“灰”尽其用，点“渣”成金

　　—国家重点研发计划课题“多元低热值燃料灰渣在道路工程中规模化利用关键技术与示范工程”产学研融合创新实践

　　一、概述

　　本项目面向国家重大需求，针对山西省煤矸石、煤泥等多元低热值资源利用难度大及燃烧副产物难利用等问题，2020年12月国家科技部下达了国家重点研发计划课题2020YFB0606305《多元低热值燃料灰渣在道路工程中规模化利用关键技术研究与示范工程》，该项目由山西省交通规划勘察设计院有限公司牵头，联合太原理工大学、晋能大土河热电有限公司、山西路桥建设集团有限公司等单位共同攻关。

　　本项目聚焦多元低热值燃料发电副产物(CFB灰渣、粉煤灰、脱硫石膏)“体量大、品质低、活性普遍偏低、成分不稳定”的特点、综合利用技术瓶颈等难题，通过合作单位创新产学研用融合模式和多元合作机制，形成了跨学科、跨领域、跨行业的协同创新体系，开展了从基础研究、技术开发到工程应用的全链条技术攻关，提出了“规模匹配、品质对口、梯级利用、无二次污染”的多元低热值燃料发电副产物资源化规模化高值化的综合利用策略，形成了一系列创新成果：

　　1.开发了CFB灰渣和脱硫石膏复合颗粒、高掺量粉煤灰道路专用水泥、具有微膨胀的采空区注浆材料和严寒及高烈度地区负温高阻尼灌浆材料等创新性产品。

　　2.研发了CFB灰渣脱硫石膏复合颗粒与烟气协同治理技术，CFB灰渣及脱硫石膏激发活化固化技术，灰渣微粉混凝土构件建造技术和高掺量多源固废复合稳定土技术。

　　3.建成了20万吨CFB灰渣复合颗粒砂石材料中试生产线与烟气协同治理示范工程;建成了年消纳10万吨粉煤灰微粉混凝土结构生产线及应用专用生态水泥示范工程;形成了年消纳灰渣约40万吨、脱硫石膏约2万吨的复合稳定土示范工程;形成了每年消纳10万吨CFB灰渣和1万吨脱硫石膏的采空区注浆处治示范工程，仅是这些示范工程可获得直接经济效益超过1亿元/年。

　　4.发表高质量学术论文十余篇，授权发明专利6项，颁布地方标准2项、团体标准3项，培养硕士研究生8名，博士研究生2名，培训技术工人500余人次。

　　本项目于2024年2月顺利通过课题综合绩效评价验收，项目科技成果在山西省乃至全国各地的推广应用，能够降低我国对矿物原料、粘土、砂和碎石等的需求压力，能够形成较大规模的固废综合利用产业链，减少煤基固废积存占地和环境污染所带来的社会和生态问题，获得较高的经济、环境和社会效益，对构建“低热值燃料-发电-建材”产业链具有极其重要的现实意义和战略价值，有利推动了相关领域企业的循环经济和绿色转型发展，为“双碳”目标的实现、保障生态环境安全、培育新质生产力做出了良好的工程示范和引领性作用。

　　二、产学研用融合创新模式

　　项目构建了“需求导向-协同攻关-工程验证-标准引领-产业推广”的全链条、一体化产学研用融合创新模式，建立“协同攻关、风险共担、利益共享”的合作机制，组建产学研用融合创新联合体。这种深度融合的产学研创新模式，使项目团队形成了合力，有效解决了科技创新与产业发展"两张皮"的问题，加速了科技成果转化和应用，实现了技术创新与产业升级的良性互动。

　　(一)创新组织架构

　　本项目构建了多元产学研用合作体系，整合了基础理论研究、技术研发、成果转化和产业应用的全链条资源：

　　1.产业需求单位：晋能大土河热电有限公司是产业需求和工程实施单位，重点开展原材料工艺控制、技术装备开发和产业化应用。

　　2.高等院校：太原理工大学开展基础理论与前沿技术研究、试验验证与关键设备设计，为项目提供核心技术支撑。

　　3.高新技术企业：山西省交通规划勘察设计院有限公司作为山西省交通设计领域的“领头羊”，主要负责开展新型道路材料的研发、道路结构设计、标准规范制定和技术咨询服务。

　　4. 工程应用单位：山西路桥建设集团有限公司是工程实施单位，能提供应用场景，负责开展技术验证、产业化应用与市场推广。

　　(二)多元协作体系

　　1. 一体化攻关模式：采用"产业出题—政府、企业出资—高校答题"的一体化攻关模式，项目组织多方力量共同参与进行全链条创新。

　　2. 多元协同创新体系：构建"高校+企业+机构"多方协同的创新体系，实现了科技创新与产业应用的无缝对接，推动了各方深度合作。

　　3.本项目构建全链条贯通的资源共享机制、协同攻关机制、成果转化机制、人才协同培养机制，各方充分发挥自身优势，加速科技成果向现实生产力转化。该项目培养了8名硕士研究生，2名博士研究生，培训技术工人500余人次，为企业的产业化发展提供了人才支撑。

　　4.创新资源整合与配置：项目整合了国家科研经费、企业配套资金、地方政府支持等多种资金来源，既保证了基础研究的持续稳定支持，又保证了产业化资源的充足配置，完成课题经费3700万元，确保了项目保质保量按时完成。

　　三、项目科技成果及效益

　　本项目通过创新产学研用融合模式，建立多元合作机制，构建协同创新体系，在多元低热值燃料副产物在道路工程中规模化利用关键技术方面取得了突破，通过制定相关技术标准、规范和指南，建设示范工程，开展工程技术咨询服务，实现“规模匹配、品质对口、梯级利用、无二次污染”灰渣100%利用，开拓了多元低热值燃料副产物综合利用技术“能用→敢用→好用”创新性路径：

　　1.示范引领—多源固废复合稳定土技术

　　该技术已在国道209吕梁境内改线工程、国道108线襄汾-曲沃-侯马过境改线工程中铺筑示范工程，消纳灰渣约50万吨，脱硫石膏约2.5多万吨，工程造价约1445万元，节约造价共计202多万元。编制了山西省土木建筑学会团体标准《公路工程循环流化床灰渣复合稳定土技术标准》TSXCAS034—2024。项目组荣获山西交控集团2023年度科技创新先进团队奖。

　　2.以废治废—CFB灰渣复合颗粒与烟气协同治理技术

　　该技术在晋能大土河热电有限公司建成了20万吨CFB灰渣复合颗粒中试生产线与烟气协同治理“以废治废”创新性示范工程，CFB复合颗粒固碳率为7.0～12.0kgCO2/吨，脱硫石膏添加量为0.7%。参与编制中国建筑材料协会标准《用于水泥和混凝土中的煤粉炉炉底渣粉》T-CBMF 263-2024。2023年获得山西省科技厅的科技支持资金。

　　3.绿色建造—灰渣微粉混凝土构件建造技术

　　该技术国道209线吕梁段公路改线工程项目建成了年消纳10万吨粉煤灰微粉混凝土结构及应用专用生态水泥示范工程，应用于离隰高速公路、国道209线吕梁段公路改线工程等，工程造价约2100万元，节约造价共计262.5万元。编制山西省地方标准《循环流化床锅炉(CFB)灰渣改良土路基施工技术规程》DB14/T 2575-2022。

　　4.产业延展—煤基固废注浆材料应用技术

　　利用CFB微粉研发的具有微膨胀的CFB灰渣注浆材料，强度达到10.8Mpa，远超过采空区处治0.6-2Mpa的设计指标要求，该技术填补行业空白，获得2023年度山西省科学技术进步二等奖;开发的严寒及高烈度地区负温高阻尼灌浆材料，保证工程路用性能及耐久性，大幅降低了二氧化碳排量，该技术荣获2024年度中国建筑材料流通协会技术创新奖一等奖。编制了中国散装水泥推广发展协会标准《寒区路基水泥基注浆材料应用技术规范》TCBCA 021-2024。

　　四、未来发展规划

　　项目组将总结产学研用融合创新实践的成功经验，突破行业边界效应，探索多元融合创新发展新路径：

　　1.深层创新—助力新质生产力发展：开展基于人工智能驱动的煤基固废新型道路材料智能设计平台建设;开展基于降碳减碳汇碳的公路绿色低碳建造体系研究等。

　　2.广度创新—突破行业瓶颈转型发展：以“双全保双碳”(全要素全过程保碳达峰保碳中和)，推动技术成果规模化应用，形成可复制的产业化示范工程。

　　3.全域创新—推动全产业链融合发展：联合高校、科研院所及企业，构建 产学研用一体化产业联盟;开展技术咨询服务输出，推动煤基固废道路材料与工程技术走向国际化。