陳碩翼

(科技部 高技術(shù)研究發(fā)展中心，北京 100045)

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強化產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，創(chuàng)新循環(huán)流化床燃燒技術(shù)

陳碩翼

(科技部 高技術(shù)研究發(fā)展中心，北京 100045)

我國對循環(huán)流化床燃燒技術(shù)有重大需求。自“六五”開始，我國對該技術(shù)進行了持續(xù)支持?？蒲泄ぷ髡呓?jīng)過數(shù)十余年的努力，從剛開始的向國外學(xué)習(xí)、跟蹤國際發(fā)展，到目前在該領(lǐng)域已經(jīng)位于國際領(lǐng)先地位、引領(lǐng)國際循環(huán)流化床燃燒技術(shù)的發(fā)展方向，其中的成功經(jīng)驗就是產(chǎn)學(xué)研的緊密結(jié)合。

循環(huán)流化床；燃燒技術(shù)；產(chǎn)學(xué)研結(jié)合

我國能源結(jié)構(gòu)對循環(huán)流化床燃燒技術(shù)有重大需求，對于我國能源結(jié)構(gòu)和整體潔凈煤利用戰(zhàn)略具有重要作用，對于改善我國能源結(jié)構(gòu)、提高劣質(zhì)燃料的能源利用率、建設(shè)創(chuàng)新型國家、“中國制造2025”和 “一帶一路”走出去戰(zhàn)略具有重要意義。我國對該技術(shù)方向進行了8個“五年計劃”的長期支持，從早期的向國外學(xué)習(xí)、跟蹤、模仿，再到“九五”“十五”的自主研發(fā)，到“十一五”“十二五”的引領(lǐng)國際發(fā)展方向，我國在循環(huán)流化床燃燒技術(shù)研究開發(fā)上走出了一條成功的創(chuàng)新之路，其中最重要經(jīng)驗是產(chǎn)學(xué)研結(jié)合。

1 循環(huán)流化床燃燒技術(shù)發(fā)展的歷史回顧

循環(huán)流化床燃燒技術(shù)是上世紀(jì)七十年代初在歐洲出現(xiàn)的。1981年，Battelle實驗室和Riley Stoker公司合作生產(chǎn)了1臺23 t/h商用循環(huán)流化床鍋爐。1982年，Lurgi在Luenen建成第一臺84MWe循環(huán)流化床鍋爐。1984年，Studsvik與Babcock & Wilcox公司共同生產(chǎn)了Studsvik-Babcock型CFB；德國Babcock開發(fā)研制了Circofluid CFB。1985年，Lurgi在Duisburg第一熱電廠投運了270 t/h CFB。1987年，Ahlstrom公司制造了420 t/h的Pyroflow型CFB，在美國Nucla電廠投運。1990年，Alstom在Emile Huchet電廠投運了125 MWe電站鍋爐。1990年，ABB/CE在Waco電廠先后投運了2臺150 MWe CFB。1993年，Ahlstrom527 t/h CFB在 Aconi電廠投運。1995年，Alstom的250 MWe 在Provence電廠投運。2000年，F(xiàn)oster Wheeler的235 MWe CFB在Turow電廠投運。2003年，300 MWe在JEA投運。2005年，340 MWe在Sardinia投運。Alstom為波多黎各生產(chǎn)了2臺255 MWe CFB、Red Hills2臺250 MWe CFB、Seward 2臺292 MWe CFB、ENEL1臺340 MWCFB。國外循環(huán)流化床鍋爐逐步走向電力市場。

我國開展循環(huán)流化床燃燒技術(shù)研究晚于國外10年。上世紀(jì)八十年代初期我國開始，鍋爐廠和有關(guān)科研單位探索學(xué)習(xí)研究循環(huán)流化床燃燒技術(shù)，“六五”“七五”期間對CFB研究給予了重點支持，但是由于企業(yè)的創(chuàng)新能力嚴(yán)重欠缺、技術(shù)基礎(chǔ)研究積累單薄、研究急于求成、技術(shù)路線出現(xiàn)失誤，走了一段彎路?！鞍宋濉焙笃冢瑔恿讼嚓P(guān)的技術(shù)研究工作，通過75t/h國產(chǎn)循環(huán)流化床完善化示范工程，技術(shù)路線得到糾正。

“九五”期間，科技部安排了國產(chǎn)化135MWe循環(huán)流化床的方案設(shè)計，總結(jié)吸收了循環(huán)流化床燃燒技術(shù)研究經(jīng)驗教訓(xùn)，充分意識到技術(shù)路線的失誤源于對循環(huán)流化床燃燒工藝流程的理解和研究存在嚴(yán)重不足。國家科技部倡導(dǎo)企業(yè)是創(chuàng)新的主體，將企業(yè)與科研單位緊密聯(lián)系起來共同開展研究工作，對循環(huán)流化床運行的內(nèi)在機理包括循環(huán)流化床燃燒技術(shù)所涉及到的氣固兩相流動、氣固流動中的燃燒和傳熱進行了系統(tǒng)的深入研究，開發(fā)了大型循環(huán)流化床鍋爐關(guān)鍵部件和重要輔機系統(tǒng)，不但成功地改進、完善了20世紀(jì)90年代前生產(chǎn)的CFB，而且成功開發(fā)了小型循環(huán)流化床鍋爐。

科技部又在“十五”期間安排了國產(chǎn)化135 MWe 和200 MWe再熱循環(huán)流化床的研究，充分發(fā)揮科技創(chuàng)新實踐中的企業(yè)的作用，基于產(chǎn)學(xué)研的緊密結(jié)合，自主研發(fā)了200 MWe以下的系列產(chǎn)品，在此過程中逐漸總結(jié)、凝煉形成了具有中國特色的循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計理論體系，為后續(xù)的開發(fā)提供了堅實的基礎(chǔ)。

目前，F(xiàn)W公司是國外唯一一個有業(yè)績的超臨界循環(huán)流化床鍋爐提供商，現(xiàn)在正在為韓國提供550 MWe的超超臨界循環(huán)流化床鍋爐，其目標(biāo)是改善其第一臺超臨界460 MWe鍋爐機組的供電效率和排放水平，排放設(shè)計指標(biāo)均為超低排放，預(yù)計2016年投入運行。Alstom公司早已完成600 MWe 超臨界CFB的設(shè)計開發(fā)，但是沒有用戶。

國家科技部早在2002年開始支持超臨界循環(huán)流化床鍋爐的研究探索，在國家“863”計劃中，安排清華大學(xué)、哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司進行了前期研究，取得了系列技術(shù)成果，進而在國家“十一五科技支撐計劃”中，安排了600 MWe超臨界CFB鍋爐項目。參加單位包括10余家高等院校和科研單位、三大鍋爐廠、用戶等30余家單位，囊括了在循環(huán)流化床燃燒技術(shù)方面的幾乎所有有經(jīng)驗的單位，經(jīng)過10余年系統(tǒng)的緊密配合、深入研究，形成了系列的原始性創(chuàng)新成果，建立了世界最大容量等級的超臨界循環(huán)流化床示范電廠——四川白馬600 MWe超臨界CFB鍋爐示范工程。2013年4月14日，示范工程通過168h試運行。各種性能指標(biāo)全面優(yōu)于FW的460 MWe項目，推動了循環(huán)流化床燃燒技術(shù)的國際發(fā)展。

白馬600 MWe超臨界循環(huán)流化床鍋爐的成功運行，被國際能源署作為CFB技術(shù)發(fā)展歷史的里程碑事件，標(biāo)志著中國CFB技術(shù)處于世界領(lǐng)先水平，實現(xiàn)了中國CFB燃燒技術(shù)的跨越式發(fā)展，帶動了行業(yè)技術(shù)進步，顯著地提高了中國循環(huán)流化床鍋爐的國際競爭力，已經(jīng)開始出口到羅馬尼亞、克羅地亞，走向世界。在600 MWe超臨界鍋爐的開發(fā)過程中，形成的關(guān)鍵技術(shù)原理用于350 MWe超臨界，已經(jīng)達到50臺。

我國的循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)水平已經(jīng)開始引領(lǐng)世界發(fā)展方向，但是美國的FW公司正在迎頭趕上，因此國家在“十二五”期間的科技支撐計劃中支持了《基于流態(tài)重構(gòu)的節(jié)能/超低排放型CFB鍋爐關(guān)鍵技術(shù)研究及工程示范》，以優(yōu)化技術(shù)流程、降低排放、減小電耗，由清華大學(xué)等5個高等院校和太原鍋爐集團有限公司、三大鍋爐廠承擔(dān)，經(jīng)過5年的努力，產(chǎn)學(xué)研緊密結(jié)合，按期高水平完成了研究任務(wù)，目前已經(jīng)驗收，使我國的300 MWe以及下循環(huán)流化床鍋爐的性能能夠達到國際領(lǐng)先水平。

2 產(chǎn)學(xué)研緊密結(jié)合是成功經(jīng)驗

回顧我國循環(huán)流化床燃燒技術(shù)30多年的開發(fā)歷程，從開始當(dāng)學(xué)生到目前引領(lǐng)國際發(fā)展，失敗的辛酸和成功的喜悅，見證了我國潔凈煤技術(shù)的發(fā)展。這是在國家的大力支持下、在本領(lǐng)域同仁的共同努力下的結(jié)果。但是其中有著必然性，首先是循環(huán)流化床燃燒技術(shù)方向很好地與國家重大需求相吻合，這是該技術(shù)創(chuàng)新得以持續(xù)發(fā)展的原動力。而企業(yè)對市場是最敏感的，因此企業(yè)對技術(shù)創(chuàng)新方向的把握有著先天的優(yōu)勢。

無需諱言，我國企業(yè)的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力和創(chuàng)新體制是在不斷進步過程中的，距離現(xiàn)代企業(yè)應(yīng)該具備的創(chuàng)新機制還有較長的路要走，因此將“企業(yè)是創(chuàng)新的主體”落實到實處，應(yīng)該實事求是地面對我國企業(yè)的創(chuàng)新能力現(xiàn)狀，充分發(fā)揮科研單位的補充、輔佐作用，循環(huán)流化床燃燒技術(shù)創(chuàng)新中努力做到了這一點，不斷提高企業(yè)的創(chuàng)新意識、提高創(chuàng)新能力建設(shè)，目前我國的幾個主要循環(huán)流化床鍋爐制造廠的技術(shù)水平得到長足進步，例如三大鍋爐廠和太原鍋爐廠分別投資上億元進行研究能力建設(shè)，為企業(yè)后續(xù)發(fā)展提供條件。對于循環(huán)流化床燃燒技術(shù)這樣的國際前沿研究，全面把握創(chuàng)新方向無疑是至關(guān)重要的，我國循環(huán)流化床燃燒技術(shù)早期開發(fā)中出現(xiàn)的曲折充分驗證了這一點。另外，現(xiàn)代化的工業(yè)裝置，運行是實現(xiàn)創(chuàng)新技術(shù)性能的不可或缺的方面，有的創(chuàng)新甚至就是在實際運行中出現(xiàn)端倪深入下去才出現(xiàn)的，因此用戶是創(chuàng)新實踐中的重要一環(huán)。我國循環(huán)流化床燃燒技術(shù)的成功創(chuàng)新實踐充分表明，產(chǎn)學(xué)研密切結(jié)合是科技創(chuàng)新的必要條件。

針對大型化問題，“十三五”國家重點研發(fā)計劃中設(shè)置了《超超臨界循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)研發(fā)與示范》項目，開發(fā)更大容量(660 MWe)、更高參數(shù)(超超臨界)、更低能耗、更低排放(超低排放)的循環(huán)流化床鍋爐。該項目云集了國內(nèi)幾乎所有的有研究積累和優(yōu)勢的相關(guān)研究單位，三大鍋爐廠同時參加，基本上都是“十一五”科技支撐計劃項目“600 MWe超臨界循環(huán)流化床鍋爐”項目及“十二五”科技支撐計劃“節(jié)能/超低排放型循環(huán)流化床鍋爐關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用”項目的參加者。

3 結(jié) 語

我國對循環(huán)流化床燃燒技術(shù)有重大需求。我國科研工作者經(jīng)過數(shù)十余年的努力，從剛開始的向國外學(xué)習(xí)、跟蹤國際發(fā)展，到目前在該領(lǐng)域已經(jīng)位于國際領(lǐng)先地位、引領(lǐng)國際循環(huán)流化床燃燒技術(shù)的發(fā)展方向，其中的成功經(jīng)驗就是產(chǎn)學(xué)研的緊密結(jié)合。

(責(zé)任編輯 吳興偉 校對 張 凱)

Circulating Fluidized Bed Combustion Technology Innovation Based on Reinforced University-industry Cooperation

CHEN Shuo-yi

(High-tech Research and Development Center,Ministry of Science and Technology of the People′s Republic of China,Beijing 100045,China)

There is a significant demand for circulating fluidized bed combustion technology in China.Since the beginning of the China's sixth five-year plan,the technology had obtained a continuous support.The circulating fluidized bed combustion technology in China is locating in the international leading position and leading the international development direction after several years of efforts by researchers based on University-industry cooperation closely,from the beginning studying abroad and tracking the international development.

Circulating fluidized bed; Combustion technology; University-industry cooperation

2017-03-07

陳碩翼(1959-)男，北京人，高級工程師，主要從事潔凈煤和節(jié)能技術(shù)的研究管理工作。

10.13888/j.cnki.jsie(ns).2017.02.004

TK01

A

1673-1603(2017)02-0113-03