清华大学吕俊复团队的科研“真经”

2018-01-22 09:00 光明日报

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来源标题:清华大学吕俊复团队的科研“真经”

1月18日下午,清华大学主楼接待厅,偌大的会场里坐满了科研“牛人”。

这是清华首次举行的年度科研创新交流会。第一个登台交流的,就是该校能源与动力工程系教授吕俊复。一张薄薄的A4纸,短短五六分钟,吕俊复阐述了他近三十年的科研心得:一、工科科研要面向国家经济建设的重大需求,引领国际而不是跟踪跟随;二、应用研究要聚焦于技术创新,服务于整个行业;三、重大项目研究需要长期、持续付出,“冷板凳”可能会一坐多年。

而在不久前的2017年度国家科学技术奖励大会上,正是这位衣着简朴、话语平实的学者,凭借上述科研“真经”,带领团队以“600兆瓦超临界循环流化床锅炉技术开发、研制与工程示范”项目摘得了国家科技进步奖一等奖。

这个世界上容量最大、参数最高的循环流化床锅炉,解决了我国劣质燃料的高效清洁利用问题,被国际能源组织认定为国际循环流化床燃烧技术发展的标志性事件,代表了超临界循环流化床锅炉的技术研发中心从欧美转向了中国。

向每年8亿吨劣质煤发起冲击

很多人都用过锅炉。但超临界循环流化床锅炉,对中国到底意味着什么?

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,劣质煤高效清洁规模化经济利用十分迫切。循环流化床技术正是洁净煤燃烧技术的一种,把化工里的流态化技术转移到燃烧领域使用。

“好烧的煤不会用到循环流化床锅炉,这一技术主要就是针对劣质煤的。”吕俊复给记者算了一笔账,每年我国大概有8亿吨劣质燃料。烧,如果技术不过关,就会产生大量环境污染;不烧,不仅会造成巨大的资源浪费,即便任其堆放也会造成环境问题。“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,一台600兆瓦年每年可节约燃料成本5400万元人民币,是占煤炭总量30%的劣质煤清洁利用的最佳选择。”吕俊复说。

一直以来,清华大学就是我国流化床燃烧技术开发的先行者。自20世纪80年代起,清华大学团队便紧跟国际发展前沿,致力于循环流化床燃烧技术的自主研究。在科研工作者的不懈努力下,一系列由清华自主研究的技术与成果相继推出,至21世纪初期,以清华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世界引领者。

“当我们走到了世界前列,发展方向就成为必须考虑的问题。”吕俊复告诉记者,针对循环流化床燃烧在污染控制上的优势及其在发电效率上进一步提高,20世纪末,清华便开始了对更高效率、更少污染、更能满足我国新时期市场需求的超临界循环流化床锅炉的探索。

此时,世界上并无先例,所有可参考的资料只有4篇国际论文。事实上,当最后研究获得成功发现,这4篇论文所涉及的假设条件也几乎都是错误的。

但摆在眼前的却是重重难关——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?

从2000年开始,吕俊复带领团队,针对关键技术体系中的问题逐一研究。经过十几年不懈的自主开发,团队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,在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。

“我们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,项目相关成果获授权发明专利33项、实用新型70项、软件著作权6项,发表论文234篇,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“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”。也正是由于彻底掌握了技术原理,后续自如地开发了各种超临界循环流化床锅炉均获得成功。

从实验室迅速走向工程示范的优秀样本

吕俊复一直强调,成绩并不属于他个人,而是属于所有参与这个项目的人们,他们也作出了重要贡献,尽管获奖名单中没有出现所有参加人的名字。

他的团队是一个典型的“国家队”——跨行业、跨部门、全国性,云集了东锅、神华集团等国内主要的循环流化床锅炉研究优势单位。在吕俊复看来,正是在这支产学研用团队的支持下,项目才能够平稳推进,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,了解企业的需求,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,与企业密切合作,善于把理论知识与工程实际结合起来,才能解决工程实际中的困难问题。

相对于奖项本身,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。

如今,600兆瓦的四川白马超临界循环流化床示范电站已经建成投运。此后,国际上的超临界循环流化床锅炉全部为中国中标,并正在辐射众多“一带一路”沿线国家,而国内则已收到80多台订单。

“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。”吕俊复介绍,超临界循环流化床锅炉适用于绝大多数主要能源依赖于燃煤的国家,“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,作为行业领跑者,我们将瞄准世界科技前沿,以创新实力为世界劣质煤的清洁高效利用贡献更多智慧。”

科研工作要始终保有初心

相比于谈起项目时的滔滔不绝,说起自己,吕俊复却有些词穷。

这个与煤打了一辈子交道的人,家里没电视,连儿子都说他“无聊”;没啥爱好,“最大的爱好是抽烟,现在也戒了”。只要不出差,他每天八点必定雷打不动地坐在实验室里,因为也不知道“还有什么地方可去”。

这样一个人,会怎样总结自己团队成功的秘诀?

吕俊复说,是要始终保有初心——科学研究必须服务国家重大需求:“工科的科研具有明显的应用特点,研究面向国家经济建设的重大需求,立足于国民经济主战场和行业主流,利于形成大成果。在此过程中提炼科学问题进行基础研究,既要体现高校研究的学术高度,又要注重原创性,在学术上引领国际而不是跟从。这些来自实践需求的基础研究,必然会成为研究热点。”

他同时坚持的是,科研工作者不能太功利:“也许坚守‘君子固穷’的想法,可能更加利于研究深入、大成果的形成。对于动力这样的传统学科,大成果需要与大企业深入紧密合作,若能将经济利益看淡一些,把焦点聚集于技术方面,技术的发展和创新会更顺利,也能赢得行业的尊重,使我们的研究服务于行业,而不是某一个或某几个企业,最终引领行业发展。”

此外,还要做好把“冷板凳”坐穿的准备:“市场是工科研究水平评价的最高形式,必要的文章发表是必需的,但不必过于关注文章的引用,引用不完全体现在文章上,更多的是一座座建立在世界各处的工程。少一分急功近利,多一分踏踏实实,坚持不懈并乐此不疲,是必要的。”

如今,荣誉在身,吕俊复依然觉得时不我待。

他接下来的重点工作有两个:一是进行更高效率、更低排放的660兆瓦超超临界循环流化床锅炉的研究开发,攻克原始超低排放的难题,“不再走先生成污染再治理的老路”;二是从事油田注汽锅炉的科研攻坚,这是国家的另一重大需求。“我愿做一名‘攀登者’,用科研成果为祖国发展作出贡献。”吕俊复说。

责任编辑:杜铮(QL0006)

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