2015年度教育部高等學(xué)??茖W(xué)研究優(yōu)秀成果獎(原教育部科學(xué)技術(shù)獎)的推薦申報、評審工作已經(jīng)結(jié)束,目前授獎項目已公告,由清華大學(xué)、神華集團有限責(zé)任公司、東方電氣集團東方鍋爐股份有限公司、華北電力大學(xué)、中國華能集團清潔能源技術(shù)研究院有限公司、中國科學(xué)院工程熱物理研究所等申報的“600MW超臨界循環(huán)流化床鍋爐關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”獲得科技進步一等獎。
“600MW超臨界循環(huán)流化床鍋爐關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”項目屬于工程熱物理領(lǐng)域。
煤炭是我國的主要能源,煤炭開采和洗選加工副產(chǎn)大量的低熱值燃料,每年超過十億噸。這些低熱值燃料的高效清潔利用是我國能源綠色化不可或缺的一環(huán)。大量實踐表明,循環(huán)流化床(CFB)燃燒因其燃料適應(yīng)性廣、污染控制成本低等優(yōu)點,成為低熱值燃料規(guī)?;鍧嵗玫淖罴堰x擇,得到迅速發(fā)展和應(yīng)用,蒸汽參數(shù)發(fā)展到亞臨界(自然循環(huán))。為了進一步提高發(fā)電效率,在863計劃和科技支撐計劃的支持下,項目組在國際上率先開展了超臨界CFB鍋爐關(guān)鍵技術(shù)的研究開發(fā)。經(jīng)過十余年的堅持不懈的努力,取得了系列原創(chuàng)性成果:
1、發(fā)現(xiàn)了超高爐膛物料濃度縱向分布和超大床面物料濃度橫向分布規(guī)律,建立了CFB燃燒室受熱面局部換熱系數(shù)半經(jīng)驗計算模型,揭示了低熱流密度下超臨界水管內(nèi)流動的換熱機制,開發(fā)了管內(nèi)工質(zhì)換熱系數(shù)計算模型和流阻系數(shù)關(guān)聯(lián)式、壁溫預(yù)測模型,耦合這些模型獲得了CFB爐膛的熱流分布,解決了超臨界CFB水冷壁的水動力設(shè)計和安全性問題;揭示了CFB雙床翻動、同床波動和多循環(huán)回路并聯(lián)流動非均勻性機理,提出了相應(yīng)的控制方法,解決了超大CFB流化穩(wěn)定性和均勻性問題;揭示了CFB中循環(huán)灰對噴氨脫硝的催化作用,提出了低成本脫硝獨特技術(shù)路線;開發(fā)了超臨界CFB整體布置技術(shù)、性能計算方法和設(shè)計技術(shù),形成了我國自己的超臨界CFB鍋爐的整套技術(shù)體系。
2、發(fā)明了低質(zhì)量流速一次上升垂直水冷壁、雙面受熱水冷壁、平行流外置換熱器、二次風(fēng)布置、回灰給煤擴散、超大布風(fēng)板、多分離器均流等結(jié)構(gòu),突破了超高爐膛、超大床面和鍋-爐傳熱強烈耦合、熱量分配等技術(shù)瓶頸,研制了600MW超臨界CFB鍋爐裝備;開發(fā)了600MW超臨界CFB鍋爐制造工藝和制造設(shè)備。
3、開發(fā)了600MW超臨界CFB鍋爐系統(tǒng)集成設(shè)計技術(shù),研發(fā)了大出力冷渣機等關(guān)鍵輔機;提出了即燃碳的概念并應(yīng)用于控制模型中,發(fā)現(xiàn)了負荷變化的關(guān)鍵控制參量,實現(xiàn)煤水比調(diào)節(jié)的精準控制和負荷自動調(diào)節(jié);基于機理模型,開發(fā)了600MW級超臨界CFB機組仿真機;形成了600MW超臨界CFB鍋爐安全運行技術(shù)體系,形成了運行維護檢修規(guī)程和標準。
這些創(chuàng)新成果用于世界首臺600MW超臨界CFB鍋爐示范工程。性能試驗表明:最大連續(xù)蒸發(fā)量1903t/h,熱效率91.52%,鍋爐原始排放濃度NOx為111.94mg/m3、SO2為192.04mg/m3(脫硫效率97.12%,Ca/S為2.07),各項指標均優(yōu)于目前世界其他超臨界CFB。
項目獲授權(quán)發(fā)明專利33項、實用新型70項、軟件著作權(quán)6項;發(fā)表論文234篇,其中EI收錄148 篇、SCI 收錄60 篇、ISTP 收錄18 篇。
項目推動了國際CFB 燃燒技術(shù)的發(fā)展,提高了我國CFB 鍋爐的國際競爭力,600MW 超臨界CFB 開始走向歐洲、東南亞。項目研發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)推廣用于350MW 超臨界CFB 鍋爐的開發(fā), 已形成2 臺660MW 和48 臺350MW 訂單。近三年新增利潤2.17 億元。中國電機工程學(xué)會和中國機械聯(lián)合會聯(lián)合組織的鑒定認為:“該項目成果完全自主開發(fā),關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新性顯著、設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計合理、制造質(zhì)量優(yōu)良、運行安全穩(wěn)定。研究成果達到國際領(lǐng)先水平。”
600MW超臨界循環(huán)流化床鍋爐關(guān)鍵技術(shù)成功應(yīng)用于示范工程,得到了實踐檢驗。600MW超臨界循環(huán)流化床鍋爐突破了循環(huán)流化床鍋爐的容量問題和參數(shù)問題,是目前世界上投運的最大容量和最高參數(shù)的循環(huán)流化床鍋爐。600MW超臨界循環(huán)流化床鍋爐采用超臨界參數(shù),循環(huán)流化床燃燒技術(shù),達到高效清潔發(fā)電,具有高發(fā)電效率、低成本污染控制、啟動運行方便可靠靈活、變負荷適應(yīng)能力及調(diào)峰能力強、維護量低、可用率高、經(jīng)濟性好等優(yōu)點。示范工程經(jīng)過兩年的運行實踐,表明鍋爐各項運行參數(shù)均達到設(shè)計要求,技術(shù)水平達到國際領(lǐng)先。
通過項目的實施,成功實現(xiàn)了我國CFB發(fā)電技術(shù)從300MW CFB向600MW等級以上的大型CFB鍋爐發(fā)展的跨越,為低熱值燃料的高效清潔規(guī)?;?jīng)濟利用提供了條件,使我國大型CFB設(shè)計、制造、運行技術(shù)處于世界領(lǐng)先水平;提升了我國潔凈煤技術(shù)創(chuàng)新能力和國際競爭力,極大的推動了我國潔凈煤發(fā)電技術(shù)行業(yè)的科技進步。白馬600MW 超臨界循環(huán)流化床鍋爐的工程應(yīng)用之后,又簽訂了山西中煤平朔2×660MW 超臨界循環(huán)流化床鍋爐設(shè)備合同,還有多個國內(nèi)的600MW 等級項目正在前期工作中。項目也得到了國際上的強烈關(guān)注,目前正在進行出口到羅馬尼亞、土耳其、印尼等國600MW 等級超臨界CFB 鍋爐的前期工作,正在走向世界。
項目完成后,推動了超臨界循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)的發(fā)展,激發(fā)形成了350MW超臨界循環(huán)流化床鍋爐市場。項目的關(guān)鍵技術(shù)用于350MW 等級超臨界循環(huán)流化床鍋爐,已經(jīng)形成訂單48臺。