清华大学煤清洁燃烧重点实验室评估报告

qimingxing

实验室评估申请报告
清华大学煤清洁燃烧技术国家重点实验室
2003年3月

清华大学煤的清洁燃烧技术国家重点实验室于1989年6月开始筹建，1993年开始对
外开放，1995年4月通过国家验收，1997年3月接受国家第一次评估。现将六年来重
点实验室在科学研究，队伍建设和人才培养及开放和运行管理等方面的工作汇报于
后，请专家和上级领导部门审查。

一、    研究工作和成果
煤是我国的主要能源，这种能源结构在很长时期内不会改变。我国目前煤产量的
75%左右直接用于燃烧，给国民经济和人民生活提供了主要的能源，同时也带来了
严重的环境污染。因此，高效清洁地燃煤和保护环境始终是本实验室研究工作的基
本任务和目标。在这一思想指导下，我们首先立足于我国国民经济发展的需要，抓
住国民经济发展中急需解决的与煤的高效清洁燃烧有关的关键科学与技术问题，大
力开展基础研究和应用基础研究。同时，发挥自己的优势，跟踪煤燃烧领域国际科
技发展的大趋势，瞄准国际先进水平，结合我国国情，及时调整自己的研究方向和
发展战略，使研究工作始终保持高起点和高水平。本实验室主要研究方向分为六个
方面，六年来在科研工作中取得了重要的研究成果。

1.研究方向和目标
1.1 煤的流化床燃烧理论与技术
煤的流化床燃烧是一种高效清洁的燃烧方式，一些将要发展的先进而又现实的燃煤
技术均与之密切相关。其研究内容是深入掌握在流化床燃烧条件下煤（碳）粒和石
灰石等脱硫剂颗粒的燃烧反应机理，高温气固两相流体动力学规律，SO2，NOX，
N2O，CO等有害大气污染物的生成机理，其形成、还原的特点及减少其产生的方法
，掌握流化床内的燃烧，传热，传质，磨损等规律，在研究和掌握流化床燃烧理论
的基础上，为流化床燃烧设备的设计提供依据。使其在当前能较好地用于中小型燃
煤设备的更新改造，从而有希望在近期内大幅度提高我国煤的燃烧效率，缓解能源
紧缺状况和显著降低燃煤污染，改善环境状况。特别是本实验室作为研究中国流化
床燃烧历史最久的单位，若干年来对流化床燃烧技术进行了深入研究，要在此基础
上完成410T/H以及以上容量的循环流化床锅炉的设计研究。

1.2 煤粉燃烧理论与技术
煤粉燃烧是我国大型电站锅炉的主要燃烧方式，大型电站是我国电力工业的骨干，
在目前和今后的一个想当长的时间内，它所消耗的原煤仍将在我国的产煤总量中占
有相当大的比例，而且这一比例还在逐步上升。本实验室在煤粉燃烧方面着重深入
研究煤粉燃烧过程中仍存在的大量的理论与技术问题，如煤燃烧特性对燃烧过程的
影响，煤与煤焦颗粒的分形特性与煤粉燃烧宏观动力学的关系，燃烧过程的流动、
传热、传质和化学反应规律，燃烧过程的稳定性与安全性，煤粉燃烧过程的数值模
拟等，目标是使煤粉燃烧理论与技术取得新的突破性进展。这一研究方向的进步，
将直接推动我国电力工业的发展，从而带动整个国民经济的稳步前进。

1.3煤的气化理论与技术
煤的气化理论与技术是煤清洁燃烧的重要发展方向之一。基于循环流化床技术的煤
的部分气化是实现煤气－蒸汽联产，改善环境，实现中小城市煤气化的重要途径，
从长远发展来看，煤气化技术是实现燃气－蒸汽联合循环的基础。该研究方向的重
点是掌握煤的气化理论，包括煤的气化反应动力学参数与煤种宏观通用关系，提出
循环流化床燃烧与煤气化工艺过程的物理数学模型，解决物料输送及其控制技术，
以便为循环流化床煤气化装置的设计提供技术基础。近期要开发一种具有独立知识
产权的非熔渣-熔渣煤气化技术，打破国外对高温煤气化的专利技术的垄断。

1.4多相流动与传热
无论是流化床燃烧，煤粉燃烧，煤的气化过程，还是燃煤污染控制过程，都存在气
－固，液－固和气－液的多相流动和传热过程。因此，对该过程的研究是整个煤的
清洁燃烧必不可少的重要基础研究。将最先进的测试，试验手段与数值方法相结合
研究多相流动过程，建立完善的燃烧室中气－固两相复杂湍流流动的数学模型，研
制相应的大型计算软件程序库预报流场的参数分布，为预报流化床及煤粉炉内的燃
烧过程提供基础；建立描述沸腾通道内瞬态汽－液两相流动及预测传热恶化的数学
模型，为大型电站锅炉变负荷运行的水动力计算提供计算方法。

1.5煤燃烧过程污染控制
针对我国大气环境污染主要是煤烟型污染的特点，近几年，本实验室特别加强了在
这个方向上的研究。研究内容包括：SO2的生成及脱除机理，燃烧源可吸入颗粒物
的生成，迁移及控制机理，烟气中CO2的富集，回收及资源化，NOX的生成和脱除机
理及技术等。通过上述研究，力争在搞清燃煤污染物生成机理的同时，发展具有我
国自主知识产权的控制和脱除技术，从而为解决我国的大气环境污染作出我们的贡
献。近期内，则要完成上述机理性的研究，通过基础研究的成果开发出适合我国国
情的包括低费用烟气脱硫技术在内的若干项具有自主知识产权的污染控制技术，并
实现商业化应用。

1.6 煤燃烧测量与诊断新技术
测量与诊断是保证燃烧及流动过程的稳定性与安全性的重要手段，也是检验理论研
究成果的重要途径之一。针对燃烧过程的复杂性，以及相关设备与系统的特点，本
实验室注重将现代测量技术用于燃烧过程的测量，同时发展基于计算机技术的新的
诊断与监测技术。

上述研究方向中，煤的流化床燃烧，煤燃烧过程污染控制是当今煤燃烧研究的热点
和焦点。实验室正是抓住这些主攻方向，集中优势，在理论上和技术上取得了重大
的进展。随着生活水平的提高，人们对环境质量的要求也愈来愈高，因此，实验室
始终以煤的清洁利用为目标，在抓好多相流动与传热，煤燃烧测量与诊断新技术等
煤燃烧基本理论和测试技术研究的基础上，加强煤的流化床燃烧，煤粉燃烧和煤的
气化等煤的洁净转化理论与技术的研究，最终实现煤燃烧过程的低污染排放和低费
用污染物脱除，达到使煤这一我国主要能源既能促进国民经济发展又不污染环境的
目的。

2.研究工作与成果
六年来，实验室共承担科研任务114项，其中作为首席科学家所在单位主持“全国
重点基础研究发展规划”（973）项目2项，973二级课题7项，“863高技术”项目
6项，国家自然科学基金项目18项，国家攻关计划项目8项，省部委重大项目6项，
项目合同总经费14904万元，实到经费7088万元，研究人员年人均经费60万元。六
年共发表论文343篇，其中国外期刊79篇，国内核心期刊264篇，SCI收录论文63篇
，EI收录论文155篇，ISTP收录论文10篇，中文专著1部，获授权发明专利10项。
其中，六年来承担的“973”项目及课题、“863高技术”项目和国家攻关计划项目
列表如下：
本室主持的“973”项目
序号    项目名称        项目编号        首席科学家      起止时间
1      燃煤污染防治的基础研究  G19990222      陈昌和，郑楚光  1999-2004
2      燃烧源可吸入颗粒物的形成与控制技术基础研究      2002CB2116      姚  强
      2002-2007

“973”课题
序号    课题名称        项目编号        课题负责人      起止时间        合同经费（万元）        实到经费（万
元）
1      常温下的水促脱硫机理    G1999022201    陈昌和  1999-2004      803    474.8
2      颗粒多尺度孔隙的动态生成及气体的扩散    G1999022205    何榕
      1999-2004      468    279.3
3      稠密气固两相流动规律的研究      G1999022208    祁海鹰  1999-2004      430    162.7
4      火灾中毒害物质的释放机理和对人体的影响  2001CB409605    吕子安
      2002-2007      185    52.5
5      燃烧源一次颗粒物的生成、成核与生长机制  2002CB211602    徐明厚，钟北京
      2002-2007      375    0
6      外加条件下可吸入颗粒物的动力学特性      2002CB211604    沈湘林  杨瑞昌
      2002-2007      350    0
7      可吸入颗粒物之间协同脱除效应与抑制机理  2002CB211606    姚 强
      2002-2007      575    0

“863”项目
序号    课题名称        项目编号        课题负责人      起止时间        合同经费（万元）        实到经费（万
元）
1      电动汽车氢源基础设施前期研究3  2001AA501986    王淑娟  2002-2002      30      30
2      可资源化烟气脱硫技术    2001AA527010    项光明  2002-2004      300    170
3      可资源化烟气脱硫副产物作为土壤改良剂的应用研究  2001AA527015    杨培岭，项
光明    2002-2004      60      0
4      超临界循环流化床锅炉    2002AA529060　  吕俊复  2002-2004      100    0
5      非熔渣－熔渣两段式煤气化炉      2002AA529050　  张建胜  2002-2004      100    0
6      煤的洁净转化与发电新技术        2002AA520020    姚 强  2002-2004      300    0
7      燃气轮机总体设计与标准研究      2002AA503030    蔡宁生  2002-2005      200    0

国家攻关计划序号        项目名称        项目编号        负责人  起止时间        合同经费（万元）        实到
经费（万元）
1      循环流化床锅炉热态性能测试      96-A19-03-04    岳光溪  1996-1998      130    39
2      配有双通道燃烧器的W形火焰炉冷、热态燃烧系统优化设计    96-A19-01-02-22 傅
维标    1997-1998      10      0
3      双通道煤粉燃烧器锅炉低负荷稳燃和低NOx特性研究  96-A19-01-01-21/22      傅维
标      1997-1998      40      0
4      天然气吸附储运关键技术与设备的研究      2001BA605A14    吴占松
      2001-2003      395    104
5      烟气循环流化床脱硫技术开发      2001BA401A06-05 佟会玲  2002-2003      100    50
6      135MW循环流化床锅炉关键部件研究 2001BA401A03-04 刘青    2002-2004      80      48
7      大型循环流化床锅炉计算软件开发  2001BA401A03-05 张建胜
      2002-2004      80      48
8      大型循环流化床锅炉设计规程      2001BA401A03-06 吕俊复  2002-2004      80      48


2.1 具有特色的科研成果
由于专业领域的特点，本实验室在主要研究方向上具有鲜明的特色。总体上，我们
紧密结合国民经济发展需要，始终承担国家重大项目。具体地说，一是以燃煤污染
防治的烟气脱硫研究为代表，以基础研究为先导，进而进行关键技术的研究，直到
关键技术的开发和应用。二是以煤的流化床燃烧理论与技术研究为代表，从上世记
六十年代我们研究中国第一台流化床开始，就认准了它代表了煤的清洁燃烧的方向
，多年来一直围绕国家重大项目，坚持不懈，从基础研究到关键技术的开发和应用
，均取得了令人瞩目的成就，在国内外均占有一席之地。

2.1.1  烟气脱硫
2.1.1.1 烟气脱硫的基础研究
(1).脱硫剂蒸汽活化机理的研究
我国是一个水资源匮乏的国家，传统的湿法脱硫工艺要消耗大量的水，是我国国情
所不能接受的，特别对于我国的北方地区。本实验室致力于研究少水甚至无水脱硫
技术。利用少量蒸汽对钙基脱硫剂进行活化，以提高其利用率和脱硫效率，是本项
研究的目标。大量的试验研究证明，经过少量蒸汽处理的脱硫剂的利用率和脱硫效
率可以提高30%以上，最高达约50%。同时，通过蒸汽活化温度及脱硫反应温度影响
的试验研究发现，当蒸汽活化温度为200℃，反应温度为600℃时，脱硫剂的利用率
最高，可为未经蒸汽活化时的2.82倍。在用蒸汽对粉煤灰-石灰混合物处理后，结
果表明它的固硫能力比单纯石灰的固硫能力明显提高（2倍以上）。在上述试验研
究的基础上，用显微分析手段揭示了纯石灰脱硫剂经蒸汽活化后增加许多新孔和大
孔，以及由于颗粒破碎和氧化钙的迁移，从而增加了反应面积，使脱硫效率提高的
机理。而对于粉煤灰-石灰混合物的脱硫剂，其固硫能力的提高，除上述机理外，
还由于粉煤灰中的铁元素大量吸附石灰颗粒，增加了脱硫剂反应面积，同时对脱硫
过程起催化作用。
本项研究成果为实现少水甚至无水的脱硫技术奠定了基础。

(2).脱硫剂浆液中颗粒特性的研究
本项研究采用双方程模型和随机轨道模型以及颗粒惯性沉聚概念，对反应器内气相
流场、水滴运动蒸发过程和水滴捕集脱硫剂颗粒形成浆滴的过程进行了数值模拟。

用蒸汽吸附脱硫模型和基于双膜理论的气液离子反应模型分别模拟未被水滴捕集的
脱硫剂颗粒和水滴捕集脱硫剂颗粒形成的浆滴脱硫过程，并通过水滴对脱硫剂颗粒
捕集效率将两者相关联，得到综合脱硫模型。进行了活化反应器内脱硫过程的数值
模拟，模拟结果与试验值吻合良好，从而清楚揭示了活化反应器内两种脱硫机理之
间的区别和相互联系。
提出了多组分溶液溶解机理性试验方法研究溶液组分对于SO2溶解特性的影响，通
过该方法可系统地分析溶液组分对于SO2溶解特性的影响，优化出对SO2溶解特性具
有促进作用的离子成分。本方法对于有关溶液组分对SO2溶解特性的影响作用和高
效脱硫剂深入研究具有重要的实际应用价值。同时，研究了多组分溶液中离子浓度
和组分对促进烟气脱硫性能的作用，研究了溶液组分对于SO2溶解特性和脱硫性能
的影响，通过研究分析出SO2溶解特性的离子和分子组分，对于促进和改善烟气脱
硫的性能具有指导作用。
脱硫剂浆液基本物性的研究, 对三种脱硫剂生石灰、石灰石、电石泥筛分后进行配
浆，分别进行浆液的基本物性，沉降特性和粘度测试实验。在实验研究的基础上，
建立了单个浆滴在湿法脱硫过程中的子模型，子模型考虑了气态扩散、气液吸收、
液态化学反应、固体溶解的综合效果。
分析探讨了烟气中SO2向多组分溶液界面扩散和传递特性，研究了溶液组分对溶液
中离子传输性能的影响。研究发现控制浆滴的蒸发时间是半干法脱硫技术的关键，
蒸发时间太短会缩短液固反应的时间而降低脱硫效率，太大的浆滴可能会撞到塔壁
而沉积，降低吸收塔的效率。过去的文献建立了浆滴的蒸发和反应的模型，但是都
忽略了界面蒸发对反应的影响及反应生成水分的影响，本研究在考虑界面蒸发和反
应生产水分的基础上，建立浆滴蒸发和反应的动态模型，并据此来求解浆滴的蒸发
时间和反应速度。
研究还发现，对应于各种不同的工况，存在着最佳的初始粒径和初始浓度，如当水
蒸气分压力为2000Pa时，最佳的浆滴初始半径和初始浓度分别为210～310μm和23
％。

(3).亚硫酸盐转化为硫酸盐的研究
如何将利用无水和少水脱硫反应产生的亚硫酸盐在尽可能短的时间内尽可能多地转
换为硫酸盐，是石灰石—石膏法脱硫技术的关键之一。在这方面前人已做了大量的
工作。在过去40年里，学者们注重研究了上述反应中的反应速率，而且研究的多数
是在碱性CaSO3溶液里、催化剂存在情况下反应的。已有的研究指出，亚硫酸盐氧
化反应的反应速率系数随实验条件的改变变化很明显，这使得很难得到可重复的实
验结果。由此可见，实验条件或者说实验手段是取得正确试验结果的关键。本研究
的创新之处在于采用异相反应的方式，即向液相的亚硫酸盐清溶液中通入气相的纯
氧或氧、氮气混合物，尝试找到FGD条件下氧化速率和温度、氧气分压、亚硫酸根
浓度的关系。这是一种新的、而且是难度极大的实验技术，据此已取得重要的研究
成果。


(4).中温链式反应循环流化床干法烟气脱硫研究
这项研究采用循环流化床反应器和以石灰为主的钙剂脱硫剂。其独到之处在于采用
新的技术路线和脱硫原理，即：在线水合高效脱硫剂制备，利用链式反应原理，使
脱硫效率和脱硫产物的品质得到进一步提高。
新的技术路线是将燃煤烟气所携带的飞灰与石灰预先经过水合反应，制备成比单纯
的石灰更好的高效脱硫剂，再投入反应器中使用。
链式反应原理的应用是指在脱硫之前，在烟气中加入少量碳氢化合物，将燃烧产生
的一氧化氮经链式反应转化为高反应活性的二氧化氮，可大大加速脱硫反应，提高
反应产物的品质和稳定性。
新的技术路线和脱硫原理应用的综合效果使所研究的技术的脱硫效率达到85%以上
。
整个系统操作简便，系统用水可循环使用，因此耗水量低，经济性好。这项技术在
国际上属首次应用，已经申请了发明专利。目前正作进一步改进与完善工作。

2.1.1.2 烟气脱硫关键技术研究
(1).液柱喷射烟气脱硫技术研究
清华大学从1992年开始研究液柱喷射烟气脱硫技术，经过将近十年的研究已形成了
液柱喷射烟气脱硫技术的成熟工艺。
液柱喷射烟气脱硫技术是一种湿法脱硫技术，是湿法脱硫技术中最先进的一种，具
有可靠性高（同步运转率在99%以上）、脱硫效率高（高于90%）、脱硫剂价廉易得
（石灰石或石灰）、负荷稳定性好（锅炉负荷变化对脱硫性能没有影响）、脱硫产
物稳定（为石膏）等特点。其价格为引进湿法脱硫的1/2--2/3，而其性能则一样，
且运行维护比国外的方便。节省的费用主要是技术引进费用和部分设备国产化后节
省的设备费用。目前利用液柱喷射烟气脱硫技术已经完成了三个烟气湿法脱硫工程
，同时对三个大型的烟气湿法脱硫工程正在进行标准设计。
第一个已完成的工程在沈阳化肥总厂，该工程是由日本科学技术振兴会和沈阳市共
同出资，利用清华大学的技术，由清华大学煤清洁燃烧国家工程中心实施，日本东
京大学、东洋工程公司为监理。项目于1999年3月开始，2000年3月完工。项目完成
后，日本科学技术振兴会和东京大学、东洋工程公司对工程进行了联合验收，被认
为是世界上湿法烟气脱硫装置中做得较好的一个。2000年8月，由教育部组织国内
权威专家进行了技术鉴定，给予了较高评价，被认为其技术国内领先，具有国际先
进水平，并建议尽快进行大型化示范。该装置脱硫效率为90%。
第二个已完成的工程在南宁市冶炼厂，该工程处理冶炼废气120000Nm3/h，废气中
二氧化硫浓度为6000---15000ppm，要求达标排放浓度小于300ppm，其脱硫量相当
于一台670t/h锅炉的脱硫量。该工程已于2000年12月31日投入运行。2001年8月通
过国家环保总局的鉴定，鉴定认为该技术具有自主知识产权，居国内领先，示范工
程运行稳定，脱硫效率达到95%以上，达到了国际先进水平。同时有望尽快大型化
，在大型电站锅炉中得到应用，为振兴民族的环保产业贡献力量。
第三个实施的工程在杭州钢铁集团公司，该工程在2001年12月完工投运，处理烟气
量为165000Nm3/h，含二氧化硫浓度为5500mg/Nm3。设计脱硫效率大于90%。
此外正在进行预设计的三个工程处理烟气量分别为440000 Nm3/h、880000Nm3/h和
1293000 Nm3/h。
这几个工程的实施，使得液柱喷射烟气脱硫技术更加成熟，并且锻炼了一批专业技
术人员和一支工程实施队伍，为进一步大型化打下了坚实的基础。

(2).烟气循环流化床脱硫技术
清华大学从1985年开始研究烟气循环流化床脱硫技术，经过长期的研究，已经形成
了具有自主知识产权（发明专利）的、比较成熟的脱硫工艺。
烟气循环流化床脱硫工艺由吸收剂制备、吸收塔、脱硫灰再循环、除尘器及控制系
统等部分组成。该工艺一般采用干态的消石灰粉作为吸收剂，也可采用其它对二氧
化硫有吸收反应能力的干粉或浆液作为吸收剂。
此工艺所产生的副产物呈干粉状，其主要由飞灰、CaSO3、CaSO4和未反应完的吸收
剂Ca(OH)2等组成，适合作废矿井回填、道路基础、盐碱地改造等。典型的烟气循
环流化床脱硫工艺，当燃煤含硫量为2%左右，钙硫比不大于1.3时，脱硫率可达
90%以上，半干法烟气温度约70℃。此工艺由于其占地面积少，投资较省，尤其适
合于老机组烟气脱硫。
该种脱硫工艺还适用于垃圾焚烧炉尾部烟气的净化，它能够同时去除烟气中的微量
的污染物，如重金属、二恶英、氯化氢等，达到湿法脱硫所不能达到的效果。
我们在清华大学试验电厂建立了烟气量为20000 Nm3/h的烟气循环流化床脱硫的示
范工程。示范工程整体运行良好，脱硫效率可达90%以上，于2002年5月通过由教育
部主持的鉴定。对垃圾焚烧烟气进行的试验结果表明能够很好地去除其中的微量污
染物，取得较好效果。这一成果将用于银川热电厂的50MW燃煤发电机组以及许昌火
力发电厂的垃圾焚烧尾部净化的示范工程，为进一步大型化和广泛应用打下基础。



2.1.1.3 烟气脱硫副产物改造盐碱地，酸性土壤及沙漠化土壤的研究

(1). 烟气脱硫副产物改造盐碱地研究  1999年开始，清华大学煤的清洁燃烧国家
重点实验室与内蒙古农业大学合作，针对内蒙古土默川近300万亩碱化土壤进行改
良试验。在实验室研究的基础上，2000年在5亩碱地上进行田间试验，结果表明，
每亩施入800公斤脱硫副产物（相当于试验土层重量的0.5%）后，其玉米出苗、成
苗率比不施脱硫副产物的土地高39.1%，达到58.2%，株高平均高出20cm,达到155.
5cm，产量达209.8公斤/亩，而不施脱硫副产物的土地的玉米产量仅67.5公斤/亩。
2001年进一步在40亩的土地上进行了对比试验，结果表明:施用烟气脱硫副产物的
土地，每亩草玉米(奶牛饲料)的产量比不施用脱硫副产物的土地高5~8倍，即达每
亩3200公斤至5900公斤，按当前最低价每公斤0.1元计算，每亩地可收入330~590元
，比不施脱硫副产物的每亩地53元高出280~540元，扣除因目前脱硫副产物长距离
(从山东)运输的费用，仍有可观的收入增加，如果以后在当地燃煤电厂建设脱硫装
置并利用其脱硫副产物，则经济效益更加可观，土默川平原的300万亩的碱地每年
可增加上亿元的收入。天津大邱庄也曾在内蒙古土默川此试验地的附近用常规的碱
化土壤的改良方法进行了万亩土壤的试验，6年内投资500多万元，非但没有成效，
反而使原来长草的碱地变得寸草不生，最后不得不宣布试验失败而撤出。
(2).用脱硫副产物改造酸性土壤研究  是由清华大学最先提出并组织研究的。
2000年开始，清华大学煤的清洁燃烧国家重点实验室与广东生态环境与土壤研究所
合作，对我国南方大面积的酸性土壤（红壤）在实验室里进行改良试验。 在详细
地分析了脱硫副产物各种成分对土壤影响的基础上，在实验室里进行种植花生的试
验。实验结果说明，施用占试验土壤层重量1%的脱硫石膏，其花生的干果重量比不
施脱硫副产物时高出60%。同时，油菜、大豆、桉树等的长势均比不施脱硫副产物
的土壤好。这一研究成果无论在理论上还是实践上都是一个重大的突破。它彻底改
变了人们以前认为脱硫副产物只能用于改造碱性土壤而不能用于改造酸性土壤的观
念。
(3).用脱硫副产物改造沙漠化土壤（甚至沙漠）的研究  本项研究刚刚完成了实验
室的初步实验，证明是可行的，准备进一步开展小规模的野外试验。
据农业部统计，我国西北、华北、东北共有34.6万平方公里的盐碱土地，而我国的
红壤地区（土壤呈酸性反应的地区），包括广东、广西、云南、贵州、福建、江西
、湖南、浙江、台湾九省区及安徽、湖北、江苏、四川、西藏五省的部分地域，总
面积高达203.5万平方公里，约占全国土地面积的21% 。改造如此大面积的不良土
壤（含盐碱土壤和酸性土壤），一直是我国农业工作者面临的巨大挑战。
利用燃煤烟气脱硫副产物改良碱性、酸性甚至沙漠化土壤，既促进了烟气脱硫，又
利用废弃物改善了土地状况，是一个“双赢”项目。按现在每年排放2000万吨SO2
考虑，假设脱除500万吨，则每年可产生脱硫副产物约1500万吨，这些副产物可改
造碱性或酸性土壤1000万亩左右（按平均施用量1.5吨/亩）。只要我们坚持下去，
就能实现改造全部不良土壤的目标。

2.1.2 循环流化床燃烧技术研究
清华大学是世界上最早进行流化床燃烧技术研究的单位之一。早在上世记六十年代
初期，在广东茂名研制成功了中国第一台流化床锅炉。1983年，清华大学在国内率
先开始循环流化床燃烧技术的研究。与江西锅炉厂合作，第一台循环流化床锅炉研
制成功。经过六五、七五、八五和九五科技攻关，先后开发了国产10～440t/h锅炉
，合作厂家从小型锅炉厂扩展到中型锅炉厂，目前与大型锅炉厂合作，完成了
125MW再热循环流化床锅炉的成套设计。鉴于清华大学在循环流化床燃烧理论及关
键技术研究方面的杰出成就，在1999年第15届国际流化床燃烧会议上，介绍本项研
究的文章获得ASME最佳文章奖，这是中国人首次在代表该领域国际最高水平的国际
流化床会议上获得这一荣誉。
由于国内锅炉厂及清华大学的努力，2000年后已有多台国产化220t/h循环床订货。
清华大学与国内锅炉厂合作范围扩展到4个锅炉厂，通过技术转让已订货生产40余
台75t/h，11台130t/h，8台220 t/h。130t/h 和220 t/h炉均通过鉴定。所开发的
新一代循环流化床技术，在实践中逐步完善和成熟，在市场上75~220t/h容量锅炉
的市场占有率迅速扩大。
我们开发出的循环床数学模型及仿真模型，在镇海石化进口220t/h循环床仿真培训
机项目上一举中标。开发出的仿真培训器于1998年11月投入正式培训运行。仿真机
给出的动态特性，与国外厂商给出的数据完全一致，该培训器已经培训了数批运行
人员。这项成果在1999年美国和德国的国际会议上引起轰动。根据文献查询这是世
界上首台循环床锅炉仿真机。该成果荣获国家四部委联合颁发的“九五”国家重点
科技攻关“优秀科技成果”奖。2001年，日本石川岛播磨公司（IHI）经多次考察
，决定出资购买清华大学开发的循环流化床动态仿真平台，开创了向发达国家出口
流化床模型研究成果的先例。
我们依据对一系列工业规模循环床的热态测试工作所取得的运行数据及相关的理论
研究，提出和发展了我国自己的循环流化床设计软件包，使该软件包的可信度和计
算准确度达到工业应用水平，并在近60台循环床炉设计上得到应用。如：受石化总
公司委托，利用该软件对茂明石化引进的2台220t/h燃用油页岩的循环流化床改烧
石油焦的工程改造可行性进行改造方案热力计算，对原有锅炉热力计算进行复算的
结果证明，本软件计算结果与国外提供的性能数据误差小于1％。利用该软件，提
出的燃料改动设计方案事后证明与国外提出的改造方案完全一致。国家石化总公司
根据清华大学的可行性报告决策，将茂明2台进口炉转移给金陵石化热电厂，实施
燃料变动改造，目前该改造锅炉已经运行，运行结果与计算完全一致，为国家挽回
直接经济损失达4亿元。清华大学开发的锅炉设计软件已经出口到日本。
十五期间，清华大学、中科院热物理所、西安热工研究院承担了国产135MW再热循
环床的示范工程。其中，清华大学与哈锅合作的国产135MW再热循环床已于2002年
年底投运。
清华大学全面提出了循环流化床锅炉的设计方法、设计准则和计算方法，掌握了具
有我国自主的知识产权的循环流化床锅炉设计技术，完全突破了国外对我国的技术
封锁。鉴于清华大学在循环流化床锅炉研究开发方面的国际学术声誉，一些著名的
国际公司，如ABB、法国EDF公司、日本石川岛播磨（IHI）等纷纷与清华大学合作
研究一些循环流化床燃烧技术中的难题。

2.2 富有创新意义的基础研究成果
2.2.1  煤燃特性通用规律的研究
研究煤的燃烧，必须首先研究煤的燃烧特性。煤的燃烧特性，即煤的微观结构、宏
观组成、挥发份析出、着火规律、碳的燃烧特性及灰渣特性等，都极大地影响煤的
燃烧过程。本实验室的煤燃烧特性宏观通用规律的研究，包括煤的热解、着火、燃
烧及其反应动力学等宏观通用规律的研究，由于提出了与传统理论不同的关于煤热
解、着火及表面反应动力学的新思想，从而具有独创性及实用性。本实验研究提出
的规律反映了中国煤燃烧基础研究水平，不仅能够预报中国主要煤种的燃烧特性，
而且能预报国外主要煤种的燃烧特性。评审专家认为“本项目从全新的角度，以新
的思路，通过理论研究和实验验证相结合的方法，对煤的热解、着火和燃烧特性提
出了一整套与传统观点不同的宏观通用规律。通过长期踏实的工作，该宏观通用规
律也已获得国内外同行的认可和赞扬，也为国内锅炉厂和电力部门所接受”。该研
究在下列四个方面获得了国际先进水平的成果：（1）煤粒热解的宏观通用规律；
（2）煤焦表面反应动力学的宏观通用规律；（3）煤焦着火的宏观通用规律；（4
）煤焦燃烧的宏观通用规律。由于这一成果的高水平和独创性，获得了1999年的国
家自然科学四等奖。在这一理论的指导下发明的<通用煤粉燃烧器>，攻克了煤燃烧
技术的一大难题，曾获国家发明二、四等奖，中国专利创造发明金奖、优秀奖。

2.2.2 颗粒分形研究
本项研究已开展的工作主要集中在煤焦的反应性方面。采用热重分析法对9种不同
煤焦（挥发分从8.8%－43.8%变化，包括无烟煤、贫煤、烟煤的各种煤种）的化学
动力学特性进行了测定，通过压汞仪对煤焦的孔隙结构进行了测试与分析，分析发
现煤焦的孔隙分成大、小两种不同的的分布，且其具有不同的分形维数，这是一个
重要的新发现。在定义了大孔表面积占总比表面积的比为a，大孔的分形维数为D的
条件下，定义一个新的参数b=aD，并发现煤焦的反应性，即其表观活化能E和频率
因子A与b之间具有良好的线性关系，从而建立了煤焦的分形维数与煤焦表观活化能
之间的定量关系。这一新参数的物理意义和这一参数的普适性问题有待进一步考察
，但无疑这为采用分形方法研究颗粒反应的孔隙结构的影响提供了一个新的方向。


2.2.3 多相湍流与化学反应流体力学研究
(1).气－固两相流动研究
本项研究发展了测量微小受力的PIV可视化实验技术，实现了对颗粒团聚过程的精
微观察和受力大小的定量测量。将观察对象集中于相互作用的颗粒和颗粒团聚体，
在图像摄取、颗粒识别和转换以及颗粒的运动学与动力学参数关系等几个重要环节
上，取得了重要进展。首次提出了计算流体力学与系统能量分析的统一理论方法，
提出了新的气固曳力模型，认为循环流化床空间各处两相流动除了满足质量和动量
守恒关系外，还应满足最小能量条件，即流动趋于一种颗粒不均匀分布的无序状态
。运用最小能量原理，将非均匀稠密气固两相流动分解成颗粒稀相（颗粒浓度低的
气固混合物）、颗粒密相（颗粒浓度高的团聚体）和由前两者构成的一种混合相，
这三种集合的各相都可以被看成是均匀的，每个集合都有各自的颗粒体积分数、气
固两相速度等。各集合之间的物理参数就存在一些代数叠加关系，现有适合于均匀
条件的曳力模型均可分别用于上述三种集合。通过求极值的方法，可得到对应于最
小能量状态的各个物理参数值，包括气固曳力系数。从气流作功能量为最小的原理
来描述气固两相流流动，可以分析双流体模型无法涉及的小于一个计算网格范围内
的不均匀流动状态，并独立给出相应的结果。将最小能量原理作为一个新的独立的
约束条件来封闭动量方程，弥补了原有曳力模型的缺陷，使原来是不封闭的和不确
定的曳力值被合理地确定下来，从而使局部流动的不均匀特性得以体现。最小能量
原理既是一个气固两相流双流体模型新的约束条件，又构成一个新的气固曳力理论
模型。采用与现有的实验数据相同的条件，改变不同的影响因素，用最小能量原理
计算出一系列曳力值，然后与实验测得的曳力数据进行直接比较，发现无论在变化
趋势还是数量级上，计算值都与实验值吻合良好。采用了新的曳力模型进行循环流
化床稠密气固两相流动的数值模拟，将得到的流场和颗粒浓度数据与实验值比较，
发现二者吻合良好，数值模拟的准确性大大提高。
      利用最小能量原理提出了颗粒团聚合力的概念，表征稠密气固两相流动中颗粒所
受到的团聚效应，得到颗粒团聚合力模型，在此基础上建立了颗粒团运动、碰撞、
破碎与合并模型。采用此模型模拟了循环流化床内的稠密气固两相流动，得到了床
内气相速度、颗粒团分布、颗粒浓度分布及颗粒团大小分布等详细的两相流场信息
。

(2).多相湍流与化学反应和燃烧污染物生成相互作用研究
本项研究将多相流理论，湍流模型理论和反应流理论结合起来, 研究了颗粒-气体
，气泡-液体和气泡-液体-颗粒多相流动中颗粒/气泡的湍流脉动和弥散以及气体和
气固两相湍流反应规律。
提出了颗粒和气泡湍流模型，颗粒湍流反应模型，气体湍流反应模型和稠密颗粒-
气体流动等新的理论模型，能够正确地反映气体和颗粒间，气泡和液体间，颗粒和
颗粒间，颗粒脉动和颗粒反应间, 气体湍流和气体反应间，离心力和湍流间相互作
用。用相位多普勒仪，颗粒图像仪，气体燃烧等实验测量证实了所揭示的新现象，
如颗粒/气泡湍流脉动及其各向异性在流场的某些区域中大于气体/液体湍流脉动及
其各向异性，阐明原来认为颗粒湍流脉动总是比流体湍流脉动小的“颗粒追随流体
”理论普遍适用的错误。又如旋流的增强使湍流反应的热氮氧化物生成先增大后减
小，燃料氮氧化物生成先减小后增大，澄清了原来或是认为旋流增强或是认为旋流
削弱氮氧化物生成的两种相互矛盾的认识，得到了原来不清楚的颗粒碰撞引起聚团
现象的产生和抑制条件等。
提出了基于上述理论的新的数值模拟方法，自行研制了模拟稀疏和稠密多相湍流流
动和反应的多种大型三维和二维程序软件。所发展的软件已成功地用于本研究群体
所研制的旋风分离器, 油水旋流分离器, 船形钝体燃烧器，旋流煤粉燃烧器, 循环
流化床, 旋风炉，和其他单位研制的水泥窑炉和窑外分解炉等, 取得了良好的效果
。
研制了相应能模拟三维和二维湍流两相流动和反应的大型数模软件LEAGAP-2,
KPS-2, CCVC-2,USM-2,DSM-PDF-2, LEAGAP-3, PERT-3等，已经在国内各行业得到
应用。有的理论模型已经挂入到著名的FLUENT软件中。
提出两种湍流燃烧和污染物生成的新二阶矩模型：“二阶矩-PDF模型”和“统一二
阶矩模型”；对PDF输运方程方法中化学热力学参数分子输运的条件平均值，也即
小尺度混合模型开展了研究，提出了一个非线性的最小方差估计的小尺度混合模型
；利用敏感性分析方法（SA）对煤燃烧中SOx，NOx生成的详细机理进行简化，得到
了骨架机理；建立了用CSP方法分析和构造总包机理的计算程序，并提出了一种封
闭简化机理方程的新的代数方法—修正的准稳态假设。

(3).网格线和流线方向一致的、减少数值扩散的新的煤粉燃烧模拟方法
为了减少数值扩散提出了三种可以实用的、各有优缺点的使网格线和流线方向一致
的数值方法：（A）四角切向燃烧锅炉燃烧室流场的ALE算法，首次成功地进行了数
值模拟, 计算结果很好，但数值方法和计算程序较复杂。（B）组合坐标网格体系
、交错步进计算的近流线数值计算方法，以及强非均匀性交错网格划分的计算收敛
方法，较好地实现了炉内流场的近流线数值模拟，很大程度上解决了炉内流场数值
计算中的伪扩散问题、复杂结构燃烧器喷嘴射流的模拟问题、多尺度空间结构模拟
问题，并可解决对炉内流场数值计算中的模型多尺度问题强，非均匀网格划分以及
大量网格数而导致的计算收敛问题，可以很方便的在工程数值计算中应用。可细致
地实现对全炉膛燃烧器区域以及屏式受热面区域复杂流动结构、复杂两相流场的模
拟，在炉膛出口处颗粒浓度右侧明显高于左侧，计算得到了煤粉锅炉实际运行中出
现的炉膛出口处右侧的烟温高于左侧的两侧现象。此方法可以方便地和商业软件
FLUENT 相结合，但计算精度有待改进。（C）燃烧室非正交贴体坐标系数值模拟的
求解方法，对于四角切圆锅炉燃烧室提出了符合其边界和流动特点的非正交贴体坐
标网格体系，即网格线从燃烧器喷口向外呈放射状展开，最外侧贴于炉膛壁面，燃
烧器以上网格线扭转角度逐渐变化，至炉膛上部与壁面平行。此种布置方式既保证
了网格线很好地和射流流线接近，又使网格和燃烧室物理边界相贴合，解决了因燃
烧器喷出的射流方向和燃烧室网格很不一致引起的流场计算伪扩散问题，又解决了
复杂结构的非正交贴体坐标网格体系数值模拟中经常出现并很不好消除的计算不收
敛问题,即由于网格线不光滑而出现的精度和收敛问题采用了合适的离散几何因子
算法，保证了坐标转换中的光滑性和离散精度。还改进了压力方程交错梯度项的迭
代方式，加快了网格远离正交性时的收敛速度。采用了3D-PDA（三维激光多谱勒固
粒运动分析仪）对四角切圆锅炉燃烧室的冷态模型内气固两相流中的气相流场进行
了测量，证实了上述数值模拟方法的计算结果与实验结果吻合。还提出了三维曲线
贴体网格中追踪颗粒轨道计算的新方法，包括：判断颗粒与任意形状六面体单元相
对位置关系，选择最优的颗粒飞出单元体时的积分步长，以及校验并确保粒子进入
新单元的处理方法等。解决了局部非光滑六面体网格中，因离散的面元向量交线不
连续而对判断粒子相对位置造成的困难，同时可高效地处理复杂的内外边界条件。
用此方法已研制出计算程序,得到了模拟计算结果实例，与3D-PDA实验测量相对比
，比前二方法吻合更好，能可靠地应用于煤粉锅炉燃烧问题的气固两相流计算。
此方法计算精度高，可进一步发展成为有自主知识产权的商业软件。

2.3 不断开拓的研究领域及其成果
2. 3.1  燃烧源可吸入颗粒物生成和控制的研究
1999年以来，清华大学在可吸入颗粒物源的物理化学特征与可吸入颗粒物形成的成
因联系、中低温过程和外加条件下超细颗粒的微尺度动力学特性和超细颗粒之间的
自脱除效应及协同作用与抑制机理进行了大量的研究工作，初步建立了燃煤排放超
细颗粒的系统采样与分析测试方法，对这些细颗粒的形成机制、显微结构、重金属
与有机污染物的富集特性进行研究，取得了如下成果：
1).选择煤种具有代表性的燃煤电厂等作为研究对象，系统采集了入炉煤粉样品、
静电除尘器前烟道尘、静电除尘器尘、静电除尘器后烟道尘、烟囱下风向尘样品和
各类灰渣样品，运用先进的分析测试手段进行分析测试。
2).建立了烟道与大气气溶胶中燃煤排放细颗粒的采样方法。
3).研究了不同变质程度煤中有害元素（As、Se、Cd、Pb、U）、有机质等的分布赋
存特征。
4).初步建立了燃煤飞灰显微结构、有机污染物的系统分类方案。
5).研究了燃煤排放PM10和PM2.5的显微结构特征以及重金属元素、有机污染物的富
集状况。
6).与瑞士联邦理工大学合作初步进行了清华大学实验电厂排放细颗粒的在
线检测。
此外，运用高分辨透射电子显微镜对冶金炉排放的超细硅微粉的物理与化学特性进
行了初步分析。采用三维动态粒子分析仪（3D-PDA）对细颗粒在不同的温度梯度和
流速下进行了测量，得到了颗粒的三维速度和其它参数。研究了在不同的温度梯度
下，细颗粒在湍流边界层中纵向和垂向速度、脉动速度分布，不同粒径的颗粒对气
流的跟随性，颗粒的湍流强度和气相湍流强度的关系，以及颗粒在边界层内的浓度
分布等问题。在研究利用热边界层内的热泳力实现对细颗粒控制的可能性方面也取
得了初步的积极成果。

2.3．2  垃圾焚烧关键技术研究
清洁焚烧与综合利用是实现城市生活垃圾“无害化、减量化、资源化”处理的有效
途径。我们经过长期的调研、考察、理论分析及大量的实验研究，在取得相关理论
研究成果的基础上，开发出一套适合中国国情的垃圾清洁焚烧技术及高性能价格比
的焚烧设备。两台150t/d循环流化床生活垃圾焚烧炉现已安装在北京市朝阳区朝来
农艺园，并已完成调试及试运行，通过了国家环境分析测试中心及中科院水生生物
研究所的测试和国家环保总局主持的鉴定，其特点主要是：
1)      燃烧组织合理  该炉充分考虑到中国生活垃圾的特点，根据其燃烧特性安排炉
膛结构，保证垃圾的烘干、燃烧、燃尽都在炉内完成；同时考虑到垃圾品质多变的
情况，增加了煤助燃系统，在保证垃圾焚烧量的情况下，用给煤量和炉内物料循环
控制炉内温度，使炉膛出口温度大于800℃（通常在850℃～900℃之间），总体上
很好地实现了垃圾焚烧的“3T”原则及垃圾处理的无害化和减量化。
2) 污染控制有效  合理的燃烧组织可有效地控制二噁英类物质的生成；炉内低于
1000℃的温度和合理的配风可有效地减少NOx的生成；布袋除尘器可有效地控制烟
尘排放并可将已生成吸附于飞灰上的有害物质捕捉下来；尾部的喷淋装置将使烟气
进一步净化，从而使烟气中全部污染物的排放达到或优于国家最新指标。
3)      防腐措施全面  垃圾焚烧在高温、中温及低温区都存在严重的腐蚀问题。该焚
烧炉对受热面进行了特殊处理，空气预热器进行了特殊考虑，其它易腐蚀的部位都
采取了相应的措施，这对保证垃圾焚烧炉的安全及寿命均十分有益。
4)      工艺系统完整  该项目在设计和实施中，不只是考虑炉本体，而是建造了一套
完整的系统，从垃圾粗分、入池、给料、烘干、焚烧、排渣，直到烟气排放、垃圾
污水入炉等，每个环节都有自己的特色。正是这一完整的系统保证了垃圾的清洁焚
烧。
5) 操作运行可靠  该炉监控手段齐备，连锁保护适当，再加上工艺先进，运行人
员感到操作方便，运行安全可靠；该炉启动快，启动时间不超过60分钟，至稳定工
况不超过120分钟；压火时间长，可达14小时；低负荷下（蒸汽量2-3t/h）可稳定
运行；通过煤助燃，可有效控制焚烧炉在启动、停炉（或压火）时的污染排放。
6) 知识产权独立  该技术是我们多年研究、独立开发的成果，整个焚烧系统包含
了我们的多项专利，因此是具有独立知识产权的新产品。
综上所述，可以看出我们研制出的150t/d循环流化床生活垃圾焚烧炉无论从规模上
，还是从技术指标上均已达到国内领先、国际上先进的水平，是一种适合中国国情
的、值得大力推广的产品。

2.3．3  前沿性研究课题
(1).火灾中毒害物质的释放机理和对人体的影响研究
重点解决的科学问题是火灾中毒害物质的形成与释放的热力学和化学动力学机理，
毒害物质对动物或人的行为能力的影响。为从根本上防治和抑制毒害物质的生成、
释放与伤害提供基本理论依据。
分别从静态和动态两方面研究并揭示火灾毒害物质生成与释放的机理及其特性，为
确切地了解其化学反应特性和过程特性提供科学依据；并针对其中的复杂问题进行
热力学和动力学数值模拟，获得对问题更加深刻的认识。
除常规火灾毒害物质以外，还将对重金属和细颗粒这些目前国际上日益受到关注的
污染物进行深入研究。
在火灾科学与生命科学的交叉领域，运用新颖的实验技术方法和分子动力学、量子
化学方法，结合动物试验科学地认识单一和组合毒害物质对动物或人的行为能力的
影响。
目前上述研究工作正在开展中。

(2).燃料电池汽车用氢能的生产、存贮和运输的研究
本研究采取生命周期分析方法，对各种氢源技术进行研究，包括：（1）在氢气站
制氢，运输到各加氢站，然后利用储氢罐或储氢材料存储在汽车上使用；（2）在
各加氢站现场制氢，然后在汽车上使用；（3）利用液体燃料车载制氢，给出其生
命周期各个阶段的能源及原材料的投入以及各种污染物的排放量，并对各中氢能利
用方式的经济性进行比较。也就是从氢的生产、运输、储存、利用等全生命周期过
程来研究氢能源的经济性、安全性、环境影响等问题，为氢能在电动汽车上应用以
及在其他方面应用奠定基础。
研究成果是确定我国对各种用途，尤其是车辆燃料电池用氢能发展的技术路线。目
前研究工作正在进行中。

(3).粉煤灰改性脱除NOx的研究
利用飞灰改性催化剂进行选择性催化（SCR）脱硝的理论研究和工程实践具有十分
重要的意义。这体现在它可以寻求实现一种符合中国国内电力能源领域氮氧化物排
放控制技术。
通过对飞灰改性的脱硝催化剂的实验研究，发现它具有很好的脱硝性能。综合分析
各类以飞灰为载体的金属氧化物催化剂脱硝反应活性的结果，得到了以飞灰为载体
的金属氧化物催化剂的基本脱硝机理：首先是氨的吸附，因为原始的飞灰颗粒的脱
硝效果很差，但其比表面并不比浸渍后的飞灰催化剂小很多。显然担载金属氧化物
构成的对氨的吸附，从而使脱硝反应发生。不同的活性成分（金属氧化物）对应着
不同的活性产生温度，也即金属氧化物和氨发生吸附反应的温度。而且随着反应温
度的升高，脱硝率逐渐增大，达到最大值后，出口的NO开始增加，脱硝率减小，但
当温度超过某点后，出口NO开始大于入口NO浓度，显然反应生成的新的NO。
在试验研究的同时，还进行了飞灰催化脱硝化学动力学（数值模拟）的数学模型的
研究。研究发现：飞灰催化脱硝的反应的动力学本质体现在两个方面：飞灰颗粒的
物理孔结构和分布及飞灰催化剂的活性位密度。

(4).氨同时吸附SO2、CO2的研究
用氨水洗涤烟气脱除CO2是一种全新的方法。NH3溶液吸收CO2的能力可以高达1.0kg
CO2 /kg NH3以上；NH3的再生容易(可以得到高纯度的CO2)；所得到的副产品碳酸
氢铵是我国农业上广泛应用的氮肥，具有一定的经济价值。
经过大量的试验研究，得到了：氨、二氧化碳及水三元体系在不同条件下的反应的
化学动力学的一些基本参数；影响二氧化碳脱除率的因素，特别是主导制约因素；
脱除二氧化碳的最佳工况参数。试验结果表明：在所有的操作温度下，对SO2的脱
除率都大于60％；氨法相对于传统的脱碳方法具有很大优势，只要反应条件控制在
合理的范围内，可以实现很高的脱碳效率及脱除速度。

二、    队伍建设和人才培养
没有高水平的队伍，就不可能培养出高水平的人才，因而也不可能建成高水平的国
家实验室。多年来，本实验室一直把队伍建设和人才培养作为首要任务。经过不懈
地努力，已经形成了一支学术水平较高，年龄层次结构合理的研究队伍，培养出了
一批高素质，高层次的人才。

2.1．队伍建设
队伍建设是实验室持续高水平发展的最重要的保证，建设一支学术水平高，年龄层
次结构合理，具有奉献精神和严谨作风，相对稳定的学术队伍，一直是实验室领导
班子的一项根本任务。
多年来，实验室在队伍建设中始终坚持两个方针：一是注意充分发挥人的作用，二
是注意环境建设。
充分发挥人的作用，即是充分发挥学术带头人的作用和青年学术骨干的作用。对于
学术带头人，特别是老一辈的科学家，充分发挥他们在国际学术界的广泛影响、在
科学上的高瞻远瞩、在学术上的高深造诣和道德修养等优势，培养和教育中青年学
术带头人、学术骨干和青年研究人员，使后者迅速健康的成长。目前，在徐旭常院
士等老一辈科学家的言传身教下，一批中青年学术带头人和学术骨干已经成长起来
。
充分发挥青年学术骨干的作用，即是要充分调动他们的主观能动性，解放思想，勇
挑重担。解放思想，即在学术上敢于提出问题，善于发现和探索新的科学问题，从
而能不断产生原创性概念，进行创新性研究，取得新的高水平的研究成果。在本实
验室的基础研究中，许多课题的新概念是由年青人提出来的。例如，在颗粒分形研
究中的煤焦的表观活化能E和频率因子A与b之间的线性关系，即是由何榕教授提出
并得出结论的；以最小能量原理为基础的气-固两相流中的新的气固曳力理论模型
是由祁海鹰副教授提出来的。勇挑重担，则是鼓励和支持他们独立申请和承担课题
特别是国家级重大课题。至今，本实验室已经有10位年青人人独立申请并负责13项
课题，如张衍国、吕俊复、项光明、张建胜等人都负责国家级重大课题。
环境建设，包括学术环境和工作环境的建设。学术环境的建设，主要是创造一种宽
松、和谐和活跃的学术氛围，使所有的研究人员，包括在读的研究生，都能在这样
的环境中充分展示自己的聪明才智，最大限度的发挥自己的积极性。工作环境建设
，则主要指工作条件和生活条件的建设。六年来，实验室千方百计筹措资金，改善
研究人员的办公条件，使每个教授有一间15m2的办公室，每位研究人员，包括研究
生，都配备了办公用房、计算机和其他办公设备。通过环境建设，促进了研究队伍
的稳定和工作效率的提高。

2.2．研究队伍
实验室现有固定在编研究人员29人，其中中国工程院院士1人，教授12人，副教授
11人，其中“长江学者”特聘教授2人。具有博士学位的研究人员17人，占60%，
45岁以下的年青研究人员18人，占64%。技术人员2人，工人2人,研究队伍中以中青
年为主，结构合理。
在队伍建设的过程中，在实验室宽松和谐的氛围中，老中青三个层次的研究人员充
分发挥各自的主动性，为实验室的建设和发展作出自己的贡献。老一辈科学家以培
养青年一代为己任，注重创造条件，千方百计让年青人在学术前沿拼搏，参与竞争
，让他们承担和负责国家级科研项目，使他们尽快成为新一代学术带头人。中年人
承上启下，协助老一辈科学家培养和锻炼青年一代研究人员，确保本实验室后继有
人，研究队伍不断壮大。青年人刻苦努力，奋发向上，逐步或已经成为学术带头人
或学术骨干。在实验室的45岁以下的18名年青人中，教授3名，副教授9名，其中国
家“973”项目的青年首席科学家1名，“973”课题负责人4名，国家“863”项目
负责人6人，国家“十五”攻关项目负责人4名，还有许多青年人承担国家自然科学
基金项目及其它部委项目和国际合作项目等，他们在科学研究的第一线已经和正在
发挥着主力军的作用。
2.3．学术带头人
徐旭常教授，工程院院士， 博士生导师,主要从事热能工程、锅炉、煤的燃烧及
其污染控制研究及工程技术开发。1985-至今，任中国工程热物理学会燃烧分会主
任, 国际燃烧学会中国分会主任，中国动力工程学会燃烧分会副主任。1993-至今
，担任清洁煤燃烧国家重点实验室学术委员会副主任，国家科技攀登计划中煤的燃
烧及污染控制基础研究课题以及中日美合作的烟气脱硫新技术国际联合研究项目的
负责人，这些领域也是他近年来的主要研究方向。
徐旭常教授创立了煤粉火焰稳定的三高区原理，研究了中国煤的燃烧特性，颗粒在
复杂流场中所受各种力对颗粒运动和弥散的影响，反应性气固两相流的颗粒随机轨
道模拟的统计方法，火焰辐射传热的概率模拟方法，解决了用华罗庚—王元数论方
法求解辐射传热多重积分方程等关键问题。他所发明的新型煤粉燃烧技术既有良好
火焰稳定性又有低 NOx燃烧特性，曾获得国家三等和二等发明奖,世界知识产权组
织和专利局的发明创造金奖。1988年获国家级有突出贡献的中青年专家称号。
1996年10月获得何梁何利科学与技术进步奖。他还获得国家和省、部、委等的奖励
共16项。现已推广应用了所发明的国际上独创的新技术，每年的经济效益超过一亿
五千万元, 并能大大降低污染物NOx向大气的排放。已发表专著6本。从1985年以来
，发表学术论文62篇，获批准的发明专利2项，实用新型专利2项，英国和德国专利
各1项。

姚强教授,1962年出生，国家教育部“长江学者”首批特聘教授，清华大学热能工
程研究所所长，煤清洁燃烧国家工程研究中心主任、《工程热物理学报》和《洁净
煤技术》的编委，“973”项目首席科学家。长期从事煤的燃烧及其污染控制方面
的研究，特别在水煤浆燃烧和可吸入颗粒物的研究方面成绩显著。承担并通过鉴定
的项目有：七五国家攻关项目"50T/H燃油工业锅炉应用水煤浆代油燃料技术"及其
子项“CWS/XL型水煤浆燃烧器”、“ZGS-1型第列水煤浆过滤器”和“水煤浆前置
燃烧室”, 胜利油田应用水煤浆代油技术的工业应用研究, 国家科委“八五”攻关
项目“电站锅炉燃用水煤浆技术研究”和“建立国家水煤浆中心与工程技术现代化
系统”等。曾获"七五"国家攻关重大成果奖(1991年)，国家教委科学技术进步三等
奖（1992），浙江省1991年度省科学技术进步三等奖（1992），浙江省教委科技进
步一等奖（1986）等多项奖励。

岳光溪教授，1945年出生，煤的清洁燃烧技术国家工程研究中心常务副主任，国家
三部委流化床燃煤攻关项目的主要发起人及咨询专家。岳光溪教授长期从事煤燃烧
，特别是流化床燃烧的研究，在循环流化床锅炉设计、放大，循环流化床锅炉内气
-固，汽-液多相流动的研究方面有很深的造诣。“八五”、“九五”、“十五”期
间均主持国家科技攻关项目，取得了一批国际领先水平的科研成果。自1993年起，
改进了国际上最新出现的方形分离器循环床技术，形成了为国外认可的异型水冷分
离循环床实用新型专利。在该专利基础上，与国内多家企业合作，开发了具有完全
独立知识产权的15MW-100MW 水冷异型分离循环流化床锅炉。其高度的可靠性受到
用户好评，市场份额不断扩大。产品累计产值超过3亿，近年年增长产值过亿。清
华大学的循环床技术及设计软件已出口日本，日本新能源开发组织出资1930万元支
持我们在中国完成使用本技术的示范工程，开创了中国循环流化床技术出口的先例
。根据我们对循环床内部过程的深入了解，与我系李政教授合作开发了世界上第一
台应用于实际锅炉的循环流化床仿真机。近期提出非融渣－融渣两段式煤气化新技
术，开拓了清洁煤技术新方向，得到了国家科技部的支持，进入了国家“863”计
划创新课题。

陈昌和教授，1945年出生，工学博士，国家清洁能源行动专家组成员，科技部“科
技经济专家委员会”专家，长期主要从事煤燃烧及其污染防治的研究。上世记八十
年代初开始，对煤的燃烧过程进行数值模拟的研究，在国际上率先应用我国著名数
学家华罗庚、王元的数论方法成功地对煤燃烧过程进行数值模拟，目前仍保持这一
研究领域的国际领先地位。1992年-1993年，作为访问学者在美国麻省理工学院（
MIT）化工系从事煤燃烧特性的研究。1995年底至1996年初，在德国DARMSTADT大学
进行气体燃烧特性方面的研究。曾获机械电子部科技进步二等奖一次（1992），国
家教委科技进步二等奖一次（1993）。获两项国家发明专利（分别为第一发明人和
第二发明人）。“八五”与“九五”期间，和徐旭常院士合作主持并承担国家“八
五”攀登计划项目“煤粉燃烧过程中SOX 和NOX的污染控制的基础研究”。在徐旭
常院士的指导下，在国内最早进行系统的燃煤污染防治、特别是烟气脱硫的基础研
究工作，现主持一项国家“973”项目。

2.4．人才培养
在人才培养方面，实验室主要抓了青年学术带头人、青年学术骨干以及研究生的培
养。
2.4.1青年学术带头人和学术骨干的培养
青年研究人员是实验室的新生力量，是实验室的未来和希望。如前所述，无论是老
一辈的科学家，还是中年的学术带头人，始终都把培养青年学术带头人和青年学术
骨干作为他们最重要的任务。多年来，实验室积极创造条件，促使年青人尽快成长
。特别重要的是，实验室积极创造条件，使年青人在国内外的学术舞台上充分的展
示他们的才能，这包括：在国际上，支持青年学术带头人和青年学术骨干参加国际
会议，出国进修和进行国际合作研究等；在国内，除支持和鼓励他们参加各种学术
会议和讲学活动外，更主要的是鼓励他们积极参与国家重大科研计划和科研项目，
从中接受锻炼，亲身感受和体验国民经济发展的重大需求如何与我们的科学研究紧
密结合，从而增强他们作为科学工作者的使命感和责任感，激发他们为国家的振兴
进行创新性科学研究的动力。通过国内外学术活动的陶冶，国家级重大科研项目的
磨练，一批充满活力的青年学术带头人和年青学术骨干已经成长起来，其中青年学
术带头人有姚强教授、蔡宁生教授、张健教授等，青年学术骨干有祁海鹰副教授，
张衍国副教授，吕俊复副教授等。

祁海鹰副教授，德国工学博士（Dr.-Ing.），副教授，清华大学热能工程研究所副
所长，中国工程热物理学会多相流专业委员会委员。近年来在多方面做出了创造性
的成果：提出双流体模型与系统能量分析的统一理论方法，建立了描述稠密气固两
相气固曳力的新理论模型，解决了长期以来用双流体模型模拟循环流化床内稠密气
固两相流动的关键问题；作为负责人承担了973项目“燃煤污染防治的基础研究”
中的课题“稠密气固两相流动规律的研究”，清华大学985研究基金项目“沙漠迁
移过程中的气固两相流动规律”等；完成学术专著1部（德文）：Euler/Euler
Simulation der Fluiddynamik Zirkulierender Wirbelschichten, Verlag Main,
Aachen, Germany, ISBN 3-89653-224-3, 1997（中译：循环流化床流体力学的欧
拉数值模拟）；于国外SCI和EI刊物，国内核心刊物和国际会议中发表论文42篇。


张衍国副教授,长期从事固体废弃物处理的研究，共承担和主持了10多项研究开发
课题，总经费达6000万元。其主要科研成果可概括为四个方面：
（1）在城市生活垃圾及其它废弃物的清洁焚烧方面完成了大量的研究及开发工作
，形成了适合中国国情的、具有自主知识产权的、工艺完整的城市生活垃圾及其它
废弃物焚烧系统。现在已完成了从每小时处理量为100公斤到每日150吨的产品设计
与样机制造。根据自己的研究成果所开发的焚烧炉可以焚烧不经分选的原始垃圾，
可燃质的燃烧效率大于99%，污染物排放达到国家标准，其性能价格比为国外产品
的3倍以上。
(2)在高水分烟气传热研究中，通过大量实验及分析计算，首次发现烟气中水份浓
度分布对传热的强化作用，并提出了有关计算方法。对于高水分的烟气，通过对流
传热特性理论研究，发现由于水分增高而对流换热能力加强的原因

qimingxing

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xfseu

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