寫大地科研 鑄能源春秋
——記浙江大學教授、能源清潔利用國家重點實驗室副主任周昊

呂騰波

“什么是熱能工程？是不是就是燒鍋爐的？”

在剛踏進大學校園時，看見那一排比教學樓還要高大的管道和鍋爐，周昊與同學們不禁有些迷茫。“可能剛進大學有點落差，覺得這個專業不是那么高大上。”那時的周昊完全沒有想到，不久之后他就會被這個粗看一點兒也不高大上的行業深深吸引，并將之當成終身奮斗的目標。

“還真有意思！”

1989年，剛滿16歲的周昊考入了浙江大學能源系。在互聯網還未興起的時代，能源可以算得上是當時炙手可熱的高科技領域。因此，在老師的指導下，高中時期就對能源感興趣的周昊毅然報考了能源專業。

盡管踏進大學校園后，面對一排帶著煙囪的鍋爐，周昊體會到了理想與現實的差距，但很快，奧妙無窮的知識海洋就將他密切包圍。4年求知若渴的大學時光既充實又短暫，還未真正領略能源世界的精彩，大學就已臨近尾聲。自然而然地，因成績優異作為班級唯一一個被保送讀研的周昊選擇留在了浙江大學能源系繼續就讀，導師正是我國著名工程熱物理專家、中國工程院院士岑可法教授，他也是周昊后來的博士生導師。在岑院士的引領下，周昊一步步真正走進了能源的世界。

周昊（前左一）在“浙江大學-華潤電力智慧能源聯合研發中心”簽約暨揭牌儀式上

自18世紀工業革命以來，能源就成為掌握國民經濟發展的重要命脈。我國是全球最大的能源生產和消費國，但其產生的生態環境污染問題也造成了極大危害，能源的清潔利用成為可持續發展的必然方向，尤其是煤炭的利用。

“我國是一個‘富煤少氣貧油’的國家，未來很長一段時間內，煤炭都將占據我國大部分能源的構成?！敝荜徽f道。研究生期間，他就跟隨導師，主要在煤炭清潔高效發電、電力生產過程污染控制、能源轉化過程數值試驗與測試等方向開展前沿基礎研究和工程技術創新。

隨著研究的日益深入，周昊對能源領域的興趣也越來越濃。鍋爐的每個設計參數、每個結構尺寸都影響著最后的運行效果，同時運行人員的水平也影響很大，一臺鍋爐，這個運行人員可以運行得得心應手，而另一人可能這邊結渣，那邊燃燒不完全，看來燃燒真是一門大學問啊。能源領域的博大精深激發了周昊的興趣并使他全身心投入。就這樣，每天穿梭在設備之間的日子也變得充實且富有成就感?！斑@個行業不僅能夠為人類為社會貢獻電和熱，而且還非常有意思，粗中有細，對設計人員和運行人員的要求特別高?！敝荜桓袊@。

2002年，導師告誡“年輕人要早去、多去接觸外面的世界”，周昊作為訪問學者來到了法國。彼時，他參加的項目“鍋爐受熱面管束磨損和防磨措施的數值試驗研究”剛剛獲得高等學?？茖W研究優秀成果獎自然科學獎一等獎，對燃燒的研究也漸入佳境，中國加入了世貿組織，國內電力行業迎來了新的大發展，而在法國學習這段期間，又讓周昊對于能源有了更加全面且深刻的認識。

“在法國這一年，我感覺到個人發展是與國家發展緊密結合在一起的。歐美與我國能源結構不同，他們以油氣為主，所以研究方向也都偏油氣燃燒領域?！庇I革命期間90%多的能源都來源于燃煤，但煤電在有序地退出，低碳化、清潔化是能源發展的必然趨勢?！拔覀儑业馁Y源稟賦以燃煤為主，煤炭將是未來長期一段時期內的基礎能源，但這也讓我思考起未來的研究方向，是否在繼續做煤燃燒的同時，也開拓一些新的方向，與時俱進？”周昊不斷思索。

2003年回國之后，周昊開始謀劃布局油氣燃燒方面的工作，以便為進入燃氣輪機領域打下基礎。2004年，博士論文《大型電站鍋爐氮氧化物控制和燃燒優化中若干關鍵問題的研究》順利通過答辯，并于2006年獲評全國百篇優秀博士學位論文。

回國后，正趕上中國經濟的飛速發展期，周昊的科研工作也取得不少突破性創新成果：2004年，“可調煤粉濃淡低NOx燃燒及低負荷穩燃技術”獲國家科技進步獎二等獎；2005年，“工程氣固兩相流動中若干關鍵基礎問題的研究”獲得國家自然科學獎二等獎；2006年，“沙角C電廠節能技術的系統研究與應用”與“直吹式制粉系統風煤在線測量系統開發與研究”項目分別獲得當年廣東省科學技術獎二等獎與廣東省科學技術獎三等獎。2006年，年僅33歲的周昊成為了浙江大學能源工程學系教授。

個人的成長機遇不僅與國家的發展息息相關，也與世界緊密關聯。2007年，中國的鐵礦石市場已成為全世界最大的綜合礦業公司澳大利亞的BHP billiton公司（BhpB，必和必拓公司）的最大客戶，必和必拓希望在中國尋找一個鐵礦石燒結方面的合作伙伴。為此，他們多次派出專家團隊來到中國調研尋找，但一直未相中合適的伙伴，一個極其偶然的情況下，寶貴機遇竟然降臨在了周昊身上。

后來，必和必拓的專家告訴周昊：由于任務一直未完成，他們在飛機上也在談這個合作事項，這時邊上的一個女生告訴他們：“你們可以到浙江大學找一下Prof.Hao ZHOU，他煤燃燒做得不錯的”。隨后必和必拓的專家輾轉找到了周昊，并考察了實驗室在煤燃燒、結渣、多孔燃燒等方面的研究后，非常滿意，隨即簽下了一個長期合作協議，并成立了“浙江大學-必和必拓鐵礦石燒結研究中心”，周昊擔任中心主任并先后委托他開展了“高溫下燒結床不同區域的熱模擬”“鋼鐵廠對環境影響和燒結質量模型”等項目，盡管對于周昊團隊來說，鐵礦石燒結是一個全新的領域，但由于有前期煤燃燒的積累，這些項目的完成情況令必和必拓非常滿意。

2009年世界金融危機不期而至，BHP billiton公司為削減成本，決定關閉其在澳洲的Newcastle的研究中心，經慎重考慮后決定將該研究中心價值近兩千萬的實驗室設備全部捐贈給浙江大學周昊課題組，并委托了“燒結杯試驗研究”“鐵礦石燒結過程中火焰前鋒阻力影響因素的研究”“鐵礦石燒結過程中床層孔隙度模型的基礎研究”等一系列研究項目，用以對必和必拓生產的鐵礦石提供燒結配方和燒結工藝參數指導。從煤燃燒到進入鋼鐵行業，周昊的研究領域就這樣越走越寬。

“我至今都不知道當年飛機上推薦我們的那個女生是誰，如她能看到這個報道，請一定收下我對她的感謝。”周昊笑道。而那時的他也不會想到，在不久的將來他又將面臨一個更加寶貴的機遇，正是這一次讓他站在了國際能源研究大舞臺的中心。

中東，一戰成名

2012年年初，全球最大的發電設備制造企業——東方電氣集團東方鍋爐股份有限公司（以下簡稱東方鍋爐）和山東電力建設第三工程有限公司組成聯合體總承包的沙特阿拉伯拉比格電站的660MW燃油鍋爐出現了嚴重的振動問題。70多米高、18米寬、14米深的龐然巨物，在短短兩個月中共發生燃燒振動近百次，每次振動發生時整個機組鋼架都瑟瑟發抖，在數公里外都能聽到鍋爐振動的聲音，集控室的地板都抖動起來，運行人員惶恐不安，鍋爐里水壓和蒸汽壓達到近200個大氣壓，如果振動導致鍋爐爐管破壞，高溫高壓水和蒸汽外泄，后果不堪設想。

如振動問題不能及時解決，后果非常嚴重。這個項目不僅是中國在沙特的最大項目，而且也是中國600MW級發電設備首次進入中東市場，如果不能在規定期限內解決振動問題，中國企業不僅將面臨著總額18億美元的項目拒收造成的100多億元人民幣的巨大經濟損失，同時也將面臨今后中方企業無法進入中東發電市場的嚴峻形勢。

中方與沙特業主向全世界范圍內發出了求救函，邀請了美、日、英、芬蘭、意大利、韓國等十余國油氣燃燒領域專家到現場進行分析、改造和調試，歷時2個多月，但一籌莫展，與此同時，“中國產品質量不行”的說法開始蔓延。

緊急關頭，東方鍋爐想起了有著長期合作關系的周昊教授并上門求助?！皬姆▏貋碇笪揖烷_始研究油氣燃燒以及相關振動研究，聽了初步介紹后我覺得是燃燒聲學振動問題。”2005年周昊申請成功了國家自然科學基金“燃燒熱聲不穩定的優化控制方法機理研究”并開展了大量基礎實驗研究和理論分析。周昊帶著實驗室研發的熱聲測試設備奔赴到沙特，在吉達機場海關安檢時，沙特海關人員對這些設備左檢查右盤問，還好最終順利過關。

沙特時值酷夏，室外氣溫50多攝氏度，鍋爐邊更高達60多度。時間不等人，沙特業主和西方監理要求用數據說話，周昊每天早上7點多到現場，每天上下攀爬鍋爐十幾次，一個一個觀察孔去測量溫度、壓力脈動、聲音，凌晨才離開現場。爐子里面熊熊火焰，爐外氣溫60多度，大家壓力又大，那感覺真像在火上烤。

在取得一大批非常重要的數據后，周昊以有力的證據給出了非常專業的理論分析，提出了引起爐膛振動的原因，并得到了業主和相關專家的認同?！耙婚_始沙特業主并不認可中方，所有的改造都要由西方監理工程師和英國燃燒器廠家開展，畢竟沙特的動力設備主要還是歐美占主導地位，但在聽完我們詳細的測試分析報告后，業主帶頭為我們鼓掌，并同意由我們主導對英國生產的燃燒器進行改造?！边@是一個重要的轉折點，中方終于取得了現場改造主導權。第一次改造后，鍋爐自試運行以來第一次實現了660MW滿負荷運轉，并穩定運行了2個月順利度過了沙特夏季供電高峰期，之后又經過兩輪改造，最終在當年10月徹底解決了振動問題。

為了從歐美企業壟斷的中東發電市場拿到第一單，中方企業此前不惜簽下了極其苛刻含有拒收條款的合同。但即使如此，沙特業主也只購買了鍋爐，燃燒器仍然選用了英國的燃燒器，因為中國貧油，已經很多年沒有大型的燃油鍋爐投運了，在燃油鍋爐的低氮燃燒方面更是空白。振動問題出現后，業主和西方專家中很多人都將原因指向了鍋爐，但周昊卻用事實告訴所有人，中國產品沒有問題，中方用自己的力量解決了這個燃燒振動難題。

2012年11月15日，東方鍋爐總經理徐鵬、副總經理霍鎖善親自上門，將一封感謝信送到浙江大學，“浙大熱能工程研究所及周昊教授為東方鍋爐乃至世界范圍內的鍋爐爐膛振動問題的研究做出了重大貢獻。我們為貴校擁有周昊這樣年輕優秀的專家而感到驕傲和自豪！”東方鍋爐為此特別授予周昊“感動東鍋感動用戶”年度人物表彰。

2013年1月，沙特項目聯合承包商山東電力建設第三工程公司做出特別決定——授予周昊“總經理特別獎”，“面對鍋爐振動這一世界性難題，周昊教授在測量分析、制訂方案上實事求是，堅持真理，不怕苦、不怕累，為最終解決鍋爐振動做出了巨大貢獻。經公司研究決定，授予浙江大學周昊教授山東電建三公司‘總經理特別獎’，以表彰其在解決沙特拉比格項目鍋爐振動過程中做出的特殊貢獻！”

周昊團隊在國際上首創了系統的大型油氣爐自激型熱聲振動控制方法，首次提出了低氮油氣燃燒系統中渦團—火焰—聲場解耦方法，闡明了火焰穩定盤、火焰分隔板、液體燃料霧化特性等對爐內壓力場脈動相位與燃燒熱釋放率脈動相位脫耦的重要影響，提出了尾渦作用機制、火焰面位置、燃料霧化特性優化策略，并徹底解決了沙特拉比格油爐的燃燒振動問題，成功實現油爐在無任何振動滿負荷運行并達到年利用小時超8300小時的滿發穩發。

拉比格一役后，周昊并沒有止步。燃燒器是鍋爐的核心，拉比格項目由于中國沒有自己的大型重油燃燒技術，處處受制于人。一定要開發出我國自己的重油低氮防振燃燒技術，用到我國出口全世界的大型油氣爐上。周昊投入到自主開發防燃燒振動低NOx旋流燃燒系統關鍵技術的征途中，并于2016年與東方鍋爐合作，成功應用于南美委內瑞拉中央電站600MW油氣混燒鍋爐，未發生燃燒振動并一次完成168小時運行，完美實現了低氮高效燃燒和防振動的結合。并隨后研發了涵蓋對沖和切圓燃燒、油煤混燒、油氣混燒爐的系列燃燒振動與污染物排放協同控制技術，成功實現了我國對越南、沙特、伊拉克、委內瑞拉等國合計8350MW容量油氣爐電站的出口，3年新增銷售額125.82億元，新增利潤21.8億元，年減少NOx排放達7萬噸。我國三大鍋爐廠均采用了該技術，并實現了我國對中東、南美等國際市場600MW級油氣爐電站出口零的突破！

2017年，由周昊作為第一完成人的“大型油氣鍋爐燃燒振動控制技術”獲得了2017年度高等學?？茖W研究優秀成果獎科學技術進步獎一等獎。2018年，沙特拉比格電站運行團隊飛來杭州，找到周昊，告知現場將油槍換了一個德國廠家的產品但出現了給水管道的振動現象，“這次我們誰都不找了，你的‘baby boiler’感冒了，我們邀請你趕緊去現場看看”，周昊帶了兩個博士生迅速趕到現場，再次見到熟悉的鍋爐，迅速測試分析，3天就確定了問題：新油槍霧化設計過于考慮高效燃燒但忽視了振動考量。數據說話，手到病除，沙特電站總經理豎起了大拇指。

樂觀·熱愛·未來

熱聲振動研究的是熱和聲之間的耦合問題，在沙特拉比格項目之前，國內的很多鍋爐專家甚至都不曾聽說過這個詞，企業生產產品很厲害，面對做過的工程問題的解決也很有優勢，但面對沒有遇到過的問題，全新的現象，高校就有優勢?！耙驗楦咝Ｑ芯吭核鶑睦碚摶A做起，具有面向學科國際前沿、優秀研究生多等優勢，基礎研究工作總是走在前面。當企業面對全新的工程問題無可借鑒時，高校研究隊伍已經做好了相應的準備?！?/p>

周昊說，基礎研究很重要，同時只有把基礎研究成果應用到實際工程中，和國家、行業的重大需求結合起來，才能“學以致用”，而從實際工程中又可以提煉出新的機理和研究方向，指導基礎研究的進一步深入，這樣就做到了基礎和應用相互促進，實現把論文寫在產品上的愿望。所以周昊總是給課題組的研究生說，要重視動手能力、要重視現場。以拉比格項目為例，要沒有多年在現場跌打滾爬的經歷，如果只會做理論分析，那么看到幾十層樓高的鍋爐嚴重振動，自己的小腿肚首先就會發抖了，何談解決問題呢？同樣，如果只會現場調試，不總結提高，不面向學科前沿，也沒法用最新的理論和測試調試方法去解決全新的工程問題。

隨著21世紀互聯網黃金時代的到來，以大數據、人工智能、區塊鏈、5G為代表的新興技術更是成為了人們爭相競逐的熱點。大學生在問，傳統的熱能行業的發展方向是什么？

“能源行業是國民經濟發展的重要支撐，能源行業與人工智能、IT結合起來，能力無限?！敝荜徽f道。智慧能源-物聯網、大數據、人工智能等新興技術與傳統能源在生產、傳輸、存儲、消費及能源市場等環節深度融合而誕生，將進一步助力實現我國能源“綠色、低碳、安全、高效”。

正如從事熱聲振動從2005年開始，7年后遇到了拉比格項目。周昊在2004年完成的博士論文中有不少篇幅就是利用神經網絡、支持向量機等數據學習方法進行燃燒優化，并在2018年由Springer出版社出版了英文著作Combustion Optimization based on Computational Intelligence。機會總是給有準備的人，十多年后的今天，智慧能源的春天來到了，華潤電力控股有限公司聯系到了周昊，雙方一拍即合，成立“浙江大學-華潤電力智慧能源聯合研發中心”，這是華潤電力與國內知名高校成立的第一個聯合研發中心，雙方借此平臺將共同推動能源行業的新一輪發展，共同合作開拓智慧能源、儲能、能源互聯網的美好未來。

“三百六十行，行行出狀元，沒有落伍的行業，只有落伍的人，人類離不開能源，我們將大數據、人工智能技術與能源結合起來，定能大放光彩，創新永遠在路上?！敝荜徽f道。

在教導年輕學生時，周昊總會將科研與教學結合起來，深入產業實踐，用最新的科研成果和波瀾壯闊的能源巨大工程激發學生的興趣和抱負。如今，團隊畢業的研究生已成為各大企業、高校研究所的中堅力量，在全世界能源行業展露頭角，在培養年輕人方面，周昊總是不遺余力，他說：“學生就是我們的未來，世界能源的未來也是屬于年輕人的?！?/p>