燃燒理論及其研究發展方向摘要：燃燒理論的研究對于高效清潔燃燒技術的發展，燃燒動力的優化設計，燃燒污染物的排放控制及火災防治等方面都有其重要的作用，關系到國民經濟可持續發展，國防安全的核心利益，本文剖析了對燃燒理論研究的科學價值，戰略意義，以及我國的研發現狀和將來的發展方向，并對國內外燃燒理論基礎研究的長期發展目標和優先研究領域提出了建議。并總結了我國電站鍋爐燃燒優化的口的和意義，回顧了我國電站鍋爐燃燒優化技術的發展歷程，對鍋爐燃燒優化多年來的研究成果和技術發展做了較為全而的評價，深入分析了燃燒優化技術現狀以及存在的問題，其中特別對燃燒優化技術的研究動態作了系統的分類。最后，結合軟測量、人工智能等先進的理論和方法，提出了電站鍋爐燃燒優化技術在檢測技術、閉環控制、燃燒器改造等方而的發展前景。關鍵詞：燃燒理論；污染物排放；長期發展目標；優先研究領域1燃燒理論基礎研究的意義燃燒是指燃料和氧化劑之間發生劇烈的化學反應，并伴有發光發熱的現象。燃燒是人類最早認識并掌握的一種自然力，歷史上燃燒技術的發展程度曾代表了人類征服自然界的能力和人類社會的發展水平。燃燒學是研究氣體燃料、液體燃料、固體燃料的著火、熄火、燃燒過程和機理的學科，其研究目的是通過實驗和理論方法了解燃燒現象的本質、主要影響因素及發展變化規律。由于燃燒是一種化學反應、流動和傳熱傳質相禍合的物理化學現象，因此從物理和化學兩方面著手的基礎燃燒研究可以幫助人們從宏觀和微觀角度認識燃燒現象、理解燃燒原理、指導實用燃燒技術的發展，已成為燃燒研究領域乃至工程熱物理領域的重要組成部分。由于以下諸方面因素的推動，基礎燃燒研究在國民經濟發展、節能減排和國防安全等國家重大戰略需求方面正在發揮著越來越重要的作用。首先，化石能源的燃燒為當今世界提供了超過85%的能源供應，而化石能源急劇的消耗量和有限的儲量之間已經產生了嚴重的矛盾。特別是近年來我國國民經濟飛速發展，對能源的需求量也大幅增加，在本世紀前十年內年均增長率可達1000，遠高于國際同期水平，能源安全形勢尤為嚴峻。由于新型能源技術尚有待發展，在可預測的未來數十年內，通過化石能源燃燒提供動力或熱源的格局仍然不會有大的改變。因此，優化現有燃燒器、發展新型燃燒技術、提高燃燒效率是目前最為有效的節能手段之一。另一方面，當前我國能源供應以煤炭為主，煤炭的高效利用也是急需解決的問題。其次，燃燒(特別是煤燃燒)能夠產生大量的污染物，是目前主要的大氣污染來源，給全球環境和人類健康均造成了嚴重危害。例如，大氣中超過90%的氮氧化物(NOx)和超過50%的硫氧化物(SOx)來自于燃燒過程;化石燃料的燃燒還會產生大量的碳煙(Soot)、多環芳烴(PAH)和溫室氣體。作為解決燃燒污染物排放問題的關鍵，清潔燃燒技術的發展離不開基礎燃燒研究的理論指導。再次，燃燒在國防領域具有極為重要的應用，特別是在航空和航天領域，如新一代航空飛機研制以及爭奪外層空間控制權的高超聲速飛行器研制的國際競爭中，航空發動機和超燃沖壓發動機設計、飛行器安全運行、先進航空燃料設計等核心問題的解決均離不開航空燃料的熱解、低溫氧化、高溫氧化和燃燒數值模擬等基礎燃燒研究課題的發展。此外，燃燒還在運輸、熱電、制造等多種工業領域有著廣泛的應用，并在家庭用暖、垃圾焚化、火災安全等諸多領域發揮著重要影響，基礎燃燒研究的進步對于提升行業競爭力和民眾生活質量有著舉足輕重的作用。針對上述研究需求，目前國際基礎燃燒研究的熱點研究方向涵蓋燃燒化學反應動力學、碳煙和大分子燃燒污染物形成機理、燃燒診斷、層流火焰、湍流火焰、異相燃燒、噴霧及液滴燃燒、爆震及超音速燃燒、火災科學、靜止燃燒及環境影響、內燃機及燃氣輪機燃燒、燃燒新技術及反應流等期刊。2國內外燃燒基礎研究進展回顧25年的發展歷史，國家自然科學基金在促進我國基礎燃燒研究方面發揮了重要作用，國家自然科學基金委員會(以下簡稱自然科學基金委)工程熱物理學科對燃燒領域的基礎研究給予了持續資助。2000年以前，由于我國基礎研究經費較為缺乏，研究人員沒有條件全身心地投人基礎研究，因此從事基礎燃燒研究的力量較為薄弱，研究方向注重工程和應用，高水平的研究成果不多。這種狀況制約了我國燃燒技術的進步，并影響了我國燃燒學科在國際上的學術地位。針對這種狀況，工程熱物理學科基于國家科學基金支持基礎研究的基本定位，在2000年組織了燃燒領域研討會，并于2001年組織了香山科學會議，邀請國內外著名燃燒專家討論如何加強我國燃燒領域的基礎研究，以期逐步提高我國在燃燒多。鋁燃燒的動力學模型己經發展的逐漸成熟，模型不僅能夠準確地預測鋁顆粒/液滴的點火和燃燒過程，還能預測氧化鋁的形態變化。3.2電站鍋爐燃燒優化技術發展方向和展望前已述及，鍋爐燃燒優化技術在取得眾多成果的同時，也面臨著不少問題和困難。鍋爐燃燒優化技術一個總的發展方向就是通過解決存在的問題，并結合燃燒、控制等方面的先進理論和技術，推動燃燒優化技術的發展。3.2.1加強檢測技術的改進工作鍋爐燃燒參數檢測技術是燃燒優化技術的基礎，檢測裝置和技術目前普遍存在品質和測量準確性的不足。這個問題已經受到研究人員和生產企業高度關注，大量的研究開發工作，將使這個問題在不久的將來得到較好的解決。特別要指出的是，軟測量技術是可能解決此類問題的一條新途徑。在軟測量建模中，有基于工藝機理的方法、基于對象數學模型的方法、基于回歸分析的方法、基于模式識別的方法、基于粗糙集理論的方法、基于人工神經網絡、基于支持向量機的方法等。目前，人工神經網絡已經廣泛應用到工業過程建模和控制中，其中比較典型的是BP神經網絡建模、RBF神經網絡建模等。3.2.2燃燒控制系統向閉環控制和綜合智能控制發展對基于檢測技術或智能控制技術的鍋爐燃燒優化技術而言，其走向系統化、工業化應用的關鍵是實現在線閉環運行，使之直接參與生產控制過程。隨著技術日趨成熟和鍋爐燃燒優化指導系統在電站的廣泛應用，實現燃燒優化的閉環控制正在成為人們關心和研究的新課題。針對要解決的困難，利用DCS硬件優勢和靈活方便的軟件組態功能實現這一控制系統，不增加額外的硬件費用，系統維護量小，可靠性高，是今后燃燒優化控制系統發展方向。燃煤鍋爐由于其動態特性的復雜性，燃燒控制系統的優化完善是一項復雜的任務。需要更好地應用先進的控制策略，從整體上提升燃燒控制系統的性能。因此，對于鍋爐這樣的復雜系統而言，按照分級控制的系統結構，建立在智能協調、局部優化的基礎之上，有針對性地采用經典和先進的控制策略，構成綜合智能控制，已經成為重要的發展趨勢。3.2.3繼續發展燃燒技術和優化燃燒器設計在燃燒技術方面，由于我國燃煤煤質差，且目前有1/5以上的大型電站鍋爐燃用難燃煤種，因此，應大力發展適合我國無煙煤等難燃煤種的燃燒技術。我國的電網容量巨大，為適應日益增大的電網峰谷差對調峰的要求必須進一步解決好鍋爐機組的穩燃問題，應繼續發展穩燃技術和燃燒器。燃燒技術的另一個重要內容是潔凈煤技術，對煤粉爐而言包括潔凈優化動力配煤技術、低污染燃燒技術和煙氣凈化技術?？傮w而言，要加強兩方面的燃燒器優化設計:一是低NO、燃燒器;二是煤種適應能力強的燃燒器，以有效緩解環境保護和煤質變差的難題。4結束語結合我國基礎燃燒研究的現狀和研究基礎、國際基礎燃燒研究發展態勢以及國家戰略需求，基礎燃燒研究領域的長期發展目標應為:建立一支結構合理、精干和穩定的基礎性研究隊伍，支持研究者開展開創性、引領性的基礎研究，解決目前權威期刊論文