清华大学教授岳光溪是国内外著名清洁煤技术专家,长期从事循环床燃烧、污染控制方面的研究和技术开发。近20年来,为我国主持了从“八五”到“十五”国家有关循环流化床技术发展的攻关项目。最近又被科技部任命为科技部“十一五”国家支撑计划项目专家组组长,主持“十一五”发展国产世界最大容量600MWe超临界循环床的技术攻关工作,同时兼任国家发改委600MWe超临界循环床发电试验工程专家组副组长,主管“十一五”期间的研发与试验工程协调。
岳光溪在循环流化床的研究与开发方面取得了世界水平的成果。他带领的科研团队在循环流化床领域提出了系列核心观点,构成了我国独立的循环流化床理论体系。在该理论体系指导下,建立了以定态设计概念和循环流化床流态谱图为核心的循环流化床设计理论及相关设计导则和设计平台。为我国在循环流化床谱图上规划出一个适合中国国情、性能优异的流态设计区域。从根本上解决了我国独立知识产权循环流化床的流程问题。他把有关的设计理论应用于产品开发实践,与国内众多锅炉厂结合开发出多种容量性能优异的循环流化床产品。为企业带来近26亿元的产值和8.1亿元的利税。这些循环流化床锅炉年减排5万吨NOX;40万吨SO2。岳光溪教授运用他的设计理论对国外引进技术及产品进行改造,给国家挽回了4000万美元的损失;对引进德国EVT的循环床技术核心——流型定态进行改造。成功解决了该技术的煤种适应性问题。
由于岳光溪在循环床理论与实践方面取得的成果,他被选为第二十届国际流化床燃烧会议主席。
岳光溪在20年的工作中,对科研成果如何转化为产品有着深刻的体会和教训。近日记者采访了岳光溪教授,请他谈一谈在我国如何走适合中国国情的成果产业化之路。
工程科研工作者如何适应我国的现实研发体制
岳光溪有过在美国麻省理工学院的学习经历和美国公司的工作经历。多年来也一直与国外学术界和工业界保持紧密的联系。对比发达资本主义国家和中国的研发机制,岳光溪教授认为,任何一个国家的大学教育和科研机构的核心目标都是为本国的发展服务的。而一个国家的研发机制是为适应该国家的经济水平和管理结构而形成,并根据经济水平和管理结构的演变不断调整的。
工程科研与基础研究有很大的区别。真正的基础科研目的是问为什么,并不关心研究结果的可用性。它是人类探求认识大自然的活动。工程科研则是有明确应用目的的研究活动。有时工程科研也问为什么,但仅仅是出于寻求更合理的工程问题解决方案。
在发达国家,工程科研的主力是企业。公司为了保持后继发展必须对现有产品进行研究,并开发新产品。政府作为导向对长线研发给予部分支持,这种支持常常是与企业共同分担的。大专院校,科研机构承担的往往是工程开发的原始概念部分,例如循环流化床燃烧流程的原始概念和专利就是当年纽约州立大学的教授提出。德国鲁奇公司购买了流程专利,在公司内部进行工程研发,建成了世界第一个循环流化床燃烧装置(pilot facility),进而发展了第一个商业装置(德国Duisburg 270T/h循环流化床锅炉)。国外正规公司的研发部门投入一般均占到公司收入的10%以上。
我国处于经济和社会的快速转型期,目前多数基础工业企业和公司的研发力量较弱,因此科研单位和大专院校也有必要承担行业的产品研究和发展任务。这就是说我国的工程科研单位是国内本领域的公用R&D部门。然而他们也不可能完全代替企业的R&D部门。从产品研发的复杂性来说,工程问题往往涉及多学科,单独一个研究单位不可能是万能的。从投入角度看,研究单位也拿不到产品研发,特别是试制样机所必需的大量投入。在很长一段时间内,我国政府管理部门和企业指责研究单位脱离实际,只出论文,不能发展实用的技术。殊不知我国至今尚未形成为产品开发所必需的风险投资机制或企业产品发展投资机制。这是我国科研单位所不情愿,但是又无能为力的。
同样面对我国上述机制和投资体制方面的困难,岳光溪教授领导的科研团队客观认识现实,寻找到符合国情的研究发展道路。总结下来就是两条:
第一,在中国对工程开发人员有比国外更高的要求。一个成功的工程科研带头人必须具备商业头脑,能看到本领域的长项市场需求,以确定科研方向。他又必须具备工程人员素质和经验,能够判断创新思想的工程可实现性。最后才是具备科学家的敏锐眼光,能够找到解决技术问题的关键。
第二,充分认识产品研发是个大的系统工程,认识到科研、产品设计、样机使用、信息反馈的研发全过程中各个角色的作用。善于组织产学研的大团队完成理论,设计、工艺、样机试制完善,最终形成产业化。
岳光溪领导的科研团队能够在长期坚持在循环流化床燃烧的研究领域,是出于对我国燃烧领域有清晰的认识。
我国一次能源70%以上来自煤炭,而且这个局面在相当长的历史阶段无法改变。我国大量燃煤引发的粉尘和气体污染物(这里主要指二氧化硫和氮氧化物)已经造成了严重的问题。因此开发适合于中国国情的低成本污染控制的所谓清洁煤技术是我国的长期市场需求。
清华大学的科研人员对国内外各种清洁煤技术的发展趋势、技术实现可能性、价格成本进行认真分析所得出的结论是:比较起来,循环流化床燃烧技术污染控制成本相对最低,而且具有煤种适应性特别强的特点。因此该技术的市场驱动力有环保和劣质煤利用两个驱动力。循环流化床燃烧技术的长期、大容量的市场需求,保证了我国政府部门、企业能够在过去20年给予清华科研团队源源不断的研究经费支撑以及产品试制改进的机会,因此才使得这个团队能够深入地研究循环流化床的基本理论,发展相关设计理论和国产化技术,并加以产业化。循环流化床燃烧通过过去20年的发展发电容量达到了55GW,占2004年全国燃煤发电容量的17%。这样规模的市场是我国循环流化床研发长盛不衰的最大动力。
清华大学长期坚持与国内企业组成产学研技术研发链的方针。自上世纪80年代初循环流化床研究起步,首先与江西锅炉厂研发第一代循环流化床,很快,在1984年开始与四川锅炉厂合作在国家“七五”和“八五”攻关计划支撑下,研发75~220T/h循环流化床锅炉。90年代后,首先与四川锅炉厂、合作成功完成了国家经贸委75/h国产化循环床完善化示范工程。进而与无锡锅炉厂,杭州锅炉厂发展130T/h-220T/h水冷异型分离循环床。在科技部支持下在“九五”和“十五”期间与国内最大的哈尔滨锅炉厂、东方锅炉厂合作完成国产100MWe再热循环床的工程示范。
岳光溪的科研团队与众多锅炉厂的合作不是以收取技术转让费盈利作为主要目的,而是以合作各自发挥合作方的特长、形成理论到产品的研发链为目标。因此,清华研究人员能够发挥科研先导的作用,集中精力研究循环流化床的核心设计理论、设计方法。通过交流,研究人员教会工程师设计理念,工程师教会研究人员工程概念。最终的设计平台和产品是合作的成果,也正是通过这种合作,清华的科研团队能够不断地从企业到循环床锅炉电厂吸取第一手工程反馈信息,了解产品的问题和发展方向,确定产品的改进研发课题。因此保证了该科研团队始终站在循环流化床研发的先导位置。例如,岳光溪教授通过国内大量循环床运行的数据,特别是与其他燃烧技术的比较,早在“十五”期间就认识到现有循环流化床锅炉尽管在煤种适应性上优于煤粉炉,但是在循环床进入电力市场后,发电效率就升为业主重点考虑的问题。因此清华建议尽早开展超临界参数大容量循环床的研究。但当时国内没有什么人支持这个看法,认为国内刚刚开始煤粉炉的超临界化示范,循环床超临界还远得很。但是岳光溪的科研团队坚信超临界循环床市场的需求会到来,因此争取到科技部“863”的支持。到“十五”后期,一批超临界煤粉炉投运后,给亚临界循环床带来了极大压力。国家在“十一五”能源规划中明确提出在“十一五”期间进行超临界循环床的工程示范。科技部和发改委已经分别对超临界循环床研发和工程示范立项。清华由于有“十五”期间的先期工作的优势,成为“十一五”超临界循环床研发的主力单位。岳光溪担任了科技部该支撑项目专家组的组长和发改委示范工程项目专家组的副组长。该项目是我国最终在循环床研发领域赶超世界先进水平的标志性工程。
立足中国,赶超世界
循环流化床技术是外国人提出的技术,在国外公司的研发体制和国外风险投资体制的支持下发展的比我国快。我国大型循环床技术是以引进技术起家的。中国自主研发循环床由于体制问题发展过程十分艰辛。岳光溪认为面对与引进技术的竞争,应当科学实事求是地认识国外技术和自主研发技术各自的优势和劣势。 用世界技术发展的视野指导我们的研发方向。
我们不能关门搞研发,我国出于电力部门对大型循环床燃烧技术的需要,适当引进国外的技术是必要的。因为它们的技术是成熟的、完整的产品技术,可以直接使用生产产品。我国先后引进了德国巴威公司塔式布置中温旋风筒循环床技术,美国福斯特惠勒汽冷旋风筒循环床技术,德国EVT再热循环床技术,法国阿尔斯通世界最大容量300MWe循环床技术。
岳光溪指出,国外对华技术转让目的是占领市场,绝非把技术教会你。用原芬兰奥斯龙公司的话说“我们只卖苹果不卖树”。我国引进的循环床技术,其热力计算软件均不提供源程序,只给执行程序。只能算不知计算公式。我们有些同志曾经以为用市场换技术的策略解决技术发展问题。看来是行不通的。但这不意味着不引进。只有在与国外技术的残酷竞争中,自主研发才能真正成长起来。
岳光溪说,20年的循环流化床研发经验证明国外技术尽管有其技术完整性的优势,但是国外循环床技术是适应国外主要燃用高热值、低灰分的燃料发展起来的。因此对我国循环流化床市场多数燃用高灰、低热值燃料有其不适应性。岳光溪教授通过研究提出了循环流化床定态设计的理论,把世界各种循环流化床技术流派的状态归结到一张流型图谱中加以比较、判断,指出了某些国外循环床技术流派在流态选定方面存在致命性问题,造成了燃用高灰燃料的严重磨损问题。同时,为我国规划出一个合理的流态选定区域。因此从根本上解决了发展自主知识产权适合中国国情的循环流化床的出路。岳光溪将该论断用于工程实践,不但发展了性能优于国外技术的国产循环流化床炉型,而且对国外技术加以流型迁移改造,成功用于燃用高灰无烟煤的135MWe循环床锅炉,取得了出乎意料的良好运行效果。
岳光溪深有体会地说:“中国循环流化床研究队伍研究经费固然没有国外多。但是我们比国外公司里的研发人员更懂理论,能知道工程问题内在的为什么。我们比国外的教授在基础研究上有欠缺,但是我们比这些教授懂工程,可以准确地抓住什么是工程中急需解决的理论问题。”
岳光溪回忆了自参加历届国际流化床燃烧会议。1999年以前,中国人是个学生的角色,听外国人在研究什么。到1999年第15届会议,岳光溪的文章获得了ASME颁发的最佳文章奖,进入了主流角色。到2005年随着清华研究和技术开发的成果推出,18届会议上岳光溪被大会邀请作主题发言,介绍循环流化床技术在中国和国际上的发展趋势,同时在会议上发表了数篇文章介绍清华大学的循环床研究。会议上,美国ABB公司研发部主任对岳光溪说:“你们公布的研究成果恐怕多数参会人根本不明白这些研究的重要意义。只有我们公司的人知道你们的研究成果有多重要。”可以说,它标志着我们的科研团队走到了国际循环流化床研发的前沿位置。
我国先后多次引进了国外循环床技术。但是按照引进技术市场划分的合同规定不能进入国外市场。近年中国自主研发的循环床锅炉产品逐步开始出口到东南亚和中东。然而岳光溪领导的科研团队进一步实现了中国循环流化床技术向发达国家日本公司(IHI)的技术出口。即日本IHI公司允许使用清华的循环流化床设计技术设计制造循环床锅炉。首台锅炉由日本NEDO支持容量为35T/h。第二台容量为180T/h燃用烟煤,造纸废料和废轮胎等混合燃料第四台,安装在日本北海道王子纸厂。第三台为250T/h带有燃烧室屏式过热器循环床。第四台容量为75T/h,正在泰国某纸厂安装。
也正是清华循环流化床科研团队立足世界的科研应用成果,国外公司如瑞士ABB公司、法国EDF、日本IHI主动联系清华进行科研合作。合作项目一直延续到现在。这些国际合作项目的实施也促进了清华科研团队在世界水平上的科研竞争实力。
沿着有中国特色的产业化道路继续前进
岳光溪认为,过去20年选定的循环流化床科研方向和产学研的产业化途径看来是基本成功的,带动了循环流化床清洁煤燃烧技术的发展。“十一五”期间,他的科研团队将继续为完成世界最大容量600超临界循环床示范而奋斗,同时岳光溪在清洁煤领域还在寻求新的市场方向。
岳光溪告诉我们,他们的团队经过认真的调研,认定煤的气化技术是煤制液体燃料、IGCC、多联产技术的龙头。是“十一五”后中国市场的热点。而大规模煤气化技术专利基本上控制在外国人手里。国内自主研发的煤气化技术尚待考验。因此科研团队与有关产业公司共同提出了具有完全独立知识产权的“两段式煤气化技术”概念,并取得了专利。结合清华在实验室研究的优势和公司在工程设计方面的经验,并与用户共享技术,搭建了又一个产学研平台。在短短两年时间就完成了两台日投煤量500吨的煤气化装置。该装置于2006年年初一次点火成功顺利运行已有11个月,用户极为满意。有关专家参观后称赞这是所见到的国内煤气化设计运行最好的装置。该技术已经引起英国BP公司的注意,正在与清华谈判合作。