浙江大学煤的综合利用技术解国家之难题(图)

作者:bbin直营现金网 发布时间:2020-10-18 11:14

  上世纪90年代初,在分析了传统的导师—博士生1对1单元式培养方式存在的不足之后,浙江大学工程热物理学科确定了以岑可法院士和倪明江教授为学术带头人的博士生指导教师群体,面向国家重大需求,围绕能源与环境学科发展前沿,形成了一支由23位高水平教授组成的结构合理的博士生导师群体,以导师组的形式对每位博士生进行联合指导,以学科团队的形式承担各类科研项目,分工合作,协作攻关。

  如今,岑可法院士率领的科研团队已完全形成了“以博士生导师为核心,吸收青年骨干教师、博士生、硕士生参加”的梯队式培养机制。具体就是围绕重大课题,在学术带头人为代表的导师组主持下,让硕士生参加指导本科生毕业设计,博士生参加指导硕士生毕业论文,积极吸收年轻骨干教师组织研究生指导小组,师生通力合作,形成金字塔式的研究生培养机制。这种机制不仅给了研究生更大的责任感,促使他们不断提高科研工作能力,而且在互助帮带过程中也培养了他们的团队精神与合作能力。

  长江特聘教授骆仲泱说,形成导师群体和学科团队的一个必要条件就是必须要有一个学术水平高、品德高尚、组织能力强的有权威的学术带头人,他不仅要在国内外具有很高的学术声誉和权威,并且具有很强的组织管理能力和人格魅力,能够根据各位年轻导师的研究背景和专业特长构建良好的团队组织结构,建立高效公平的管理体制。

  导师组从研究方向,基础理论研究,试验和工业应用研究等方面给予每位博士生联合指导,在培养的各个阶段职责分工明确,相辅相成,在使每位博士生都能够得到最适合个性发展的成长空间的同时,形成紧密团结、学科交叉的科研群体,既增强了承担国家重大科研项目团队的实力,又为高层次人才培养始终面向国家重大需求和学科发展前沿提供了保障。

  最近五年,浙江大学热能工程研究所以研究生为主要作者发表的研究论文共523篇,其中SCI检索54篇、EI检索94篇。从1999年到2005年有4篇博士论文入选“全国优秀博士学位论文”。

  团队的力量还增强了人才培养的力度,增强了学科群体承担国家级攻关项目的能力,同时,建设一流实验平台的设想也在众多项目经费的支撑中得以实现。目前,岑可法率领的学科团队与美国B&W公司、Lanheat公司合作,建成了3.5MW大型多功能煤粉燃烧实验台架和大型涡旋燃烧实验台,又在英国壳牌(Shell)基金支持下建成80户生物质中热值气化装置,拥有的40台套国际先进的大型试验台架和先进仪器为博士生的科研创新与国际交流提供了强大的物质保证。

  多年来的实践形成了浙大工程热物理学科团队“五个一”的经验,这就是:一个学术水平高、品德高尚、组织能力强的学术带头人;一个高质量、结构合理的博士生导师群体;一批面向国家重大需求、瞄准学科前沿的高水平科研项目;一个良好的学术环境和氛围;一批具有国际先进水平的实验平台。

  岑可法,能源与环境专家,浙江大学机械与能源工程学院院长,中国工程院院士。在40余年的科研生涯中,他孜孜不倦追求的就是不断创新:让水煤浆像油一样燃烧的是他的团队,使有毒有害的洗煤泥成为电厂燃料的是他的团队,用城市垃圾发电的也是他的团队。如今,已72岁的岑可法依然带领着他的研究团队在科研一线“燃烧”。

  对科研人员来说,一生中能获得一个国家大奖,就足以让人骄傲了,可岑可法、倪明江、樊建人、骆仲泱、周俊虎、严建华、池涌等为首的团队却先后将国家自然科学二等奖、国家发明二等奖、国家科技进步二等奖等国家三大奖都拿到了。

  “洁净煤和废弃物”与“燃烧和气化”是岑可法科研中的两组关键词。岑可法所做的就是怎样让煤和废弃物最充分地清洁燃烧和高效气化,既产生最大的经济效益,又对环境污染最小。

  1993年,针对我国对环保的需求,岑可法院士、倪明江和严建华教授带领研究团队,开始研究如何利用生活垃圾发电。他们针对中国生活垃圾的特性,研究出从垃圾预处理到焚烧炉设计、最优化燃烧、发电、尾气处理等一整套集成技术,不仅为我国也为发展中国家生活垃圾无害化、能源化、资源化处理提供了成功经验。1998年,杭州锦江集团投资建设了日处理150吨生活垃圾的国内首座循环流化床生活垃圾焚烧发电项目,其生产过程中二恶英等有害物质的排放指标已完全达到中国的排放标准,有些甚至低于目前世界上最严格的欧盟标准。

  如今,已届古稀之年的岑可法院士又带领他的科研团队,盯上污泥焚烧发电、脱硫、脱硝、脱汞综合环保装置和大规模制氢等前沿科学研究。他还用自己获得的浙江省重大科技贡献奖的部分奖金设立了岑可法教育基金,奖励热能所优秀研究生。

  作为科研团队的领跑者,岑可法认为,当今世界像爱迪生、牛顿那样,靠个人奋斗成功的科学时代已结束了,创造新的科学奇迹需要跨学科人才的复合与凝聚。他经常这样说,建设好一个创新团队,必须十分重视培养人才,一定要破除论资排辈的陋习,既给年轻人压担子,又给每个人以出路;开展科学研究必须紧密结合国家经济社会发展的重大战略需求,注重选题创新,同时还要大力开展国际合作;在一个团队里,无论是当主角,还是当配角,都要服从事业的需要;老教师既要当主角,更要当好配角,把年轻教师推到第一线,使他们当上主角,锻炼成才;一个团队光重视研究还不够,教学、科研和品质都要并重,这样才能出人才、出成果。

  这就是岑可法,一个在科学道路上勇敢攀登了几十年的知识分子,一个以自己的满腔热情和卓越才干为国家作出巨大贡献的科学家。

  在浙江大学热能工程研究所,无论是研究生还是教授,很少会说“我”,常常能听见的是“我们”。每一个个体,都把自己隐于“我们”之中。浙大工程热物理学科是国家首批重点学科,也是国务院首批博士和硕士学位授予点,首批国家“211工程”和“985工程”重点建设学科。浙大热能研究所一共有50位成员,其中24位是教授,23位是博导,教师队伍中博士学位获得者更是占了90%以上。2000年以来,这个团队拿了3个国家级科研成果二等奖,教育部“长江学者奖励计划”启动8年来,从这里走出了4位长江学者。

  热能工程主攻方向是“燃烧”和“气化”,解决“怎么烧”和“怎么气化”的问题,目标是成本低、污染少。浙江大学热能工程研究所上世纪80年代初,开始把研究方向从单一烧煤转向煤的多联产,以及烧水煤浆、煤泥、煤矸石、固体废弃物、危险废弃物等多种低品位燃料。这一转变,可以说是战略性的,从此,浙江大学热能工程研究所把目标瞄准了“资源的综合利用和环境保护”。

  岑可法说,工程学科只有靠团队的力量才能攻克难题。团队的组合包括三个层次,一是年龄层次,要老中青结合;二是学科层次,要有不同主攻方向的结合;三是技术层次,要做到理论研究与实验相结合。

  岑可法的学科团队围绕能源与环境学科的重大科学技术核心问题,强调学科交叉布局,在学科中形成了化石燃料的高效清洁利用,生活垃圾和工农业废弃物等低品位能源的高效清洁利用,新能源及先进能源系统,能源利用过程中的污染物生成、迁移及控制,多相复杂反应系统中的理论模拟和数值试验等5个不同研究方向。

  他们在能源和环境领域创造性地提出了计算机优化数值试验的新理论(简称CAT),大大节省了实验研究所需的人力和物力,还能得到许多实验研究所不能获得的成果,并能发现问题的本质和机理,提出解决方法。他们做出了许多原创性贡献,成功开发了基于非线性优化理论、综合运用人工智能神经网络、模糊数学等现代方法的多元洁净配煤专家系统,解决了长期困扰我国的煤种多边给锅炉安全经济运行带来的一系列问题。据统计,仅优化配煤专家系统在杭州煤场的应用,就新增产值1.5亿,创利税1800万元。

  从世界范围来看,大多数产油大国都富得“冒油”,而产煤国家却不见得个个富裕。据专家分析,我国石油的蕴藏量不多,按照目前的发现,只能再用上20至30年,而煤的蕴藏量则可以用上几百年。我国2005年煤的年产量约21亿吨,但是,我国煤炭产生的经济价值却很低。这是为什么呢?问题的关键在于煤的综合利用。

  经过30余年的努力,浙江大学热能工程研究所岑可法、骆仲泱、周俊虎等组成的科研团队在经过无数次的试验、计算和推理分析后,提出了煤多联产技术思想。多联产是指以煤为原料,集成煤燃烧、气化、化工合成、发电和建材生产等单元工艺,形成整体的能源转化系统。他们率先提出的九联产技术路线,实现了发电、供热、供冷、水泥、提取稀有金属(如钒、铀等)、燃气等的联产技术,分别建成了不同类型的示范工程,使煤的价值得到了大大的提高,取得了良好的社会经济及环保效益。在煤的综合利用上走出了一条中国特色之路。

  作为煤高价值化的一部分,他们还攻克了水煤浆代油的难关,并于1982年在浙大实验成功:完全的煤、水和少量添加剂混合,不加天然气,不加一滴油,在锅炉及工业炉窑中取代了100%的油。这一重要成果使我国的水煤浆技术研究由实验研究,转入以工业性应用为目的的全面研究,在我国首次获得了工业燃油锅炉(每小时20吨以上)燃用水煤浆和电站燃油锅炉(每小时220吨以上)燃用水煤浆的成功。

  浙江大学在自然科学基金和国家重大科技攻关项目的支持下取得的这一系列成果,使我国在这一领域以令人瞩目的速度达到了国际先进水平。在国内,目前已推广应用水煤浆锅炉70余台,完成了国内多台每小时410吨(发电功率10万千瓦)燃油锅炉全部改烧水煤浆工程,设计建成并且调试运行成功世界上最大的每小时670吨(发电功率20万千瓦)全烧水煤浆电站锅炉。在“水煤浆代油”的应用中,浙江大学的技术占了国内水煤浆发电的大部分份额。世界著名的瑞士苏尔寿公司经过在全球范围内考察和调查,挑选了浙江大学热能研究所作为合作伙伴,共同开发新型的水煤浆技术。最近,这项技术还引起了意大利的重视,浙江大学受托为他们进行大型燃油发电厂改烧水煤浆的技术可行性研究。


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