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书科研正气 引学术先锋
发表时间 2018-03-20 09:54 来源 本站原创

  导语:任何国家和地区的发展都离不开能源。我国既是一个能源生产大国,同时又是一个能源消费大国,在国家的工业发展中离不开对能源的开发和利用。而煤炭在我国的一次性能源生产和消费结构中长期占据了三分之二以上的比例。因此,如何有效利用煤炭能源,同时减少其燃烧所带来的污染,保护生态环境,实现清洁技术的应用,已成为有志科学家为之不懈努力的方向。中国工程院院士、清华大学的岳光溪教授,长期从事循环床燃烧、污染控制和煤气化方面的研究和技术开发,是国内外闻名遐迩的清洁煤技术专家,在清洁煤利用领域为国家做出了开创性的贡献,为行业的发展开辟了一条先锋道路。

  逆境中成长

  岳光溪院士1945年10月出生在北京,谈及自己,他笑称:“我是个合格的中学毕业生,不合格的大学毕业生,没有任何研究生学位。清华还能够容我在这儿工作,为我提供很好的工作条件,让我能够长期从事感兴趣的科研,并作出点成果来。真的非常感谢清华大学的包容性。”

  因为勤奋好学,1958年小学毕业即考入当时的名校-北京男四中,1964年,岳光溪又顺利考入清华大学动力农机系。清华园里浓郁的学术氛围为他营造了良好的成长条件,然而,刚刚完成两年基础课学习即赶上文化大革命,中断了学业。在本该毕业的1970年又因对四人帮的不满言论被打成“反革命学生”。扣在学校劳改三年后,1973年给“分配”到山西最贫穷的吕梁地区岚县。

  回忆当年,岳光溪将这段经历称为自己“青年期的第一次大冲击”。但是,逆境没有令他绝望,他的第一个工作是在一个离县城20里的普明镇任高中教师。文革期间,大学停止招生,看到贫苦的农民孩子只能毕业后回家务农,岳光溪在担任了多门自然科学学科教学之外,专们自编教材给学生开了农用机电课。用岳光溪自己的话说“这些孩子哪怕不能进大学必须回村里,也要做个有知识的农民,当个拖拉机手或农村电工都行”。四十年后岳光溪返回山西岚县参加了这个高中班的聚会,看到这个班多数成为干部甚至大学教师等等,感慨万千。同时这个班级也为有一个院士做过他们的教师而引以为傲。当年岳光溪教学生农用机电这件事引起县工业部门的注意,误以为岳光溪是学电气专业的。因此他任教一年多又被调入岚县电机厂做技术员。当时的岚县电机厂主业是农用变压器和电机的修理。因为缺乏基本技术知识,农用变压器和电机修一个烧毁一个。陷于资不抵债的地步。在那段日子里,他通过自学,很快掌握了电机学及相关知识,不仅适应彻底解决了电器修理的技术的规范化,而且“为电机厂开发了高压电机硬线圈备件产品”,使这个偏僻山沟里的电机厂扭亏为盈,当年就成为地方效益最好的国企。多年后,岳光溪回忆这段经历说“我一个北京城里长大的学生,如果没去山西的山沟里,永远不懂得什么是中国,不懂什么是中国的农民。也不懂得自己”

  1978年四人帮倒台,国家拨乱反正。岳光溪在政治上得以平反。清华大学为解决专业基础课师资缺乏问题,在1979年组织专业基础课师资班,从1969届以后的三届毕业生中招收学员,进修学习二年,补充师资。岳光溪得以在四取一的严酷竞争中再次考回清华大学,就读“热力学与传热学进修班”。

  “那是专门给清华热能系培养师资的,也是我当时能回北京的唯一机会。1200多名原清华毕业生仅录取314人,竞争相当激烈。”,“毕业后也仅仅批准了两个学员留校。”岳光溪回忆。他成为当时留校的两人之一,毕业后留在清华热能系热工学教研组。

  岳老谦逊地说:“实际上,我之前没有学到什么专业知识,兜了一大圈又回到原来的专业,大都靠进了教研组后自学。”因为热工学教研组的方向是专业基础课,他认为自己“学历不高”,但是曾在企业工作多年,所以希望能够更多地从事应用研究。恰逢在锅炉教研组从事流化床研究的张绪祎教授交给他一个课题。岳光溪出色地完成了课题研究。最终在1995年转入锅炉教研组,即现在的热能工程教研组任职。

  “任何事情都是一分为二的。当初的经历也许算是坏事,我与同届留校的同学在业务上差了11年。但如果不经历这么多事,我反而不易理解如何做科研。从这个意义而言,我反而是因祸得福了。”岳光溪豁达地表示。他决心“以自学和接触工业实际两条路作突破口,追赶失掉的11年”。

  1987年,岳光溪幸运的被选派出国,到麻省理工学院进修深造,进入了心目中的学术殿堂。师从美国工程院院士-Adel Sarofim和国际燃烧领域的世界名师Janos Beer,在化工系的从事流化床燃烧反应动力学的研究。良好的学习与研究环境激发了岳光溪如饥似渴的学习热情。一个月就通读了一本英文的书籍:《非均相反应器设计》,进入角色。第二个月完成了首个流化床试验台设计与搭建,四个月完成了全部实验。他说“外国人总认为中国人缺乏动手能力,其实我看他们差的远”。看到岳光溪的能力,他的导师把岳光溪当成他们的助手,每当他们的研究生遇到问题,就指派岳光溪协助这个研究生,不出一周必定解决问题。以致Adele Sarofim教授让岳光溪一再延期回国,并承诺为其办理美国绿卡。直至1990年,清华大学副校长倪维斗院士来MIT与Adele Sarofim协商,让岳光溪尽早返回了中国。三年的留学经历,打开了岳光溪的学术和人生眼界,也看到了中美之间的差距。

  奋发图强 为国家需要而战

  回国后,岳光溪对比发达资本主义国家和中国的研发机制,认识到任何一个国家的大学教育,科研机构的核心目标主要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的,并根据经济水平和管理结构的演变不断调整的。

  工程应用科研,与基础研究有很大的区别。真正的基础科研目的是发现为什么,而并不关心研究结果的可用性,属于人类为探求认识大自然的活动,得到的知识属于全世界。应用科研则是有明确应用目的的研究活动,主要是为了本国工业进步的。有时工程科研也需要探索为什么,但仅仅是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公司,企业。大专院校,科研机构承担的往往是基础研究或者工程开发的前端理论研究。而我国由于正处于工业化阶段,多数企业和公司没有应用研发能力。因此科研单位和大专院校,不得不,也必须承担行业的产品研究和发展任务。这就是说我国的科研单位和大学主要是国内本领域的公用R&D部门。这是中国在工业化阶段的必然结果。在很长一段时间内,我国的大学和科研机构必须将主要力量投入到中国急需解决的工业技术问题。少数人从事服务于人类对未知世界的认识这类基础研究问题。

  岳光溪选择了清洁煤技术应用科研领域作为研究方向,也拉开了为清洁煤技术长达三十年奋斗历程的帷幕。有鉴于此,岳光溪教授领导的科研团队一直努力寻求一条符合国情的研究发展道路:第一,在中国现有条件下,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,理解科研,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。科研的带头人还必须善于组织产学研的大团队,在完成大学老师所应做的前端理论研究同时还要去链接和组织制造企业,用户完成产品的试制,示范,完善化,乃至最终形成产业化。

  1993年,岳光溪接替退休的张绪禕教授担任了科研团队的负责人,自此后岳光溪在三十余年的岁月里始终奋斗在洁净煤技术研发的第一线。连续参加、主持了国家“七五”到“十二五”关于循环流化床燃烧技术的攻关任务,长期从事循环流化床燃烧,污染控制方面的研究和技术开发。岳光溪正是以厚积薄发的精神,在这个领域脚踏实地的奋斗多年,在循环流化床的研究与开发方面取得了世界水平的成果。得到了国内外的肯定,并于2009年当选为中国工程院院士。

  突破创新 创世界一流技术

  中国是燃煤大国,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(主要是二氧化硫和氮氧化物)已经造成了严重的问题,因此解决劣质煤燃烧利用和燃煤污染控制的问题已经十分迫切。而循环流化床燃烧恰是解决这两个问题的关键所在。

  循环流化床燃烧技术是上个世纪70年代出现的新型低污染燃煤技术。由于国外公司的强大开发能力,很快形成了多种半成熟的技术流派。而我国尽管同步开始研发,但是失败多于成功。中国政府试图购买国外的循环流化床设计技术遭到拒绝。有鉴于此,岳光溪带领的科研团队下决心将循环流化床的设计理论拿到手,从根本上建立中国自己的循环流化床燃烧装置开发基础问题。

  历经20余年努力,他们在本世纪初,通过实践-理论研究-实践的反复,对循环流化床的气固两相流,燃烧,传热,污染控制诸方面对传统认识做了全面的修正,提出了系列核心创新观点形成了我国独立的循环流化床燃烧理论体系。

  尤为重要的是,岳光溪教授将新的理论体系推向应用,形成了循环流化床锅炉设计体系。新的设计体系的核心是他提出的“定态设计”的概念和他给出的循环化床流态设计选择“图谱”。简单的讲“定态设计”指的是循环流化床燃烧锅炉不同于传统煤燃烧装置,而是一种气固两相流的化工反应器,所以设计一个循环流化床锅炉首先要确定一个正确的气固两相流的流化状态作为锅炉设计的基准。进一步岳光溪又给出一个确定循环流化床锅炉流化状态的指导图谱作为工具或导图。该三坐标的流化状态图谱标识了循环床锅炉流化状态可选择区域和世界所有循环床技术在图谱中的位置。揭示了某些国外技术在中国条件下不适应的根本原因。进而优化出一个性能优异、适合中国条件的流态设计区域。从而使循环床流态设计从必然王国进入自由王国。相关论文在国际会议上发表时引起了轰动。国外循环流化床锅炉公司的负责人感叹“参加会议的多数人不明白这个图谱的重要性”。

  而后的十余年,中国大多数锅炉厂接受了岳教授提出的设计理论,完成了从75t/h中压到1000t/h亚临界多个容量国产循环床研发任务,并实现了产业化,已运行数百台。燃料涵盖了中国主要煤种。带来百亿以上的产值。运行的锅炉为我国减排氮氧化物,二氧化硫做出了巨大贡献。他还为国内多家循环床发电厂提供了技术指导。他的设计理论同样在对国外循环床锅炉技术改造中也得到验证。例如:对中石化引进的2×220t/h燃用油页岩循环床所作的燃料更换技改方案研究,在世界没有先例的情况下,他应用“定态设计”概念,提出了简单改造方案,否定了国外公司的更换锅炉建议,挽回了4000万美元的重大经济损失。另外哈尔滨锅炉厂根据他的循环床流态图谱对引进德国EVT循环床技术进行流态优化,成功完成了燃用福建无烟煤的4×135MW循环床项目,拓展了EVT技术的煤种使用范围,实现了技术国产化。

  他实现了中国第一次循环床设计技术出口(日本IHI公司),IHI采用清华技术在日本设计制造了多台循环流化床锅炉,建立了良好的声誉。岳光溪无偿为国内许多企业解决了技术难题,并被公认为在循环床燃烧技术方面最有经验的专家。

  “国外的循环流化床燃烧设计理论基本是经验性的,实际上从基础理论到设计方法,他们并没有完全掌握。”岳光溪说,“我们的这套理论体系是完全独立的循环流化床燃烧理论,研究清楚了循环流化床锅炉设计背后的道理,揭示了国外技术的缺陷和不适应中国条件的根本原因,使循环流化床锅炉设计从纯经验方式转向了理论指导方式。”

  岳教授表示,在像清洁煤技术这样一个传统的研究领域,想创新就必须站在前人的肩膀上,要对前人的东西有非常深入和直接的认识,“创新需要一个漫长的掌握别人东西的过程”。岳光溪始终强调,面向应用的科研要抓住市场需求,找到能够长期做下去的研究领域,这样才能获得持久的支持,使研究者能够形成完整的认识过程,继而去创新。

  在岳光溪院士带领下,中国的循环流化床技术在世界的位置从学生走向老师的引领地位。 2009年,国际流化床燃烧会议在中国召开,由于岳光溪在循环床理论与实践方面取得的成果,他被选为大会主席。同年,他被选为中国工程院院士。

  放眼未来推动团队走向世界领先

  岳光溪院士说:“有句话我记了一辈子,也让我跟外国人赌了20年。”他说的是在上世纪90年代初期,中国循环流化床技术处于幼稚期。芬兰奥斯龙公司的循环流化床技术比较先进,曾向中国出售了几台循环流化床锅炉。中国一直想引进他们的技术,却被一句玩笑话“只卖苹果不卖树”予以回绝。这句话深深地刺痛了岳光溪教授,为此他潜心于循环流化床技术研究,他说:“我就不信我们‘种不出自己的苹果树来!”潜心奋斗20余载,用实际行动研发了适合中国自己的煤种条件的循环流化床锅炉产品。

  这里不得不提到岳光溪院士引领我国开发的世界最大容量超临界参数循环流化床锅炉发电示范工程是如何实现超越的。2000年,在承担执行国家十五科技攻关“135MW再热循环流化床锅炉方案设计”时,岳光溪即向科技部提出应当开展超临界循环流化床燃煤电站锅炉的前瞻性研究。当时世界范围仅有四篇文章提到过这个概念,用于提高循环流化床锅炉的发电效率。但是没有做任何有价值的研究。经科技部同意,岳光溪指导自己的第一个在职博士吕俊复(后来成为科研团队下一代带头人)做了中国第一个关于超临界循环流化床锅炉可能性的博士论文。论文的结论证实超临界水循环有可能与循环流化床燃烧结合。进而岳光溪力推吕俊复担纲2003年的863项目,研究超临界循环流化床锅炉的难点和关键技术何在。到2005年,国家认识到超临界循环流化床燃煤发电对我国的清洁煤利用的重要性,科技部和发改委同时立项实现世界最大容量最高发电效率的600MW超临界循环流化床发电示范工程。岳光溪支持年轻的吕俊复教授全面负责项目。到2013年这个示范工程投运。运行参数全面超过设计值。性能远高于国外同期开发的波兰460MW超临界循环流化床锅炉。而且超临界循环流化床技术在中国全面开花,并走向世界。2017年该成果荣获国家科技进步一等奖。岳光溪院士欣慰的说“这个奖是对我国所有从事循环流化床的研究,技术开发所有工程技术人员多年奋斗,走到世界领先的肯定。荣誉是属于所有人的。”岳光溪院士仅把自己排在获奖人的最后一名。他认为尽管自己在指引研究方向上做了贡献,但更重要的是真正在第一线实现突破的年轻人。的确,他的学生吕俊复在超临界水动力学与燃烧的结合方面走的更远。而吕俊复教授也进而运用了从开发超临界循环流化床锅炉得到的心得,独立开发了可直接利用废水的油田注汽循环流化床锅炉,在新疆克拉玛依油田得到大规模推广应用,并获得了省部级科技进步一等奖。

  “技术开发的过程,就是从理论到实践,再从实践到理论,来回反复,逐步提高。”这是岳光溪最常说的一句话。数十载的科研生涯,让他积累了丰富的经验,历经风雨的磨砺也让他充满信心,“尽管现在我们已经走到世界前列,但我还有更大雄心——我们要绝对领先。”

  我国大量燃煤引发的污染引起了国家高度重视。近年提出了世界最严格的燃煤污染排放标准。传统循环流化床燃煤技术已经达不到新的所谓超低排放标准。而沿用煤粉燃烧尾部烟气污染控制技术所付出的代价及二次污染是我国中小热电和供热循环流化床锅炉无法承受的。岳光溪院士带领团队的年轻教师面对这个新挑战,回头重新认识岳光溪院士提出的循环流化床定态设计理论。发现循环流化床流态三维图谱仍然有潜力可以挖掘。2007年,通过改变图谱的纵轴-物料循环量可以实现降低厂用电,提高燃烧效率。这个发现形成了基于流态重构节能型循环流化床锅炉的新产品。进而又发现改变图谱第三轴-循环物料粒度的设置,可以实现锅炉在燃烧过程中就可以实现氮氧化物和二氧化硫同时达到超低排放标准。并与太原锅炉厂合作开发出世界从来没有的超低排放循环流化床锅炉产品,正好解决了我国大量燃煤热电厂和供热厂污染控制的市场需求。太原锅炉厂依此技术,产值直线上升到20亿,成为山西省少数的明星企业。而该技术的消息传到国外,引起了学术界的震动。他们说这是对循环流化床燃烧理论认知上的突破。岳光溪院士也荣获了国际循环流化床及流态化技术成就奖。

  他的另外一个博士生张建胜教授,在2000年毕业留校进入他的科研团队之际,岳光溪建议他转向国内正在开展的煤气化技术开发领域。张建胜欣然接受了岳光溪的建议,从零开始研究煤气化基本反应动力学和气化炉的基本工程经验。得到结论是煤气化反应与燃烧领域的欠氧燃烧基本相同。因此我们搞燃烧的完全有信心进入煤气化这个领域。通过市场和国外技术的调研,选取了当时相对技术成熟度比较高的高压纯氧水煤浆气流床气化技术作为入门,并与当时的山西丰喜肥业(后来归属到阳煤集团)开始的长达17年的合作,技术开发研究。先后开发了三代清华气化炉技术。这些技术分别克服了国外德士古水煤浆气化炉雾化喷嘴寿命短,煤种适应性窄,内部绝热耐火砖寿命短,热效率低的缺点,取得了关键技术突破。在国内外市场迅速得到推广。成为国内知名的技术流派。在国际会议上曾在德士古工作的专家感叹自己从事德士古水煤浆气化技术研究和改进多年也没有想到清华煤气化技术的改进思路。岳光溪院士的结论很简单,外方专家仅专注于煤气化技术自身,从来没有想到应借鉴燃烧领域丰富经验。岳光溪认为,清华煤气化三代技术的快速形成,一方面是得益于将燃烧领域的经验引进煤气化炉,另一得益于研究起步就坚持了科研团队产学研结合的传统。

  岳光溪院士常说,在高校作科研,尤其是工科,必须走一条产学研结合的道路。研究者不到第一线去,不亲自操作,永远得不到真知。他表示:“洁净煤技术对我们国家非常重要,我也很喜欢干这个,所以还会在这个领域继续做下去。”让他倍感欣慰的是,课题组的年轻人也已成长起来,为我们国家清洁煤技术事业的明天带来了无限生机和希望。

  岳光溪,研究员,博士生导师,清华大学热能工程系教授,中国工程院院士,太原理工大学双聘任院士。带领科研团队在循环流化床和煤气化方面得到中国专利四十余项,合作发表文章300余篇,培养博士30名、硕士70名。2009年起担任第20届国际流化床燃烧会议主席,2010年担任国际能源组织IEA-CFB的中方代表。相关科研成果先后于2004年获教育部科技进步一等奖;2006年获国家科技进步二等奖;2008年获中国工程院第七届光华工程奖;2009年获中国石油和化工学会科技进步一等奖,同年获教育部科技进步一等奖。2011年获国际循环流化床及流态化技术成就奖。2017年荣获国家科技进步一等奖。