2015年度教育部高等學(xué)校科學(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(bào)、評審工作已經(jīng)結(jié)束，目前授獎項(xiàng)目已公告，由清華大學(xué)、神華集團(tuán)有限責(zé)任公司、東方電氣集團(tuán)東方鍋爐股份有限公司、華北電力大學(xué)、中國華能集團(tuán)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(bào)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(jìn)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(xiàng)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(shí)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(diǎn)，成為低熱值燃料規(guī)模化清潔利用的最佳選擇，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(jìn)一步提高發(fā)電效率，在863計(jì)劃和科技支撐計(jì)劃的支持下，項(xiàng)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(jiān)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(yàn)計(jì)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(jī)制，開發(fā)了管內(nèi)工質(zhì)換熱系數(shù)計(jì)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(jì)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(jī)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(dú)特技術(shù)路線；開發(fā)了超臨界CFB整體布置技術(shù)、性能計(jì)算方法和設(shè)計(jì)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(kuò)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(qiáng)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(jì)技術(shù)，研發(fā)了大出力冷渣機(jī)等關(guān)鍵輔機(jī)；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(fù)荷變化的關(guān)鍵控制參量，實(shí)現(xiàn)煤水比調(diào)節(jié)的精準(zhǔn)控制和負(fù)荷自動調(diào)節(jié)；基于機(jī)理模型，開發(fā)了600MW級超臨界CFB機(jī)組仿真機(jī)；形成了600MW超臨界CFB鍋爐安全運(yùn)行技術(shù)體系，形成了運(yùn)行維護(hù)檢修規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)。
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(yàn)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(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于目前世界其他超臨界CFB。
項(xiàng)目獲授權(quán)發(fā)明專利33項(xiàng)、實(shí)用新型70項(xiàng)、軟件著作權(quán)6項(xiàng)；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(xiàng)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(xiàng)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(jī)工程學(xué)會和中國機(jī)械聯(lián)合會聯(lián)合組織的鑒定認(rèn)為：“該項(xiàng)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(jì)合理、制造質(zhì)量優(yōu)良、運(yùn)行安全穩(wěn)定。研究成果達(dá)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(shí)踐檢驗(yàn)。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(yùn)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(dá)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(yùn)行方便可靠靈活、變負(fù)荷適應(yīng)能力及調(diào)峰能力強(qiáng)、維護(hù)量低、可用率高、經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點(diǎn)。示范工程經(jīng)過兩年的運(yùn)行實(shí)踐，表明鍋爐各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，技術(shù)水平達(dá)到國際領(lǐng)先。
通過項(xiàng)目的實(shí)施，成功實(shí)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)模化經(jīng)濟(jì)利用提供了條件，使我國大型CFB設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)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(jìn)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(xiàng)目正在前期工作中。項(xiàng)目也得到了國際上的強(qiáng)烈關(guān)注，目前正在進(jìn)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(xiàng)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(xiàng)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。