隸屬于華中科技大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院的煤燃燒國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室始建于1986年，于1991年6月通過(guò)國(guó)家驗(yàn)收，是我國(guó)首批建設(shè)的國(guó)家開(kāi)放型重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，也是我國(guó)煤燃燒領(lǐng)域唯一的國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。作為國(guó)家科技創(chuàng)新體系的重要組成部分，實(shí)驗(yàn)室不僅是國(guó)家級(jí)的從事煤的高效低污染利用的基礎(chǔ)理論研究、面向國(guó)民經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)的技術(shù)開(kāi)發(fā)和高層次專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才培養(yǎng)的基地，也是國(guó)家組織高水平基礎(chǔ)研究和應(yīng)用基礎(chǔ)研究、聚集和培養(yǎng)優(yōu)秀科學(xué)家、開(kāi)展學(xué)術(shù)交流的重要基地。

實(shí)驗(yàn)室以高效、清潔、低碳、安全的燃料燃燒和能源利用的理論和技術(shù)為核心，主要研究方向包括：燃料特性與湍流反應(yīng)流體力學(xué)，能源利用中的污染物生成機(jī)理與防治，熱能轉(zhuǎn)換與先進(jìn)利用，熱力設(shè)備與系統(tǒng)的診斷、優(yōu)化與綜合評(píng)價(jià)。目前，實(shí)驗(yàn)室在這些前沿領(lǐng)域開(kāi)展了一系列富有特色的研究工作，取得了一批創(chuàng)新性的研究成果。

面向國(guó)家重大需求

煤炭是我國(guó)最主要的一次能源，煤燃燒是最重要的煤炭利用方式。煤燃燒國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室立足國(guó)家主要能源煤炭的轉(zhuǎn)化利用與環(huán)境保護(hù)重大需求，致力于以煤為代表的化石能源和以生物質(zhì)為代表的可再生能源的燃燒和轉(zhuǎn)化過(guò)程及其污染物生成和控制的應(yīng)用基礎(chǔ)研究，促進(jìn)清潔高效低碳能源利用技術(shù)和裝備的開(kāi)發(fā)，服務(wù)國(guó)家經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

煤燃燒國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

跨尺度流動(dòng)與傳熱機(jī)理研究是能源、環(huán)境、物理、力學(xué)等諸多學(xué)科的研究前沿，也是燃煤可吸入顆粒物排放與控制、CO2地質(zhì)封存及強(qiáng)化驅(qū)油驅(qū)氣等國(guó)家重大需求領(lǐng)域的共性基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題。由于涉及到寬譜的時(shí)空尺度，常規(guī)連續(xù)模型和微觀分子模型對(duì)此類(lèi)復(fù)雜輸運(yùn)過(guò)程有很大的限制，因此構(gòu)建高效可靠的跨尺度流動(dòng)與傳熱數(shù)值模型一直是當(dāng)前該領(lǐng)域的挑戰(zhàn)性難題。

實(shí)驗(yàn)室在此方向開(kāi)展了長(zhǎng)期的系統(tǒng)性研究，針對(duì)跨尺度流動(dòng)與傳熱中常規(guī)方法難以描述大時(shí)空尺度跨度的困難，實(shí)驗(yàn)室研究人員從流體分子的介觀動(dòng)理學(xué)輸運(yùn)理論出發(fā)，構(gòu)建了一類(lèi)新型的跨尺度流動(dòng)傳熱數(shù)值模型-DUGKS。該方法可根據(jù)流動(dòng)的局部尺度信息自適應(yīng)地動(dòng)態(tài)演變，跨越從自由分子流到連續(xù)流動(dòng)。在此方法的基礎(chǔ)上，實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)了基于DUGKS的跨尺度流動(dòng)傳熱計(jì)算平臺(tái)（dugksFoam），并研究了非連續(xù)條件下若干由溫差驅(qū)動(dòng)的非平衡熱流問(wèn)題。

實(shí)驗(yàn)室提出的DUGKS方法以分子動(dòng)理學(xué)的Boltzmann理論為基礎(chǔ)，屬于介觀模型，克服了微觀方法和宏觀方法的根本性限制，可以自適應(yīng)地描述跨尺度流動(dòng)與傳熱的動(dòng)態(tài)演變過(guò)程，從而為研究跨尺度流動(dòng)傳熱這類(lèi)復(fù)雜物理過(guò)程的機(jī)理提供了可靠高效的研究手段。此方法已得到美、英、法、德等國(guó)家同行學(xué)者的跟蹤，被應(yīng)用于湍流、溫室氣體地質(zhì)封存、非常規(guī)油氣藏開(kāi)發(fā)、航空航天等領(lǐng)域，被法國(guó)航空航天國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的學(xué)者在文中評(píng)價(jià)為“所提方法改變了研究現(xiàn)狀”。

聚焦國(guó)內(nèi)重大挑戰(zhàn)

全國(guó)燃煤電廠(chǎng)超低排放已完成大半，燃煤電廠(chǎng)排放的SOx、NOx、煙塵等常規(guī)污染物已經(jīng)處于很低的水平，與此同時(shí)，以汞為代表的非常規(guī)污染物也逐漸進(jìn)入人們的視野，對(duì)燃煤產(chǎn)生的汞有效控制是當(dāng)前乃至未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)中國(guó)所面臨的一項(xiàng)挑戰(zhàn)性任務(wù)。而燃煤汞的排放控制機(jī)理與技術(shù)研發(fā)就是實(shí)驗(yàn)室在能源利用中的污染物生成機(jī)理與防治技術(shù)研究領(lǐng)域的重點(diǎn)研究項(xiàng)目。

多年來(lái)，實(shí)驗(yàn)室圍繞汞的反應(yīng)機(jī)理、單項(xiàng)脫汞技術(shù)、污染物聯(lián)合脫除這些問(wèn)題進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究?；趯?shí)際燃煤煙氣體系中汞的均相和非均相反應(yīng)機(jī)理的研究，實(shí)驗(yàn)室建立了實(shí)際燃煤煙氣中多催化活性組分耦合的多相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型，發(fā)展了適合非均相催化燃燒反應(yīng)表面活性位密度計(jì)算的方法，提出了溫度系數(shù)的概念，構(gòu)建非均相反應(yīng)化學(xué)與溫度之間的本構(gòu)關(guān)系式，詳細(xì)闡釋反應(yīng)溫度對(duì)汞氧化反應(yīng)的影響機(jī)制，為實(shí)現(xiàn)燃燒中汞向易于控制形態(tài)的轉(zhuǎn)化奠定了理論基礎(chǔ)，對(duì)燃煤汞的強(qiáng)化氧化脫除控制技術(shù)的實(shí)施具有非常重要的科學(xué)意義和實(shí)用價(jià)值。

除此之外，實(shí)驗(yàn)室還將基于密度泛函理論的第一性原理計(jì)算，應(yīng)用到煙氣中Hg0在吸附劑表面的非均相吸附和氧化機(jī)理的研究中來(lái)，對(duì)反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行更深層次的揭示；發(fā)展了基于最高占據(jù)分子軌道和最低未占據(jù)分子軌道的汞吸附劑篩選方法，可以有效地篩選表面反應(yīng)活性較強(qiáng)的吸附劑，為吸附劑材料的篩選奠定基礎(chǔ)；形成了脫汞吸附劑的批量制備技術(shù)，為基于磁珠的可再生吸附脫汞技術(shù)示范奠定了基礎(chǔ)。

燃煤PM2.5的排放和控制研究是實(shí)驗(yàn)室在能源利用中的污染物生成機(jī)理與防治技術(shù)研究領(lǐng)域的另一研究重點(diǎn)，燃煤是PM2.5的主要排放源之一，對(duì)燃煤產(chǎn)生的PM2.5有效控制也是當(dāng)前乃至未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)中國(guó)所面臨的一項(xiàng)挑戰(zhàn)性任務(wù)，而相關(guān)控制技術(shù)的開(kāi)發(fā)，取決于對(duì)其生成與遷移機(jī)制的認(rèn)知程度。近幾十年來(lái)，國(guó)內(nèi)針對(duì)顆粒物的研究已經(jīng)取得一定進(jìn)展，但是對(duì)PM2.5的排放及控制尚缺乏深入的理解和準(zhǔn)確的理論描述，難以滿(mǎn)足控制技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的需求。

針對(duì)當(dāng)前燃煤電站常用靜電除塵器等煙氣凈化設(shè)備對(duì)PM2.5的脫除效率遠(yuǎn)低于對(duì)粗顆粒的脫除效率，不能滿(mǎn)足現(xiàn)行“超低排放”要求的現(xiàn)狀，實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)換傳統(tǒng)思路，強(qiáng)調(diào)了從“源頭”對(duì)燃煤PM2.5進(jìn)行控制，在燃燒過(guò)程中“切斷”P(pán)M2.5生成途徑的核心思想。在研究前期工作基礎(chǔ)上，實(shí)驗(yàn)室突破常規(guī)PM2.5吸附劑吸附容量低、減排效率有限等局限，建立了PM2.5吸附劑物化特性的優(yōu)化原則；通過(guò)不同吸附劑的科學(xué)調(diào)配、插層改性、化學(xué)浸漬等物理化學(xué)方法研發(fā)高效吸附劑的定向設(shè)計(jì)/改性方法，開(kāi)發(fā)更加高效、適應(yīng)性強(qiáng)的PM2.5吸附劑；通過(guò)引入水處理絮凝團(tuán)聚理論，發(fā)明了化學(xué)團(tuán)聚細(xì)顆粒PM2.5的團(tuán)聚促進(jìn)新技術(shù)；通過(guò)促進(jìn)細(xì)顆粒物團(tuán)聚長(zhǎng)大，有效提高現(xiàn)有除塵設(shè)備的除塵效率，突破了利用脫硫塔除塵實(shí)現(xiàn)超低排放的瓶頸，成功實(shí)現(xiàn)低成本的超低排放。

站在國(guó)際學(xué)科前沿

經(jīng)過(guò)近30年的建設(shè)，煤燃燒國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室裝備了眾多先進(jìn)分析測(cè)試儀器和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，現(xiàn)具備燃燒過(guò)程解析、火焰全息診斷、重金屬實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等眾多先進(jìn)測(cè)試技術(shù)和高端分析儀器，擁有富氧燃燒碳捕集、生物質(zhì)熱解多聯(lián)產(chǎn)、化學(xué)鏈燃燒等多個(gè)大型中試實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和種類(lèi)齊全的燃燒試驗(yàn)臺(tái)架，為開(kāi)展深入的能源與環(huán)境相關(guān)領(lǐng)域應(yīng)用基礎(chǔ)研究和技術(shù)開(kāi)發(fā)、為高層次人才培養(yǎng)和高水平合作研究提供了良好的平臺(tái)。

截至目前，實(shí)驗(yàn)室在煤燃燒領(lǐng)域已經(jīng)取得了豐碩的理論和技術(shù)創(chuàng)新成果：發(fā)表高水平學(xué)術(shù)論文1911篇，其中SCI收錄論文966篇、EI收錄論文1279篇；授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利185項(xiàng)（其中國(guó)際2項(xiàng)）、軟件知識(shí)產(chǎn)權(quán)16項(xiàng)，成果轉(zhuǎn)讓2820萬(wàn)元；出版著作14部、其中國(guó)際著作8部；獲得省部級(jí)以上科技獎(jiǎng)勵(lì)17項(xiàng)。其中包括國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)、國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)、國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)、國(guó)際燃燒會(huì)議“杰出論文獎(jiǎng)”、聯(lián)合國(guó)工業(yè)發(fā)展組織(UNIDO)藍(lán)天獎(jiǎng)、IEEECPMT學(xué)會(huì)杰出技術(shù)貢獻(xiàn)獎(jiǎng)等。

如今，煤燃燒國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界和工業(yè)界已經(jīng)有著廣泛深入的影響，不僅先后被本學(xué)科領(lǐng)域頂尖綜述性學(xué)術(shù)期刊Progress in Energy and Combustion Science列為“世界上有重要影響的13個(gè)煤燃燒研究基地之一”和“世界上最有影響的15個(gè)富氧燃燒低碳利用基礎(chǔ)研究團(tuán)隊(duì)之一”，還與煤燃燒領(lǐng)域多個(gè)國(guó)際著名研究機(jī)構(gòu)簽署了聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室協(xié)議，與美國(guó)麻省理工學(xué)院、日本東京工業(yè)大學(xué)等世界一流大學(xué)開(kāi)展長(zhǎng)期學(xué)術(shù)交流與合作，成為國(guó)際學(xué)術(shù)界本領(lǐng)域最活躍的研究機(jī)構(gòu)之一。

在未來(lái)，實(shí)驗(yàn)室將繼續(xù)響應(yīng)國(guó)家重大需求，立足于已經(jīng)取得的成就之上，持續(xù)加強(qiáng)學(xué)科交叉與融合，推進(jìn)基礎(chǔ)研究及技術(shù)應(yīng)用不斷深入、研究領(lǐng)域不斷擴(kuò)展，為國(guó)家和時(shí)代的發(fā)展貢獻(xiàn)更多的力量。