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缓解“燃煤之疾”——访煤燃烧国家重点实验室

记者:刘志伟

主任:徐明厚

时间:2008年1月9日上午10点

地点:华中科技大学煤燃烧国家重点实验室

  记者:煤燃烧研究到底要解决一些什么样的问题?

  徐明厚:要提高燃烧效率,燃煤与燃煤设备是需要很好的匹配的。中国煤质多变,煤质本身与设备之间的匹配问题非常复杂。如果这个设备是设计好了烧这个煤,这个问题相对来说是比较好解决的,但是如果今天我设计烧这个煤,明天换了别的煤,他们不能很好的匹配,燃烧效率大打折扣。这在中国是比较普遍的,煤买不到了,买到什么煤就用什么煤。

  另外一个方面,煤是很脏的,它在燃烧过程中产生的污染物是多种多样的,我们想弄清楚污染物是怎样生成的,用什么样的方法能减少它的排放。用什么样的方法减少它的排放,相对来说技术比较成熟的比如脱硫,脱硝指的是氮氧化物,我们现在有几个863的项目在做这方面的工作。

  记者:请您简单介绍一下我们这个实验室的历史吧。

  徐明厚:我们是国家建设的第一家煤燃烧国家实验室,1988年建设,1991年正式建成对外开放。建成近20年了,我们一直在国家实验室这个框架下开展工作。

  早期主要开展劣质煤的强化稳定燃烧研究。现在已从单纯的煤的强化稳定燃烧研究拓展到了污染物的减排。实验室经过20年的积累,取得一批重要的成果。2003年我们拿了国家自然基金二等奖,接着2004年我们成果又获得了国家技术进步二等奖。

  在国内目前最突出的是我们的基础研究,所处的地位是国内前列的。这个行业有一个权威的国际燃烧会议,会议有一个杂志,在学术界的影响力是非常大的,它是反映了基础研究的实力。50多年,整个中国大陆在上面刊发的论文大约有40篇,我们这个实验室在近10年中有7篇文章。《能源与燃烧科学进展》把我们列入世界最有影响的13个煤燃烧基地之一。

  记者:我国经济快速发展中遇到的一个最大的问题是如何节约能源、降低污染,我们能不能摆脱先污染后治理的窘境,还我蓝天?

  徐明厚:这是一个比较难回答的问题,前端和后端是脱节的,环保部门是在污染已经到空气中去了以后,才监测它并提出治理报告。我们做的是从源头如何堵住污染出现,我们正在做的一个项目,叫燃烧源可吸入颗粒物的形成机制,这个燃烧包括油、煤或者其他的一些物质。他们在燃烧过程中是怎样形成的,形成之后又是以什么样的模式来排放。排放是一个更细的颗粒,还是一个相对大一点的颗粒。你监测的是一个已经形成的东西,至于这个东西是从哪里来的,是怎样形成的,环保部门往往是不知道的。而我们就是把这个工作向上游推进。他们是怎样生成的,生成的过程中,现有的除尘装置对哪一部分有效,对哪一部分又没有效。通过这些研究,我们就可以给环保部门提一些建议,哪些可以采取措施减少排放,环保部门就可以制定标准严格杜绝排放。哪些是没有办法减少排放的,这个我们可以和环保部门结合起来。

  我们现在做的就是从源头上寻求治理方法。我们从2002年开始的一个973项目研究,目前已经发现了一些规律,很快就要结题了,并准备后续的滚动研究。这些都需要我们与环保部门合作采用新技术来把它控制住。我们要从基础研究升华到有一定的控制技术。至少是控制的方法,我们要非常明确的把它提出来。973就是通过基础研究发现问题,然后找到解决问题的方法。为后面的技术开发打好基础。

  记者:我国是一个以煤为主能源的国家,而且这种结构在今后相当长的时期内都不会改变。但为我们的技术创新领域会向哪些方向拓展,给我们的未来带来一些什么样变化?

  徐明厚:这也是我们实验室多次开会来讨论的问题,我们实验室早期主要研究燃烧的稳定强化,最后发展到了污染物的控制,现在根据形势的发展,我们也经过多次的研讨,要把研究的方向和领域做适度的调整。我们已经开始由单纯煤的燃烧转向煤的燃烧与热能转换,这是一个怎样的概念呢?煤的储量是有限的,一方面要节能减排,另一方面要实现能源的可持续发展。我们现在开始适度的向可再生能源方向拓展,但这个转向不是一天能完成的,毕竟目前煤在中国的地位是不可替代的。

  以煤为主,向生物质能源适度拓展。为什么选择生物质能源,因为它可以与煤之间进行匹配,通过混烧或者汽化来产生能源。生物质能源不仅是农村的作物废弃物,它还包括污泥、垃圾。我们主要针对这些物质燃烧利用中的问题进行研究。这是我们非常重视的一个方面。

  与此同时,我们也在对煤的新的利用模式进行探索。以前我们都是把它烧掉完事,这并不是一个最好的利用方式。煤中有很多很好的成分,我们可以对它进行处理后,把高品质的组份进行很好的利用,然后把不好用的部分拿去烧掉,这就叫资源化利用。我们正在做这方面的工作,但是目前还处在前期阶段。相当于是个学科交叉,不仅需要热能的利用技术,还需要把化工等技术结合起来。现在我们已经建设好了这样一套煤的多元化利用的试验系统。

  记者:我国是一个以煤为主能源的国家,而且这种结构在今后相当长的时期内都不会改变。但是,煤在燃烧过程中释放的有毒气体对环境造成的污染,以及因无限制利用导致的能源安全问题已经越来越严重。煤燃烧技术创新也迫在眉睫,我们有什么的研究机制来适应新的变化,为国家发展再立新功?

  徐明厚:我国煤产量世界第一,用煤量也是第一,煤的70%以上都是用来发电,原煤50%以上都是用于燃烧,从这一种能源结构来说,煤在中国能源中的地位非常重要。我们对用煤过程中造成的负面影响应该早一点引起重视,有时只注意发展,没注意环保,先污染再治理,造成治理的代价太大。

  我们正在不断加快创新的步伐。我们提出了创新立室的口号。我们虽然只有30多位专家教授,但我们透过不断探索,在我们的创新团队实现了三足鼎立、齐头并进的局面,这就是“基础研究+国际合作+技术开发”。还有我们一直比较注重一条线,这个一条线就是从基础研究到技术开发,然后形成我们的一系列的技术创新的过程。这个思路我们还是比较明确的。

  近5年来,由自己发明的专利开发的技术应用到生产实际中,所创造的经济和社会效益是比较明显的。比如2005年获得的教育部的科技进步一等奖的“下排气循环流化床燃烧技术”,投入到新建和旧流化床改造之后,每年创造的效益超过1亿元。

  记者:“燃煤排放物生成、控制与资源化利用的基础研究”研究群体是怎样形成的?

  徐明厚:“燃煤排放物生成、控制与资源化利用的基础研究”研究群体是随着华中科技大学热能工程国家重点学科、煤燃烧国家重点实验室的建设而逐步形成和发展起来的。群体核心成员全部来自煤燃烧国家重点实验室,多年来该群体一直活跃在学科前沿,形成了基础理论与技术创新及工程应用紧密结合的鲜明特色,在煤燃烧多相流动、化学反应和传热传质研究与高效低污染燃烧技术开发中做出了系列创新性成绩。近五年来,主持承担了包括2项国家973计划项目、2项国家自然科学基金重点项目、30项面上项目等在内的近百项省部级以上科研项目;出版专著7部,发表论文771篇(SCI收录154篇,EI收录309篇),获授权发明专利14项,获国家自然科学、技术发明、科技进步二等奖各1项,省部级一等奖4项、二等奖4项。

  为了扩大视野,我们每年邀请全球排名前100位的大学科研人员到我们这里来作研究。每年邀请不少于10位。我们已经连续执行了两年,取得了非常好的效果。目前,我们正在进行的有科技部的中加科技合作项目、中法合作项目,国家自然基金委的中澳科技合作、中日国际合作项目。

  我国经济快速的发展,也为我们提出了更高的要求,我们只有把握机遇吸引更多的创新充分发挥创新人才的作用,才能完成好国家赋予我们实验室的历史使命。

  ■编者按

  中国煤炭储量居世界前列,却长期深受“煤疾”困扰和折磨。煤燃烧后排放的污染物已成为严重影响国人健康的“杀手”;燃煤污染也成为环境污染的“罪魁祸首”;工厂烟囱上“黑龙”升腾,城市里“碧水蓝天”仅成为人们儿时的记忆……为了缓解中国燃煤污染之“疾”,华中科技大学煤燃烧国家重点实验与“杀手”展开了长期较量。

  华中科技大学煤燃烧国家重点实验室主要研究方向包括:燃烧机理、燃烧污染排放机理与防治、燃烧过程物理数学模型、燃烧过程监测诊断与控制、燃烧技术开发、先进发电技术。实验室拥有粒子成像测速仪(PIV)、傅立叶红外—热重联机分析仪(FTIR-TGA)、原子发射光谱仪(ICP-AES)等大型先进测试分析仪器和种类齐全的燃烧试验台架,已成为高层次人才培养、能源与环境相关领域基础研究和技术开发的重要基地。实验室重视对外开放与合作,与美国、澳大利亚、法国、英国、日本及国内同行有着广泛的学术联系和科研合作关系。

  

  

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