清華大學能動系：循環(huán)流化床技術的突圍之路
清華大學
關注記者 曲田
項目名稱:600兆瓦（MW）超臨界循環(huán)流化床鍋爐技術開發(fā)、研制與工程示范
主要完成人：呂俊復、徐鵬、肖創(chuàng)英、胡昌華、聶立、蘇虎、馬懷新、陳英、劉吉臻、楊海瑞、胡修奎、鄭興勝、李星華、楊冬、岳光溪
項目介紹：項目屬動力電氣與民核領域。超臨界循環(huán)流化床具有高效低污染雙重優(yōu)勢，我國有重大需求。項目研究團隊系統(tǒng)突破了超臨界循環(huán)流化床從300兆瓦亞臨界自然循環(huán)跨越到600兆瓦超臨界強制流動帶來的巨大的理論及工程挑戰(zhàn)，揭示了超臨界循環(huán)流化床的原理，構建了超臨界循環(huán)流化床鍋爐設計理論和關鍵技術體系，研制了世界上容量最大、參數(shù)最高的600兆瓦超臨界超臨界循環(huán)流化床鍋爐，建成了世界首臺600兆瓦超臨界超臨界循環(huán)流化床鍋爐示范工程。
——清華大學能源與動力工程系呂俊復教授等完成的“600兆瓦超臨界循環(huán)流化床鍋爐技術開發(fā)、研制與工程示范”項目獲2017年度國家科技進步獎一等獎。
呂俊復近照。
煤炭為中國經(jīng)濟發(fā)展提供了基礎能源，與此同時，其燃燒污染也束縛了社會的健康發(fā)展。在清華，有這樣一支團隊，他們數(shù)十年如一日，致力于清潔煤燃燒技術的創(chuàng)新與突破，用自己的肩膀扛起了中國循環(huán)流化床燃燒技術的發(fā)展之旗。
團隊領頭人叫呂俊復，一位上世紀60年代出生，在循環(huán)流化床領域兢兢業(yè)業(yè)、勤勉攻關20余年的智慧學者。“我們擁有一支優(yōu)秀的團隊，他們不僅有堅定的信念和科學的研究方法，而且優(yōu)勢互補、各盡所能，有緊密的合作，也有良性的競爭，這是取得成績的重要保障。”
在四川白馬電廠，世界首臺600兆瓦超臨界循環(huán)流化床正在通過168小時運行。
2018年1月，在人民大會堂舉行的國家科學技術獎勵大會上，呂俊復和他的團隊完成的“600兆瓦超臨界循環(huán)流化床鍋爐技術開發(fā)、研制與工程示范”項目獲得國家科技進步獎一等獎。該項目在沒有國際先例的條件下，系統(tǒng)地突破了超臨界循環(huán)流化床容量跨域和參數(shù)提高帶來的巨大理論及工程挑戰(zhàn)，構建了超臨界循環(huán)流化床鍋爐設計理論和關鍵技術體系，研制出世界上容量最大、參數(shù)最高的600兆瓦超臨界循環(huán)流化床鍋爐，標志著我國在循環(huán)流化床燃燒技術領域走在了國際前列，在世界循環(huán)流化床鍋爐發(fā)展史上烙下濃重一筆。
堅實根基 使命鑄就
我國是燃煤大國，一次能源將近70％來自煤炭，而這個局面在相當長的歷史階段無法根本改變。煤炭洗選、按質(zhì)利用是控制燃煤引發(fā)的粉塵和氣體污染物（主要是二氧化硫和氮氧化物）的有效途徑，洗選產(chǎn)生的低熱值部分占到總量的20%以上，而這20%重量的劣質(zhì)燃料富集了80%以上的灰分和硫分，因而劣質(zhì)煤高效清潔規(guī)�；�(jīng)濟利用十分迫切，而循環(huán)流化床燃燒發(fā)電正是解決這一問題的最佳選擇。
循環(huán)流化床技術是潔凈煤燃燒技術的一種，它把化工里的流態(tài)化技術轉移到燃燒領域使用，這一技術的煤種適應性特別寬，各種劣質(zhì)煤都能燒。更重要的是，這一技術在燃燒過程中無需外部干涉，只依靠自身就能無成本實現(xiàn)氮氧化物排放量低值，并且可以通過在燃燒室中直接放入石灰石的方式脫去燃燒產(chǎn)生的二氧化硫，與在鍋爐后尾部煙氣凈化技術相比，相對簡單，成本低，還起到了節(jié)水的作用。
在河曲電廠，基于項目成果拓展開發(fā)的350兆瓦超臨界循環(huán)流化床。
清華大學是我國流化床燃燒技術開發(fā)的先行者。自上世紀80年代起，清華大學團隊便緊跟國際發(fā)展前沿，開始致力于循環(huán)流化床燃燒技術的自主研究。在張緒祎教授、岳光溪院士等一代代科研工作者的不懈努力下，一系列由清華自主研究的技術與成果相繼推出，至本世紀初期，以清華大學為代表的中國循環(huán)流化床燃燒技術逐漸從“學生角色”轉變?yōu)橹髁�。其中的代表性成果，系列亞臨界以及下參數(shù)循環(huán)流化床鍋爐的成功運行，標著中國循環(huán)流化床技術成為了世界引領者。
“當我們走在到了世界前列，此時發(fā)展方向就成為了必須考慮的問題。”針對循環(huán)流化床燃燒在污染控制上的優(yōu)勢及其在效率上尚存在的不足，上世紀末，清華大學便開始了超臨界循環(huán)流化床鍋爐的探索。在國家“863”計劃支持下，學校率先進行了超臨界循環(huán)流化床鍋爐技術體系的研究，系統(tǒng)證明了超臨界循環(huán)流化床鍋爐的技術可行性。而后在科技支撐計劃支持下，以呂俊復為代表的第三代清華人開始了新一輪“征戰(zhàn)”，尋求循環(huán)流化床鍋爐技術從300兆瓦亞臨界到600兆瓦超臨界的突破。
科研創(chuàng)新 攻堅克難
“超臨界循環(huán)流化床鍋爐技術對中國有著特別重要的意義，更高效率、更少污染，燃料適應性強、污染控制成本低，是占煤炭總產(chǎn)量20%以上的劣質(zhì)煤的經(jīng)濟規(guī)�；玫淖罴堰x擇，及時滿足了我國新時期的中島市場需求。”呂俊復說。
呂俊復與學生團隊在一起。
“我們的研究立足國際前沿和國家需求，針對其中提出的基礎問題具體展開。”從原有的基本理念開始，到系統(tǒng)性的實驗研究和理論探討，在沒有先例的條件下，呂俊復和他的團隊十余年如一日，把全部精力撲在了發(fā)展適合中國煤種條件的超臨界循環(huán)流化床技術研發(fā)上。
在科研的原野上，辛勤勞作必將收獲豐碩。團隊在應用研究中獲得了一批原創(chuàng)性基礎研究成果，完整揭示了超臨界循環(huán)流化床鍋爐的基本原理，創(chuàng)建了超臨界循環(huán)流化床鍋爐設計理論和關鍵技術體系；開發(fā)了超臨界循環(huán)流化床鍋爐設計技術，發(fā)明了系列專利部件結構，率先研制出世界容量最大、參數(shù)最高600兆瓦超臨界循環(huán)流化床鍋爐；創(chuàng)建了控制、仿真、系統(tǒng)集成和安裝、調(diào)試、安全運行技術體系，建成了世界首臺600兆瓦超臨界循環(huán)流化床示范工程，各項指標全面優(yōu)于國外同期開發(fā)的超臨界循環(huán)流化床。
世界首臺600兆瓦超臨界循環(huán)流化床于2013年4月14日在四川白馬電廠通過168運行試驗。
項目的意義不僅于此。相關成果獲授權發(fā)明專利33項、實用新型70項、軟件著作權6項，發(fā)表論文234篇，被廣泛推廣使用，解決了我國劣質(zhì)煤的高效清潔利用問題，被鑒定認為：該項目成果完全自主開發(fā)，關鍵技術創(chuàng)新性顯著，研究成果達到國際領先水平。
對于呂俊復和他的團隊來說，這些還遠遠不夠。“我們中國人應當將自己的技術產(chǎn)品更多地推廣到世界舞臺上去。”目前，超臨界循環(huán)流化床鍋爐全球市場占有率超過95%，近三年新增產(chǎn)值58.4億。項目實現(xiàn)了600兆瓦超臨界循環(huán)流化床的國際夢想，被國際能源組織認定是國際循環(huán)流化床燃燒技術發(fā)展的標志性事件，是中國在潔凈煤發(fā)電技術領域對世界的貢獻。
回想起科研攻堅的那段日子，留給呂俊復印象最深的是兩個經(jīng)驗：一是要敢于打破常規(guī)，嘗試別人認為不可能實現(xiàn)的目標。二是克服浮躁心態(tài)，踏踏實實，找到能夠長期做下去的研究領域并樂此不疲。
十余年間的艱難困苦和心血汗水，呂俊復視之淡然：“技術開發(fā)的過程，就是從理論到實踐，再從實踐到理論，來回反復，逐步提高的過程。既然迎著重大問題去做，一定會遇到各種各樣的困難，要學會享受過程，要敢于承擔風險。我想，能盡己所能為中國的工業(yè)發(fā)展作出貢獻，為企業(yè)、行業(yè)服務，這是我們的追求。”
產(chǎn)學研合作 開創(chuàng)未來
“工作是大家一起做的，我們僅僅是其中的一個代表。國家的發(fā)展需求為我們的研究和應用提供了國際同行艷羨的機會。老一輩清華人留下的寶貴的精神財富，激勵我們不斷探索，尤其是岳光溪院士的指導和呵護，讓我們在科研最艱難的時候充滿了信心。”在呂俊復看來，這個歷時十多年的項目取得成功，主要得益于蓬勃發(fā)展的時代機遇，清華良好的科學研究平臺和氛圍，以及優(yōu)秀的產(chǎn)學研合作隊伍。
二十多位院士參觀世界首臺600兆瓦超臨界循環(huán)流化床。
呂俊復和他的團隊是一個跨行業(yè)、跨部門的全國性團隊，云集了東方電氣集團有限公司、神華國能集團有限公司等國內(nèi)主要的循環(huán)流化床鍋爐研究優(yōu)勢單位。正是在這支產(chǎn)學研團隊的支持下，保障了創(chuàng)新技術從實驗室迅速走向工程示范。“我們懂工程師的語言，懂企業(yè)的難處，企業(yè)信任我們，愿意和我們共同承擔工程開發(fā)的風險。”多年的科研攻堅之旅讓呂俊復深深地體會到，作為高校的研究人員，必須了解工程實際，善于把理論知識與工程實際結合起來，如此才能解決工程實際中的困難問題。
“獲獎是對多年來科研工作的肯定，更是對我們繼續(xù)開展科研工作的一種激勵。”相對于獎項本身，呂俊復關注更多的是項目成果的應用情況，希望成果能在國民經(jīng)濟建設中發(fā)揮更多作用。面對我國能源結構調(diào)整、節(jié)能減排等新政策要求，以及世界能源利用的新機遇，呂俊復說，作為行業(yè)領跑者，將緊緊抓住國家“中國制造2025”“一帶一路”等戰(zhàn)略機遇，瞄準世界科技前沿，進一步提升自主創(chuàng)新能力，以創(chuàng)新實力為世界劣質(zhì)能源清潔高效利用貢獻更多智慧。
“未來的路還有很長，要做的事情還很多。我們相信，將來會有更多循環(huán)流化床領域的‘攀登者’，會產(chǎn)生更多更為出色的科研成果，為祖國的清潔煤事業(yè)發(fā)展作出更多更大的貢獻。”呂俊復表示。
（清華新聞網(wǎng)1月8日電）
