“燃烧供能”转向“原料供碳”的升维思路,致力于将这些低值、复杂的碳基废料转化为纯净的合成气乃至高附加值化工原料,实现“从废物到物料”的跃迁。
传统气化工艺存在流程冗长、能耗高、焦油含量高、合成气有效成分不稳定等问题。任强强与团队大胆跳出既定技术范式,原创性提出“快速着火—强化气化”两段式流化熔融气化新技术。第一段通过高温流化介质实现物料的瞬间着火和初步裂解,第二段在熔融环境下进行深度气化反应,极大抑制了焦油的生成,将原本缓慢而不稳定的气化过程压缩为高效、连贯的工艺链,碳转化率提升至98%以上,合成气产率和品质获得大幅提升。
目前,该技术的10万吨级碳基固废气化示范工程已全面建成,进入调试收尾阶段。它将以往贴钱处理的工业废料转化为高纯度合成气,成功用于化工合成、绿色发电、金属还原冶炼等多个高端场景,真正实现了固废资源化与降碳减污的协同增效。该项目吸引了多家大型能源企业的关注与合作洽谈,预计明年全面投产后,将形成可复制、可推广的商业模式,为我国低值燃料的高值化利用开辟全新赛道。
窑炉换新 锻造低碳清洁内核
水泥工业是国民经济的重要基础,但同时也是我国第三大氮氧化物排放源。其窑炉系统复杂,环保改造成本高、技术难度大,尤其燃烧过程中产生的氮氧化物,传统处理方式多依赖末端治理,不仅运行成本高、消耗大量氨水,还能造成氨逃逸等二次污染问题,堪称行业“痛点”。
任强强决定从源头解决问题,从燃烧的本质入手,“不让污染物有产生的机会”。他深入研究氮氧化物的生成机理,创新提出“原位—二元”低氮燃烧调控理论。该技术通过对窑炉内流场、温度场、物质场的精准重构,创造贫氧与富氧区域交替的燃烧环境,利用烟气自身组分在燃烧的同时实现氮氧化物的原位抑制与还原,大幅减少了对末端治理的依赖。
这一技术很快在宁夏胜金水泥有限公司一条2500吨/日的生产线上得到成功应用。结果表明,在不显著增加投资和运行成本的前提下,氮氧化物排放浓度可稳定控制在48毫克/立方米以下,远低于国家最新排放标准,同时每吨熟料煤耗降低2公斤,年减排二氧化碳达3665吨,实现了环境效益和经济效益的“双赢”。该企业也凭借此创新成果成功获批宁夏高新技术企业。2023年,该技术通过中国建筑材料联合会组织的成果鉴定,被以院士为首的专家组一致认为“整体技术达到国际先进水平,其中低碳燃烧能效与原位减排关键指标均处国际领先”。任强强正带领团队推进生物质、牛粪等替代燃料应用于水泥窑炉的新课题,进一步探索全链条低碳生产的可能。
作为中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队计划项目负责人和国家重点研发计划首席科学家,任强强带领团队在固废资源化、低值燃料气化及水泥低碳燃烧等领域实现多项技术突破,不仅荣获中国颗粒学会科技进步一等奖、中国产学研合作创新奖等重要奖项,更始终坚持将科研实践与国家“双碳”目标深度融合。他在深耕技术的同时,积极履行沙坡头区政协委员职责,深入一线发现问题,借助提案推动行业绿色转型,以实际行动诠释“扎根一线的能源科研人”的使命与担当。 (记者 孙振星 见习记者 陈美慧 文/图)