热能工程

本学科的特色与优势体现在：传统方向上，节能技术、能源利用与转换对环境的污染机理及其控制研究、可再生能源方面的研究基础强，具备一定的优势；新的发展方向如能源安全与控制、与能源利用相关的废弃物处理和循环技术发展迅速，形成特色。具体分析如下：

1）城市垃圾热化学处理及污染控制技术研究

到今天城市垃圾处理的目的已由原来“废物处置”变为“二次能源的合理利用”。正像科学家们讨论煤应以水煤浆的方式、煤粉的方式还是液化或气化的方式利用一样，如何更合理地从垃圾中回收能源也成了国际上的研究热点。焚烧、气化、厌氧发酵产沼气和综合处理都包含了废弃物转化为能源的过程。目前垃圾焚烧是应用较多的方法，可回收的热量用以发电（waste to energy）。

垃圾转化为能源过程的集总技术是目前国际上最为先进的垃圾处理概念。其中的关键点总结起来包括下述4个方面：

l         在选定一种垃圾转化为能源过程之前，先用一个综合的固废对环境资源的影响和固废处理方式中污染物排放的模型来评价各种待选的垃圾的处理方式，并与生命周期评价（LCA）相结合，来决定垃圾处理、处置和管理方式，从而选择具体的技术，以利于城市生态系统的可持续发展。

l         在选用垃圾转化为能源过程工艺时，不仅考虑垃圾的总产量、组分，还要考虑将来垃圾的质与量能否保证、对环境潜在有害毒性的变化以及操作特性的变化。

l         垃圾转化为能源的技术选定还应考虑将来垃圾质量的变化，包括可能存在的由垃圾分类而引起的质量流的变化,并使产能效率提高、产生的能量更方便利用。

l         垃圾转化为能源过程中产生的副产品或残渣的毒性应尽量降低，并评价这些副产品或残渣在建筑材料方面使用的可能性、合理性，如何更有效处理以满足将来更为严格的可持续发展环境要求。

我研究所（包括前身教研室）在垃圾处理技术研究上已具有15年以上的历史，并结合能源、环境两学科，具有传统优势，先后在气化技术及焚烧技术上获得国家“八. 五”攻关计划、863计划、2项国家自然科学基金、上海市科委、国家教委和上海市科技启明星资助，并对垃圾焚烧的二次污染进行了深入细致的研究, 具有自己的特色技术，例如城市生活垃圾焚烧高温烟气净化技术，烟气净化与飞灰处理一体化技术，开发了经济有效的高温烟气净化吸收剂，拥有多项发明专利和实用新型专利，目前高温烟气净化技术，飞灰处理技术已经实用化，正在为社会创造经济和环境效益。

今后这一方向的研究将克服局部问题和细节上的缺点（这也是国内研究存在的普遍问题），转向综合考虑。综合垃圾气化技术、焚烧技术、烟气净化技术、焚烧残渣处理技术方面的研究特色，将各种技术进行集成与优化，即进行集总技术研究，直接为上海市及周边及全国城市垃圾处理提供可供实施的技术方案及技术服务。

2）低NOx洁净燃烧技术研究

我所开展的低NOx燃烧器和污染控制技术研究已有十多年的时间，先后完成“电站锅炉燃烧过程数值模拟的收敛性研究”、“电站锅炉空气分级和燃料分级的NOx排放优化”、“电站锅炉NOx试验研究”、“多相共然低NOx煤粉燃烧器研究”等项目。

目前在上海市科委、经委和上海宝钢股份有限公司的支持下，对电站锅炉的燃烧过程和NOx反应特性进行了大量的研究，得到了许多有价值的结论：如电站锅炉炉膛的温度分布规律；NOx的反应变化规律；煤粉与燃气的混烧规律；燃烧过程数值计算的收敛准则等。在此基础上，我们提出在电站锅炉中组织燃气煤粉同轴射流燃烧，即多相共燃的思想，多相共燃射流中的燃气燃烧迅速，可以提高煤粉颗粒的加热速率，加快煤粉中挥发份的析出，使焦炭颗粒着火提前，使煤粒的微孔数目和表面活性核心增多，于是该技术有望大幅度降低电站锅炉的NOx排放浓度。现在，根据该思想设计的多相共燃低NOx煤粉燃烧器正在申请国家专利。

3）节能与能源系统安全控制技术研究

我国现有能源利用设备效率较低，浪费严重，对环境污染大。目前全国平均能源利用率约为32%，比发达国家低近10个百分点。考虑开采、运输和加工后，能源系统的总效率不足10%。因此，在能源相当紧缺的今天，提高能源利用效率，对于节约能源，减少环境污染，走可持续发展道路而言意义重大。我所在钢铁企业余热资源的利用方面做大量的工作，完成了诸如“钢铁企业能源结构优化”、“宝钢余热资源及其综合利用的研究”等项目。

我国能源系统也存在着比较严重的安全性问题，即，能源供需矛盾性和能源输送过程中的危险性。能源供需矛盾实际是除煤以外的优质能源供需的延续，我国石油短缺最为突出，在未来20年中对外依存度将增加到2/3。

作为城市主要能源之一的城市燃气（天然气、人工煤气和液化石油气等），其资源也是匮乏的。此外，城市燃气输送系统的安全性也越来越受到重视。

随着城市建设的发展和人口密度的增加，作为城市主要能源之一的城市燃气，其供应系统的安全运行问题日益突出。虽然城市燃气经营企业在设计、建设和运行时采用越来越严格的规范，但影响燃气供应系统安全性的因素很多，任何一种因素都可能引发严重的事故，导致城市燃气供应系统出现供气不足、管道破裂、燃气着火、爆炸、中毒等，造成人员伤亡和财产损失。

城市燃气供应系统中最棘手的问题不是在事故后如何采取补救措施，而是不知道何时、何地会发生下一个事故，以及下一个事故后果的严重程度。对城市燃气供应系统进行可靠性分析、风险辩识和评估虽然仍无法准确预测下一个事故的发生，但通过这项工作，指导如何采取必要的措施以减少一定时期内事故发生的频率和严重性却是能做到的。

要保证城市燃气供应系统安全运行，首先要知道系统的运行状况，预知管道的薄弱区和事故隐患所在，通过维修和更换，最大限度地降低系统的运营风险，提高管理水平。发达国家现在都很注重在役燃气供应系统的风险评估，美国从法律角度明确规定，要对新建燃气供应系统进行定期风险评估。

我所在城市燃气供应系统可靠性和风险性评价及完整性管理体系研究方面先后完成了“城市燃气供应系统风险评估技术研究”（上海市自然科学基金）、“上海市能源现状以及天然气资源应用前景的分析”（国际能源署合作项目）、“山东省城市燃气输配系统风险评价与安全管理”（山东省城市燃气安全检查监督站合作项目，该项目获得山东省科技进步二等奖）、“高压、超高压天然气管道抢修技术及其装备研究”（上海煤气第二管线有限公司合作项目）、“小区天然气优化供应研究”（上海燃气市北销售有限公司）、“上海市天然气主干（网）规划 ”（上海市城市规划设计研究院合作项目）等项目的研究。目前正与上海市市政管理局和上海大众燃气股份有限公司等分别开展“城市燃气输配系统风险性及其预防研究”和“上海市燃气供应系统风险管理体系建设研究”、“城市燃气供应系统可靠性与风险辩识、评价的研究”（高等学校博士点学科专项科研基金）等项目的研究工作。