攀上循環(huán)流化床技術(shù)珠峰

——訪2017年度國家科技進步獎一等獎獲得者呂俊復(fù)團隊

來源：《中國教育報》2017-01-9 董魯皖龍

清華大學(xué)等30余家單位共同參與研發(fā)的600兆瓦超臨界循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)開發(fā)、研制與工程示范項目，系統(tǒng)解決了循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)從300兆瓦亞臨界自然循環(huán)突破到600兆瓦超臨界強制流動帶來的理論及工程挑戰(zhàn)，完成了世界首臺600兆瓦超臨界鍋爐的創(chuàng)新實踐。

“現(xiàn)在，在國際能源組織的循環(huán)流化床燃燒技術(shù)發(fā)展歷程圖上，近年來標(biāo)志性事件是四川白馬生產(chǎn)出600兆瓦的超臨界循環(huán)流化床鍋爐，只有中國一家。白馬一躍，世界循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)從此向中國看齊！”清華大學(xué)能源與動力工程系教授呂俊復(fù)說。

由清華大學(xué)、東方電氣集團東方鍋爐股份有限公司、神華集團等30余家單位共同參與研發(fā)的600兆瓦超臨界循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)開發(fā)、研制與工程示范項目，解決了循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)從300兆瓦亞臨界自然循環(huán)突破到600兆瓦超臨界強制流動帶來的理論及工程挑戰(zhàn)，完成了世界首臺600兆瓦超臨界鍋爐的創(chuàng)新實踐，獲得了2017年度國家科技進步獎一等獎。

持續(xù)走了30多年

騏驥千里，非一日之功。從上世紀80年代清華大學(xué)試驗電廠第一臺3兆瓦的循環(huán)流化床鍋爐探索開發(fā)，到600兆瓦的四川白馬超臨界循環(huán)流化床示范電站建成，呂俊復(fù)團隊持續(xù)走了30多年。

“循環(huán)流化床燃燒具有燃料適應(yīng)性強、污染控制成本低、深度調(diào)峰能力好的優(yōu)點，是占煤炭總量30%的劣質(zhì)煤清潔利用的最佳選擇。”呂俊復(fù)說。

“必須在提高效率上做文章。火力發(fā)電的歷史表明，提高參數(shù)是提高蒸汽循環(huán)發(fā)電效率的有效途徑，這也是我國的重大需求。”帶著這樣的想法，呂俊復(fù)主持開展了超臨界循環(huán)流化床的探索，梳理形成了超臨界循環(huán)流化床鍋爐關(guān)鍵技術(shù)體系，完成了國際上第一篇研究超臨界循環(huán)流化床的博士論文。

“鍋爐是特種設(shè)備，幾十米高的實驗裝置，學(xué)校實驗室里做不了，要和產(chǎn)業(yè)界緊密結(jié)合。”呂俊復(fù)說，這次600兆瓦超臨界循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)就是在東方鍋爐、神華集團等多家單位的支持下成功由理論走向?qū)嵺`，從實驗室走向?qū)嶋H工程。

“徹底把超臨界循環(huán)流化床燃燒技術(shù)研究透了”

爐膛高度超過40米之上氣固流動行為會怎么樣？爐內(nèi)的流動對管內(nèi)超臨界水的傳熱有什么影響？管內(nèi)超臨界水強制流動安全性條件是什么？盡管問題重重，但當(dāng)時世界上尚無超臨界循環(huán)流化床鍋爐的先例。

呂俊復(fù)帶領(lǐng)團隊，針對關(guān)鍵技術(shù)體系中的問題逐一研究：在電廠建55米高的試驗臺，利用實驗室的數(shù)據(jù)和理論分析建立理論模型；根據(jù)模型計算結(jié)果進行設(shè)計和設(shè)計優(yōu)化……

從2000年開始，經(jīng)過十幾年不懈的自主開發(fā)，團隊發(fā)現(xiàn)了超臨界循環(huán)流化床物料濃度三維分布規(guī)律和水冷壁熱流二維分布規(guī)律；揭示出大型循環(huán)流化床床面流化均勻性和穩(wěn)定性機理；提出了超臨界循環(huán)流化床的水動力設(shè)計導(dǎo)則和低質(zhì)量流率水循環(huán)解決方案；發(fā)現(xiàn)了大型循環(huán)流化床中氮氧化物生成與控制的獨特機制，并提出了深度低氮排放途徑；將循環(huán)流化床的認識從一維發(fā)展到三維、從靜態(tài)發(fā)展到動態(tài)，完整地揭示了超臨界循環(huán)流化床鍋爐原理，國際上首次建立了超臨界循環(huán)流化床鍋爐整套設(shè)計理論和計算模型，創(chuàng)新形成了超臨界循環(huán)流化床鍋爐關(guān)鍵技術(shù)體系。

“徹底弄清楚了整個超臨界循環(huán)流化床鍋爐的工作原理和技術(shù)脈絡(luò)。”呂俊復(fù)介紹，2006年開始建設(shè)600兆瓦超臨界循環(huán)流化床示范工程，與國外背靠背研發(fā)，因種種原因直到2012年底才投入運行，“雖然投運晚于美國同期開發(fā)的項目，沒有拿到超臨界循環(huán)流化床技術(shù)世界第一，但拿到了600兆瓦超臨界循環(huán)流化床工程世界第一，而美國同期開發(fā)的只有460兆瓦”。

世界超臨界循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)中心，徹底從歐美轉(zhuǎn)向了中國。

“感謝偉大時代，給了我們干事創(chuàng)業(yè)的環(huán)境”

談到成績，呂俊復(fù)很謙虛。

“這么多參與單位，即便在清華也有多人參加，能作為第一完成人領(lǐng)獎，我是占了便宜的。”談起獲獎，呂俊復(fù)想要感謝的人很多，尤其是岳光溪院士、黃其勵院士、秦裕琨院士等的支持和提攜，但他最感謝的還是這個偉大的時代，“是時代為我們提供了干事創(chuàng)業(yè)的環(huán)境”。

白馬600兆瓦超臨界循環(huán)流化床發(fā)電示范工程投運之后，國際上的超臨界循環(huán)流化床鍋爐全部為中國中標(biāo)，包括蒙古國、羅馬尼亞、波黑等，而國內(nèi)則是80多臺。

“我們技術(shù)的全球市場占有率超過95%，還有越來越多的國家找我們談。”呂俊復(fù)說，而價值5億多元人民幣的600兆瓦超臨界循環(huán)流化床鍋爐雖然只有幾臺訂單，卻是全球超臨界循環(huán)流化床技術(shù)的珠峰。

面對中國的環(huán)境壓力，呂俊復(fù)正在率領(lǐng)幾十年形成的團隊進行更高效率、更低排放的660兆瓦超超臨界循環(huán)流化床鍋爐的研究開發(fā)，這是國家“十三五”重點研發(fā)計劃支持的項目，預(yù)計在2020年底投運。屆時，我們將再一次站到世界前列。

編輯：藤子