能源清潔利用國家重點實驗室

浙江大學能源清潔利用國家重點實驗室前身為1993 年成立的“潔淨燃燒技術國家教委開放研究實驗室”，2005年科技部批准建設， 2006年6月通過了國家科技部組織的驗收，現學術委員會主任為中國工程院謝克昌院士，實驗室主任為嚴建華教授。

基本介紹

• 中文名：能源清潔利用國家重點實驗室
• 外文名：State Key Laboratory of Clean Energy Utilization
• 別名：潔淨燃燒技術國家教委開放研究實驗室
• 聯繫信箱：[email protected]
• 機構地址：浙江省杭州市浙大路38號浙江大學玉泉校區
• 郵編：310027

實驗室定位

實驗室結合我國能源戰略與國民經濟建設需求，在能源與環境領域開展研究，以化石燃料的高效清潔利用，新能源及先進能源系統，低品位能源的高效清潔利用，能源利用過程中的污染物生成、遷移、測量及控制，複雜反應系統中的理論模擬及數值試驗等為主要研究方向，並已形成了鮮明的研究特色。

研究方向

• 一、燃燒智慧型計算最佳化與控制

• 二、煤炭與多元燃料耦合燃燒

• 三、多元燃料燃燒利用過程減污降碳高效協同

• 四、煤炭熱解-半焦燃燒耦合資源化利用

主要研究成果

在上述研究方向上，承擔了一大批國家級及省部級項目、企事業合作項目和國際合作項目。從基礎研究、套用基礎研究和產業化示範再到商業化套用，研究開發了擁有自主智慧財產權的系列成果，曾獲國家自然科學獎二等獎1 項，國家技術發明二等獎2 項，國家科技進步二等獎4 項，省部級科技進步一等獎9項、二等獎8項。如水煤漿代油潔淨燃燒技術及產業化套用、電廠鍋爐多種污染物協同脫除半乾法煙氣淨化技術、煤水混合物異重床結團燃燒技術、生活垃圾循環流化床清潔焚燒發電集成技術、可調煤粉濃淡低NOx燃燒及低負荷穩燃技術、煤的最佳化配置、催化潔淨燃燒及產業化套用、工程氣固兩相流動中若干關鍵基礎問題的研究等。另外提出了煤的熱、電、氣、焦油等多聯產方案，並研究開發了石煤、煤矸石綜合利用的灰渣提釩、制水泥等煤炭的分級利用技術；提出了需從含氧官能團定向變換角度解決生物油品位提升的思路，構建了完整的生物質熱化學轉化製取高品位液體燃料的技術路徑，主持負責了國家973項目；研究開發了生物質循環流化床直燃發電技術、醫療廢物和工業危險廢物焚燒處置技術；城市污水污泥和工業有毒有害污泥的乾化焚燒綜合處置技術；大型電站鍋爐燃燒診斷的三維CCD掃描圖像溫度場重建、濃度場測量等理論與技術；建立了可調半導體雷射器測量氣體成分、先進雷射全息診斷的方法和系統；研究開發了電站鍋爐煤粉濃度電磁波法線上監測技術等。

研究隊伍情況

實驗室具有良好的學術風氣和培養人才的措施，在培養學術接班人和中青年人才方面成績卓然，已建立了一支老中青結合的學術梯隊，具有一批在國際學術界有競爭力的年輕學術帶頭人。實驗室現有固定人員152人，含教授66人，副教授30人，研究員28人，副研究員13人，教授級高級實驗師1人，高級工程師/實驗師4人，實驗師/工程師4人。其中，中國工程院院士2人，教育部“長江學者獎勵計畫”特聘教授8人、青年學者5人，國家傑出青年科學基金獲得者9人、國家優秀青年科學基金獲得者9人，國家自然科學基金委創新研究群體負責人1人，國家973項目首席科學家3人，國家高層次人才特殊支持計畫科技創新領軍人才5人、青年拔尖人才4人，國家級青年人才項目10人，科技部“創新人才推進計畫” 中青年科技創新領軍人才5人，“百千萬人才工程”入選者6人，教育部跨（新）世紀人才11人。獲國家科技進步獎（創新團隊），系能源領域首個創新團隊獎。擁有國家級教學團隊一個，教育部創新團隊一個，浙江省重點創新團隊3個。

開放與交流

實驗室國際交流與合作十分活躍入，與能源與環境領域國際著名專家學者有深入的合作與交流，智力引進了包括歐美6 個院士和20餘名教授組成的五個研究團隊。實驗室與國外著名的研究高校和世界500強企業成立了“浙江大學-瑞典皇家工學院清潔能源聯合研究中心”、“浙江大學-普林斯頓大學氫能聯合研究中心”、“浙江大學-利茲大學可持續能源國際研究中心”和“浙江大學-法國液化空氣集團富氧燃燒聯合實驗室”等聯合研究基地。近年來承擔了歐盟框架項目、中美合作協定項目、中意合作項目、中法先進研究計畫項目、中日綠色援華計畫等國際合作項目30 餘項。主辦或承辦國際會議 21 次，任國際系列會議大會主席/聯合主席18次；國際會議大會特邀報告19 次。有力提升了實驗室的國際影響力和國際聲譽。

研究人員　

實驗室領導班子

實驗室領導班子組成

-	實驗室主任	實驗室副主任
姓名	嚴建華 教授	周昊 教授	王智化 教授	王樹榮 教授	薄拯 教授
榮譽	長江學者獎勵計畫特聘教授 國家自然科學基金委員會創新研究群體負責人 國家973項目首席科學家 固體廢物能源化清潔利用技術與裝備國家工程研究中心主任 中國動力工程學會副理事長兼國際合作委員會主任 中國工程熱物理學會常務理事 浙江省特級專家 Waste Disposal & Sustainable Energy 期刊主編	國家傑出青年科學基金獲得者 人社部百千萬人才工程入選者	國家傑出青年科學基金獲得者 國家高層次人才特殊支持計畫 -青年拔尖人才	國家傑出青年科學基金獲得者 國家高層次人才特殊支持計畫 -科技創新領軍人才	國家優秀青年科學基金獲得者 教育部長江學者獎勵計畫 -青年學者

參考資料：

學術委員會

• 第四屆：

第四屆實驗室學術委員會委員

第三屆：

第三屆實驗室學術委員會委員

第二屆：

第二屆實驗室學術委員會組成人員

第一屆：

第一屆實驗室學術委員會組成人員

固定研究人員

見下表：

代表性研究成果

◆　電廠鍋爐多種污染物協同脫除半乾法煙氣淨化技術——國家技術發明獎二等獎（2008）

項目成果屬於電力能源領域，是一項具有完全自主智慧財產權的半乾法煙氣淨化新技術，可實現對電廠鍋爐煙氣中 SO2、NOx、HCl、重金屬和有機物等多種污染物的高效協同脫除。

通過研究增濕水量、級數、含濕吸收劑乾燥時間與物理化學吸收反應強度間的內在規律，發明了多級增濕最佳化調控塔內吸收劑濕度技術；通過研究污染物的反應、遷移和控制機理以及氧化性、吸濕性添加劑對吸收劑物理化學吸收反應性能的影響規律，發明了具有吸濕性和增氧性的多組分高活性複合吸收劑，結合多級增濕實現系統協同脫除SO2、NOx、HCl、重金屬和有機物等多種污染物；通過研究氣固流動、傳熱、分離和氣動回送特性及顆粒間碰撞、磨蝕規律，發明了新型多元組合集成系統，提高系統對鍋爐負荷和高硫煤的適應性，保證系統可靠、穩定運行。最終形成了具有完全自主智慧財產權，能達到“三高一多一少”效果（高脫硫率、高燃料和高負荷適應性、多種污染物脫除、少水節水）的電廠鍋爐多種污染物協同脫除半乾法煙氣淨化技術。鑑定意見認為“研究成果具有國際先進水平，其中部分技術達到國際領先水平”。

項目獲發明專利 6 項，先後獲中國專利優秀獎、浙江省科學技術獎一等獎、國家重點新產品獎、國家火炬計畫項目、2008 年國家重點環境保護實用技術（A類）等。研究成果已在浙江、福建、安徽、河南、河北、山西、天津、廣東、深圳、寧夏、昆明等十幾個省市的 200MW 和 135MW 電廠及各種容量的熱電廠上推廣套用 110 多套，是套用最廣的國產煙氣淨化技術之一，在國內外產生了重要影響。

◆　生活垃圾循環流化床清潔焚燒發電集成技術——國家科技進步二等獎（2006）

固體廢棄物（如城市生活垃圾）高效清潔處理不僅符合國家可持續發展和節能減排重大戰略要求，而且是能源環境領域所面臨的重大科學問題之一。2005年我國城市生活垃圾年產生量為1.56億噸，列世界第二位。由於中國城市生活垃圾是一個形狀、尺度和性質極其複雜的組分混合體，大大有別於常規化石燃料，原有經典的化石燃料熱解燃燒理論和經驗模型已難以簡單套用，處置技術套用缺乏有力的理論支撐。

基於以上認識，本研究以廢棄物無害化、能源化為宗旨，在國家自然科學基金項目（重點和面上）、國家重點基礎研究發展計畫項目、國家高技術研究發展計畫項目、國際合作項目等項目的支持下，對省市生活垃圾高效清潔熱處理過程中存在的若干重要科學問題進行深入研究，在複雜組分燃燒、持久性有機污染物生成與控制等方面取得了一系列創新性成果，形成了完整地具有完全自主智慧財產權的垃圾焚燒集成技術，並已套用在全國範圍的11座（25台焚燒爐）大中城市生活垃圾焚燒發電廠，實現了日處理垃圾7550噸，占國內已建成垃圾焚燒發電廠的20%以上。截至2007 年，實現經濟效益超過20億元。

◆　工程氣固兩相流動中若干關鍵基礎問題的研究——國家自然科學獎二等獎(2005)

由於影響氣固兩相流動的因素很複雜，它涉及到流體力學、熱力學、傳熱傳質學、燃燒學等許多相關的基礎學科，故迄今為止氣固兩相流動的內在規律，特別是氣固兩相湍流運動中氣相和顆粒相的相互作用等問題，仍遠未被人們所了解和認識。本學科較早就開展了能源清潔利用與高效轉化過程中兩相複雜反應系統的理論模擬及數值試驗研究工作。

本研究在多項國家自然科學基金項目的連續資助下，針對工程氣固兩相流動基礎研究中的一些關鍵性問題，即氣固兩相湍流中顆粒和氣體相互作用的機理和數學模型、氣固兩相流動邊界層中顆粒與壁面相互作用及傳熱的強化機理、流化床中氣固兩相流動特性和影響因素等進行了系統和深入的理論和數值模擬研究。

在上述研究的基礎上，還對燃燒工程中爐內氣固兩相流動、燃燒、傳熱、污染物生成、積灰結渣，氣固兩相分離以及含灰氣流對換熱器管束衝擊磨損和防磨措施等套用基礎性問題作了深入的探討和研究，為工程實際問題的解決提供了重要的理論依據,一些研究成果已在工程中得到了套用。

◆　可調煤粉濃淡低NOx燃燒及低負荷穩燃技術――國家科學技術進步獎二等獎，2004

針對電廠鍋爐NOx排放高、煤種多變、電網峰谷差大，嚴重影響鍋爐安全經濟運行的重大問題，開發了鍋爐使用的多煤種及鍋爐低負荷不投油穩燃的可調煤粉濃淡低NOx燃燒及低負荷穩燃技術。其推廣套用，不僅節減了我國緊缺石油資源的消耗，而且有利於我國環境保護。

該技術具有穩燃能力強、調節手段多、噴口超溫自動報警、首次實現電動遙控、NOx污染物排放低等特點。採用的雙穩燃、雙調節、噴口壁溫報警及電動遙控技術在國內外屬首創。該項技術在提高鍋爐對煤種和負荷適應性方面採取的技術措施有創新，其核心技術獲得了兩項國家發明專利和實用新型專利，綜合性能處於國際先進水平。

該項技術已在上海、浙江、北京等地70餘台鍋爐中得到實施套用，並與兩家鍋爐廠建立了長期合作關係，減少NOx排放達4萬噸/年，經濟效益約1億元/年，經濟效益和社會效益顯著。通過長期廣泛套用，表明該技術：改造後鍋爐在40~100%負荷範圍內脫油著火燃燒穩定，煤種和負荷適應性強；飛灰含碳量有所降低，鍋爐效率提高。NOx排放降低30%~50%，達到400mg/m左右。

◆　煤的最佳化配製、催化潔淨燃燒和產業化套用——國家科學技術進步獎二等獎，2001

在對催化燃燒的機理、高溫固硫特性、多相燃燒流體動力學、各種燃料的著火特性、煤中不同組分間的相互作用、高溫情況下污染物的形成及降解等科學問題進行深入研究的基礎上，開發了基於非線性最佳化原理、綜合運用人工智慧神經網路、模糊數學、混合變數最最佳化求解等現代數學方法的多元最佳化潔淨配煤專家系統。用神經網路非線性最佳化配煤模型與傳統線性規劃模型相比使配煤成本大為降低。該成果解決了長期困擾我國的煤種多變給鍋爐安全經濟運行帶來的一系列問題，同時，還解決了煤炭的高效清潔利用問題，為煤炭的綜合利用開闢了一條新途徑。國家鑑定意見認為“承擔單位首次提出了預混分層、預混噴粉等空間二段脫硫技術新思路，使層燃爐高溫脫硫技術取得突破性進展；用神經網路和非線性最佳化理論，開發的最佳化配煤專家系統已成功地在杭州煤場套用；承擔單位進行了大量細緻的基礎研究工作，取得了多項高水平的研究成果。該專題研究達到了國內領先、國際先進的水平。”

杭州市已建成潔淨最佳化配煤生產線，每年為浙江省各電廠配煤 800萬噸，新增產值為 1.5億，創利稅 1800萬元。

◆　循環懸浮多級增濕半乾法煙氣淨化技術——浙江省科學技術獎一等獎（2006）

項目成果屬於電力能源領域，是一項具有完全自主智慧財產權的半乾法煙氣淨化新技術，可實現對電廠鍋爐煙氣中SO2、NOx、HCl、重金屬和有機物等多種污染物的高效協同脫除。

通過研究增濕水量、級數、含濕吸收劑乾燥時間與物理化學吸收反應強度間的內在規律，提出了多級增濕最佳化調控塔內吸收劑濕度技術；通過研究污染物的反應、遷移和控制機理以及氧化性、吸濕性添加劑對吸收劑物理化學吸收反應性能的影響規律，提出了具有吸濕性和增氧性的多組分高活性複合吸收劑，結合多級增濕實現系統協同脫除SO2、NOx、HCl、重金屬和有機物等多種污染物；通過研究氣固流動、傳熱、分離和氣動回送特性及顆粒間碰撞、腐蝕規律，提出了新型多元組合集成系統，提高系統對鍋爐負荷和高硫煤的適應性，保證系統可靠、穩定運行。最終形成了適合我國國情的循環懸浮多級增濕半乾法煙氣淨化技術。鑑定一件認為“研究成果具有國際先進水平，其中部分技術達到國際領先水平”。

項目獲發明專利6項，先後獲中國專利優秀獎、國家重點新產品獎、國家火炬計畫項目、2008年國家重點環境保護實用技術（A類）等。研究成果已在國內浙江、山西、河北等十幾個省市200MW和135MW電廠及各種容量的熱電廠推廣了77套，近三年累計實現銷售契約額6.6978億元。

◆　水煤漿代油清潔燃燒技術及產業化套用——浙江省科技進步一等獎（2007）

針對我國石油需求日益強勁增長，供需缺口不斷擴大的趨勢，尋求行之有效的清潔價廉的替代燃料，開發和套用清潔能源已勢在必行。因此，發展水煤漿燃料替代燃料油，是我國能源長期穩定發展的戰略和顯示選擇。

水煤漿是一種新型的低污染代油燃料，它是有65%~75%煤粉，30%~35%的水和少量的添加劑混合而成。它可以像油一樣貯存、輸送和霧化燃燒。浙江大學在國內最早進行水煤漿代油燃燒技術研究，通過多年的基礎研究和技術開發，已形成了具有完全自主智慧財產權的水煤漿代油潔淨燃燒理論、技術及配套工藝。電站鍋爐燃燒效率和熱效率可達到99%和91%以上，工業鍋爐97%和85%以上。研究成果已在 70餘台各種鍋爐和窯爐上大規模推廣套用，包括目前國際上最大的670t/h水煤漿鍋爐和最大的8t/h水煤漿噴嘴。國內大部分各種類型鍋爐首次套用都由浙江大學完成，許多技術指標或套用實例屬國際領先或首創，並且已經或正在向義大利、俄羅斯、日本、印尼、馬來西亞、泰國等國家輸出該技術成果，保持著國際領先水平。

◆　煤水混合物異重床結團燃燒技術——國家技術發明獎二等獎1997

在對煤生產過程中產生的特殊廢棄物洗煤泥和其它煤水混合物進行大量機理研究的基礎上，解決了諸如不同形態物料的輸送、異比重形態高濃度複雜流態化系統、各種複雜組分的燃燒及氣化反應、污染物的複雜反應機理等科學問題，提出了具有自主智慧財產權的煤水混合物異重床結團燃燒技術。該技術的基本思想為結團燃燒和異比重流化床運行，即利用凝聚結團特性使0.5mm以下小粒煤泥形成幾十毫米煤泥大團塊在爐內充分燃燒達到高燃燒效率，以及使粒度差為幾十倍的煤泥大團塊和床料在床內均勻分布，保證運行穩定，在高效清潔焚燒和控制污染排放等方面達到國內領先和國際先進水平。

研究成果在國內洗煤泥燃燒發電方面已得到廣泛的套用，國內已投運的洗煤泥燃燒發電鍋爐均採用本技術發明。該研究成果在國際上產生了重要影響。本技術已通過不同方式向瑞士、美國、韓國等國家輸出。