攀上循环流化床技术珠峰

——访2017年度国家科技进步奖一等奖获得者吕俊复团队

来源:《中国教育报》2017-01-9 董鲁皖龙


清华大学等30余家单位共同参与研发的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,系统解决了循环流化床锅炉技术从300兆瓦亚临界自然循环突破到600兆瓦超临界强制流动带来的理论及工程挑战,完成了世界首台600兆瓦超临界锅炉的创新实践。

“现在,在国际能源组织的循环流化床燃烧技术发展历程图上,近年来标志性事件是四川白马生产出600兆瓦的超临界循环流化床锅炉,只有中国一家。白马一跃,世界循环流化床锅炉技术从此向中国看齐!”清华大学能源与动力工程系教授吕俊复说。

由清华大学、东方电气集团东方锅炉股份有限公司、神华集团等30余家单位共同参与研发的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,解决了循环流化床锅炉技术从300兆瓦亚临界自然循环突破到600兆瓦超临界强制流动带来的理论及工程挑战,完成了世界首台600兆瓦超临界锅炉的创新实践,获得了2017年度国家科技进步奖一等奖。

持续走了30多年

骐骥千里,非一日之功。从上世纪80年代清华大学试验电厂第一台3兆瓦的循环流化床锅炉探索开发,到600兆瓦的四川白马超临界循环流化床示范电站建成,吕俊复团队持续走了30多年。

“循环流化床燃烧具有燃料适应性强、污染控制成本低、深度调峰能力好的优点,是占煤炭总量30%的劣质煤清洁利用的最佳选择。”吕俊复说。

“必须在提高效率上做文章。火力发电的历史表明,提高参数是提高蒸汽循环发电效率的有效途径,这也是我国的重大需求。”带着这样的想法,吕俊复主持开展了超临界循环流化床的探索,梳理形成了超临界循环流化床锅炉关键技术体系,完成了国际上第一篇研究超临界循环流化床的博士论文。

“锅炉是特种设备,几十米高的实验装置,学校实验室里做不了,要和产业界紧密结合。”吕俊复说,这次600兆瓦超临界循环流化床锅炉技术就是在东方锅炉、神华集团等多家单位的支持下成功由理论走向实践,从实验室走向实际工程。

“彻底把超临界循环流化床燃烧技术研究透了”

炉膛高度超过40米之上气固流动行为会怎么样?炉内的流动对管内超临界水的传热有什么影响?管内超临界水强制流动安全性条件是什么?尽管问题重重,但当时世界上尚无超临界循环流化床锅炉的先例。

吕俊复带领团队,针对关键技术体系中的问题逐一研究:在电厂建55米高的试验台,利用实验室的数据和理论分析建立理论模型;根据模型计算结果进行设计和设计优化……

从2000年开始,经过十几年不懈的自主开发,团队发现了超临界循环流化床物料浓度三维分布规律和水冷壁热流二维分布规律;揭示出大型循环流化床床面流化均匀性和稳定性机理;提出了超临界循环流化床的水动力设计导则和低质量流率水循环解决方案;发现了大型循环流化床中氮氧化物生成与控制的独特机制,并提出了深度低氮排放途径;将循环流化床的认识从一维发展到三维、从静态发展到动态,完整地揭示了超临界循环流化床锅炉原理,国际上首次建立了超临界循环流化床锅炉整套设计理论和计算模型,创新形成了超临界循环流化床锅炉关键技术体系。

“彻底弄清楚了整个超临界循环流化床锅炉的工作原理和技术脉络。”吕俊复介绍,2006年开始建设600兆瓦超临界循环流化床示范工程,与国外背靠背研发,因种种原因直到2012年底才投入运行,“虽然投运晚于美国同期开发的项目,没有拿到超临界循环流化床技术世界第一,但拿到了600兆瓦超临界循环流化床工程世界第一,而美国同期开发的只有460兆瓦”。

世界超临界循环流化床锅炉技术中心,彻底从欧美转向了中国。

“感谢伟大时代,给了我们干事创业的环境”

谈到成绩,吕俊复很谦虚。

“这么多参与单位,即便在清华也有多人参加,能作为第一完成人领奖,我是占了便宜的。”谈起获奖,吕俊复想要感谢的人很多,尤其是岳光溪院士、黄其励院士、秦裕琨院士等的支持和提携,但他最感谢的还是这个伟大的时代,“是时代为我们提供了干事创业的环境”。

白马600兆瓦超临界循环流化床发电示范工程投运之后,国际上的超临界循环流化床锅炉全部为中国中标,包括蒙古国、罗马尼亚、波黑等,而国内则是80多台。

“我们技术的全球市场占有率超过95%,还有越来越多的国家找我们谈。”吕俊复说,而价值5亿多元人民币的600兆瓦超临界循环流化床锅炉虽然只有几台订单,却是全球超临界循环流化床技术的珠峰。

面对中国的环境压力,吕俊复正在率领几十年形成的团队进行更高效率、更低排放的660兆瓦超超临界循环流化床锅炉的研究开发,这是国家“十三五”重点研发计划支持的项目,预计在2020年底投运。届时,我们将再一次站到世界前列。

编辑:藤子

专题链接:
2018年01月09日 14:55:41  清华新闻网

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