清華大學(xué)能動(dòng)系：循環(huán)流化床技術(shù)的突圍之路

記者 曲田

項(xiàng)目名稱:600兆瓦（MW）超臨界循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)開發(fā)、研制與工程示范

主要完成人：呂俊復(fù)、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(xiàng)目介紹：項(xiàng)目屬動(dòng)力電氣與民核領(lǐng)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(xiàng)目研究團(tuán)隊(duì)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(qiáng)制流動(dòng)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(gòu)建了超臨界循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計(jì)理論和關(guān)鍵技術(shù)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(tái)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(xué)能源與動(dòng)力工程系呂俊復(fù)教授等完成的“600兆瓦超臨界循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)開發(fā)、研制與工程示范”項(xiàng)目獲2017年度國家科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

呂俊復(fù)近照。

煤炭為中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了基礎(chǔ)能源，與此同時(shí)，其燃燒污染也束縛了社會(huì)的健康發(fā)展。在清華，有這樣一支團(tuán)隊(duì)，他們數(shù)十年如一日，致力于清潔煤燃燒技術(shù)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(shù)的發(fā)展之旗。

團(tuán)隊(duì)領(lǐng)頭人叫呂俊復(fù)，一位上世紀(jì)60年代出生，在循環(huán)流化床領(lǐng)域兢兢業(yè)業(yè)、勤勉攻關(guān)20余年的智慧學(xué)者。“我們擁有一支優(yōu)秀的團(tuán)隊(duì)，他們不僅有堅(jiān)定的信念和科學(xué)的研究方法，而且優(yōu)勢互補(bǔ)、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(tái)600兆瓦超臨界循環(huán)流化床正在通過168小時(shí)運(yùn)行。

2018年1月，在人民大會(huì)堂舉行的國家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)上，呂俊復(fù)和他的團(tuán)隊(duì)完成的“600兆瓦超臨界循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)開發(fā)、研制與工程示范”項(xiàng)目獲得國家科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。該項(xiàng)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(gòu)建了超臨界循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計(jì)理論和關(guān)鍵技術(shù)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(biāo)志著我國在循環(huán)流化床燃燒技術(shù)領(lǐng)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(jiān)實(shí)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(gè)局面在相當(dāng)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)�；�經(jīng)濟(jì)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(shù)是潔凈煤燃燒技術(shù)的一種，它把化工里的流態(tài)化技術(shù)轉(zhuǎn)移到燃燒領(lǐng)域使用，這一技術(shù)的煤種適應(yīng)性特別寬，各種劣質(zhì)煤都能燒。更重要的是，這一技術(shù)在燃燒過程中無需外部干涉，只依靠自身就能無成本實(shí)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(shù)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(xiàng)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(xué)是我國流化床燃燒技術(shù)開發(fā)的先行者。自上世紀(jì)80年代起，清華大學(xué)團(tuán)隊(duì)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(shù)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(shù)與成果相繼推出，至本世紀(jì)初期，以清華大學(xué)為代表的中國循環(huán)流化床燃燒技術(shù)逐漸從“學(xué)生角色”轉(zhuǎn)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(yùn)行，標(biāo)著中國循環(huán)流化床技術(shù)成為了世界引領(lǐng)者。

“當(dāng)我們走在到了世界前列，此時(shí)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(jì)末，清華大學(xué)便開始了超臨界循環(huán)流化床鍋爐的探索。在國家“863”計(jì)劃支持下，學(xué)校率先進(jìn)行了超臨界循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)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(shù)可行性。而后在科技支撐計(jì)劃支持下，以呂俊復(fù)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(shù)從300兆瓦亞臨界到600兆瓦超臨界的突破。

科研創(chuàng)新 攻堅(jiān)克難

“超臨界循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)對中國有著特別重要的意義，更高效率、更少污染，燃料適應(yīng)性強(qiáng)、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(jì)規(guī)模化利用的最佳選擇，及時(shí)滿足了我國新時(shí)期的中島市場需求。”呂俊復(fù)說。

呂俊復(fù)與學(xué)生團(tuán)隊(duì)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(chǔ)問題具體展開。”從原有的基本理念開始，到系統(tǒng)性的實(shí)驗(yàn)研究和理論探討，在沒有先例的條件下，呂俊復(fù)和他的團(tuán)隊(duì)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(shù)研發(fā)上。

在科研的原野上，辛勤勞作必將收獲豐碩。團(tuán)隊(duì)在應(yīng)用研究中獲得了一批原創(chuàng)性基礎(chǔ)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(shè)計(jì)理論和關(guān)鍵技術(shù)體系；開發(fā)了超臨界循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計(jì)技術(shù)，發(fā)明了系列專利部件結(jié)構(gòu)，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(yùn)行技術(shù)體系，建成了世界首臺(tái)600兆瓦超臨界循環(huán)流化床示范工程，各項(xiàng)指標(biāo)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(tái)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(yùn)行試驗(yàn)。

項(xiàng)目的意義不僅于此。相關(guān)成果獲授權(quán)發(fā)明專利33項(xiàng)、實(shí)用新型70項(xiàng)、軟件著作權(quán)6項(xiàng)，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(rèn)為：該項(xiàng)目成果完全自主開發(fā)，關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新性顯著，研究成果達(dá)到國際領(lǐng)先水平。

對于呂俊復(fù)和他的團(tuán)隊(duì)來說，這些還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。“我們中國人應(yīng)當(dāng)將自己的技術(shù)產(chǎn)品更多地推廣到世界舞臺(tái)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(xiàng)目實(shí)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(rèn)定是國際循環(huán)流化床燃燒技術(shù)發(fā)展的標(biāo)志性事件，是中國在潔凈煤發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域?qū)κ澜绲呢暙I(xiàn)。

回想起科研攻堅(jiān)的那段日子，留給呂俊復(fù)印象最深的是兩個(gè)經(jīng)驗(yàn)：一是要敢于打破常規(guī)，嘗試別人認(rèn)為不可能實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。二是克服浮躁心態(tài)，踏踏實(shí)實(shí)，找到能夠長期做下去的研究領(lǐng)域并樂此不疲。

十余年間的艱難困苦和心血汗水，呂俊復(fù)視之淡然：“技術(shù)開發(fā)的過程，就是從理論到實(shí)踐，再從實(shí)踐到理論，來回反復(fù)，逐步提高的過程。既然迎著重大問題去做，一定會(huì)遇到各種各樣的困難，要學(xué)會(huì)享受過程，要敢于承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)。我想，能盡己所能為中國的工業(yè)發(fā)展作出貢獻(xiàn)，為企業(yè)、行業(yè)服務(wù)，這是我們的追求。”

產(chǎn)學(xué)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(gè)代表。國家的發(fā)展需求為我們的研究和應(yīng)用提供了國際同行艷羨的機(jī)會(huì)。老一輩清華人留下的寶貴的精神財(cái)富，激勵(lì)我們不斷探索，尤其是岳光溪院士的指導(dǎo)和呵護(hù)，讓我們在科研最艱難的時(shí)候充滿了信心。”在呂俊復(fù)看來，這個(gè)歷時(shí)十多年的項(xiàng)目取得成功，主要得益于蓬勃發(fā)展的時(shí)代機(jī)遇，清華良好的科學(xué)研究平臺(tái)和氛圍，以及優(yōu)秀的產(chǎn)學(xué)研合作隊(duì)伍。

二十多位院士參觀世界首臺(tái)600兆瓦超臨界循環(huán)流化床。

呂俊復(fù)和他的團(tuán)隊(duì)是一個(gè)跨行業(yè)、跨部門的全國性團(tuán)隊(duì)，云集了東方電氣集團(tuán)有限公司、神華國能集團(tuán)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(xué)研團(tuán)隊(duì)的支持下，保障了創(chuàng)新技術(shù)從實(shí)驗(yàn)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(dān)工程開發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)。”多年的科研攻堅(jiān)之旅讓呂俊復(fù)深深地體會(huì)到，作為高校的研究人員，必須了解工程實(shí)際，善于把理論知識(shí)與工程實(shí)際結(jié)合起來，如此才能解決工程實(shí)際中的困難問題。

“獲獎(jiǎng)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(lì)。”相對于獎(jiǎng)項(xiàng)本身，呂俊復(fù)關(guān)注更多的是項(xiàng)目成果的應(yīng)用情況，希望成果能在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮更多作用。面對我國能源結(jié)構(gòu)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(jī)遇，呂俊復(fù)說，作為行業(yè)領(lǐng)跑者，將緊緊抓住國家“中國制造2025”“一帶一路”等戰(zhàn)略機(jī)遇，瞄準(zhǔn)世界科技前沿，進(jìn)一步提升自主創(chuàng)新能力，以創(chuàng)新實(shí)力為世界劣質(zhì)能源清潔高效利用貢獻(xiàn)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(huì)有更多循環(huán)流化床領(lǐng)域的‘攀登者’，會(huì)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(xiàn)。”呂俊復(fù)表示。

（清華新聞網(wǎng)1月8日電）