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清洁燃烧技术的突围之路
[来源: | 作者: | 日期:2018-07-09 11:08:04 | 浏览 次] 字体:[ ]
  煤炭为中国经济发展提供了基础能源,与此同时,其燃烧污染也束缚了社会的健康发展。在清华大学,有这样一支团队,他们数十年如一日,致力于清洁煤燃烧技术的创新与突破,用自己的肩膀扛起了中国循环流化床燃烧技术的发展之旗。

  团队领头人叫吕俊复,生于上世纪60年代,在循环流化床领域兢兢业业、勤勉攻关20余年。吕俊复和他的团队完成的“600兆瓦超临界循环流化床锅炉技术开发、研制与工程示范”项目,在没有国际先例的条件下,系统地突破了超临界循环流化床容量跨域和参数提高带来的巨大理论及工程挑战,构建了超临界循环流化床锅炉设计理论和关键技术体系,研制出世界上容量最大、参数最高的600兆瓦超临界循环流化床锅炉,标志着我国在循环流化床燃烧技术领域走在了国际前列,在世界循环流化床锅炉发展史上烙下浓重一笔。

  寻求技术超临界突破

  我国是燃煤大国,一次能源将近70%来自煤炭,而这个局面在相当长的历史阶段无法根本改变。煤炭洗选、按质利用是控制燃煤引发的粉尘和气体污染物(主要是二氧化硫和氮氧化物)的有效途径,洗选产生的低热值部分占到总量的20%以上,而这20%重量的劣质燃料富集了80%以上的灰分和硫分,因而劣质煤高效清洁规模化经济利用十分迫切,而循环流化床燃烧发电正是解决这一问题的最佳选择。

  循环流化床技术是洁净煤燃烧技术的一种,它把化工里的流态化技术转移到燃烧领域使用,这一技术的煤种适应性特别宽,各种劣质煤都能烧。更重要的是,这一技术在燃烧过程中无需外部干涉,只依靠自身就能无成本实现氮氧化物排放量低值,并且可以通过在燃烧室中直接放入石灰石的方式脱去燃烧产生的二氧化硫,与在锅炉后尾部烟气净化技术相比,相对简单,成本低,还起到了节水的作用。

  清华大学是我国流化床燃烧技术开发的先行者。自上世纪80年代起,清华大学团队便紧跟国际发展前沿,开始致力于循环流化床燃烧技术的自主研究。在张绪祎教授、岳光溪院士等一代代科研工作者的不懈努力下,一系列由清华自主研发的技术与成果相继推出,至本世纪初期,以清华大学为代表的中国循环流化床燃烧技术逐渐从“学生角色”转变为主流。其中的代表性成果,系列亚临界及以下参数循环流化床锅炉的成功运行,标志着中国循环流化床技术成为了世界引领者。

  “当我们走到了世界前列,此时发展方向就成为了必须考虑的问题。”针对循环流化床燃烧在污染控制上的优势及其在效率上尚存在的不足,上世纪末,清华大学便开始了超临界循环流化床锅炉的探索。在国家“863”计划支持下,学校率先进行了超临界循环流化床锅炉技术体系的研究,系统证明了超临界循环流化床锅炉的技术可行性。而后在科技支撑计划支持下,以吕俊复为代表的第三代清华人开始了新一轮“征战”,寻求循环流化床锅炉技术从300兆瓦亚临界到600兆瓦超临界的突破。

  中国技术实现国际梦想

  在吕俊复看来,超临界循环流化床锅炉技术对中国有着特别重要的意义,更高效率、更少污染,燃料适应性强、污染控制成本低,是占煤炭总产量20%以上的劣质煤的经济规模化利用的最佳选择,及时满足了我国新时期的重大市场需求。

  “我们的研究立足国际前沿和国家需求,针对其中提出的基础问题具体展开。”从原有的基本理念开始,到系统性的实验研究和理论探讨,在没有先例的条件下,吕俊复和他的团队十余年如一日,把全部精力扑在了发展适合中国煤种条件的超临界循环流化床技术研发上。

  在科研的原野上,辛勤劳作必将收获丰硕。团队在应用研究中获得了一批原创性基础研究成果,完整揭示了超临界循环流化床锅炉的基本原理,创建了超临界循环流化床锅炉设计理论和关键技术体系;开发了超临界循环流化床锅炉设计技术,发明了系列专利部件结构,率先研制出世界容量最大、参数最高的600兆瓦超临界循环流化床锅炉;创建了控制、仿真、系统集成和安装、调试、安全运行技术体系,建成了世界首台600兆瓦超临界循环流化床示范工程,各项指标全面优于国外同期开发的超临界循环流化床。

  项目的意义不止于此。相关成果被广泛推广使用,解决了我国劣质煤的高效清洁利用问题,被鉴定认为:该项目成果完全自主开发,关键技术创新性显著,研究成果达到国际领先水平。

  对于吕俊复和他的团队来说,这些还远远不够。“我们中国人应当将自己的技术产品更多地推广到世界舞台上去。”目前,超临界循环流化床锅炉全球市场占有率超过95%,近三年新增产值58.4亿。项目实现了600兆瓦超临界循环流化床的国际梦想,被国际能源组织认定是国际循环流化床燃烧技术发展的标志性事件,是中国在洁净煤发电技术领域对世界的贡献。

  回想起科研攻坚的那段日子,留给吕俊复印象最深的是两个经验:一是要敢于打破常规,尝试别人认为不可能实现的目标。二是克服浮躁心态,踏踏实实,找到能够长期做下去的研究领域并乐此不疲。

  十余年间的艰难困苦和心血汗水,吕俊复视之淡然:“技术开发的过程,就是从理论到实践,再从实践到理论,来回反复,逐步提高的过程。既然迎着重大问题去做,一定会遇到各种各样的困难,要学会享受过程,要敢于承担风险。我想,能尽己所能为中国的工业发展作出贡献,为企业、行业服务,这是我们的追求。”

  从实验室走向工程示范

  “我们仅仅是一个代表。国家的发展需求为我们的研究和应用提供了国际同行艳羡的机会。老一辈清华人留下的宝贵的精神财富,激励我们不断探索,尤其是岳光溪院士的指导和呵护,让我们在科研最艰难的时候充满了信心。”在吕俊复看来,这个历时十多年的项目取得成功,主要得益于蓬勃发展的时代机遇、清华良好的科学研究平台和氛围,以及优秀的产学研合作队伍。

  吕俊复和他的团队是一个跨行业、跨部门的全国性团队,云集了国内主要的循环流化床锅炉研究优势单位。正是这支产学研团队的支持,保障了创新技术从实验室迅速走向工程示范。“我们懂工程师的语言,懂企业的难处,企业信任我们,愿意和我们共同承担工程开发的风险。”多年的科研攻坚之旅让吕俊复深深地体会到,作为高校的研究人员,必须了解工程实际,善于把理论知识与工程实际结合起来,如此才能解决工程实际中的困难问题。

  吕俊复关注更多的是项目成果的应用情况,希望成果能在国民经济建设中发挥更多作用。面对我国能源结构调整、节能减排等新政策要求,以及世界能源利用的新机遇,吕俊复说,作为行业领跑者,将紧紧抓住“中国制造2025”“一带一路”等机遇,瞄准世界科技前沿,进一步提升自主创新能力,以创新实力为世界劣质能源清洁高效利用贡献更多智慧。

  “未来的路还有很长,要做的事情还很多。我们相信,将来会有更多循环流化床领域的攀登者,会产生更多更为出色的科研成果,为我国的清洁煤事业发展作出更多更大的贡献。”吕俊复说。
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