MILD 粉体燃烧技术研究进展与关键问题分析

吕俊复 ， 冯乐乐 ， 吴玉新 ， 张 海

(1.清华大学 热科学与动力工程教育部重点实验室, 北京 100084；2.中国矿业大学 安全工程学院, 江苏 徐州 221116)

双碳战略目标提出以来，为进一步促进绿色低碳发展和产业转型，我国对于能源行业各类污染物的排放限值日益严格，研发高效低污染的新型清洁燃烧技术需求日益迫切[1-2]。MILD(Moderate and Intense Low-Oxygen Dilution)燃烧凭借其低NOx排放、均匀热流密度分布、高燃烬率、高燃烧稳定性等特性，近年来作为一种极具潜力的高效清洁燃烧技术而备受关注[3-5]。MILD 燃烧在某些情境下也被称作无焰燃烧、高温空气燃烧、容积燃烧或无色分布式燃烧，根据其经典定义，气体燃料的MILD 燃烧状态的判断依据是：燃料与氧化剂的混合物温度应高于燃料自燃温度，同时该混合物在燃烧后的最大温升应小于燃料自燃温度[6-7]。MILD 燃烧技术通过推迟燃料与氧化剂之间的混合，促进燃烧器射流出口附近的火焰熄灭，使燃烧几乎分散在整个炉膛中，观察不到可见的火焰前沿(这也是被普遍接受的达到MILD 燃烧的实验标准)，能实现几乎均匀的温度分布[8-10]。在20 世纪90 年代，德国[8]、日本[11]和国际火焰研究基金会[12]几乎同时开发了MILD 技术，近30 a 来，燃烧科学家们已经开展了分别以天然气、轻质油和煤粉为代表的气体燃料、液体燃料和固体燃料的MILD 燃烧实验，其中，在再生式HTAC(High Temperatrue Air Combustion)系统中的气体燃料MILD 燃烧技术和已在冶金等行业中得到大量的工业应用，而对液体和固体燃料MILD 燃烧的研究相对滞后[13-15]。固体燃料MILD 燃烧的定义可分为试验定义和数学定义。在试验定义方面，固体燃料MILD 燃烧表现为无挥发分火焰封面，但可能存在焦炭燃烬的火星；在数学定义方面，笔者团队提出在满足气体MILD 燃烧温度判据的基础上，额外引入时间判据，要求混合时间尺度小于反应时间尺度[4]。

研究者最初通过高温预热空气来实现MILD 燃烧[16-17]，后来随着研究的深入，发现在低温预热条件下通过增大反应物的初始动量，提升炉膛内的卷吸率，也可实现MILD 燃烧[18-19]。高温预热方案有助于减小预混反应物的密度和黏度来增强炉膛内的烟气卷吸，但高温预热也会使煤粉的热解、着火进程提前而形成局部高温，不利于实现MILD 燃烧，且其工业应用受到系统复杂性和装置规模的制约。相比之下，提高射流速度的方案更具经济性和装置设计上的可选择性[20-21]。但煤粉的燃烧模式随着射流速度的增加而转变的机制还不够清楚，仍需要深入探索[22-23]。尽管煤粉和锯末等生物质也能通过和气体燃料类似的预热氧化剂、预热燃料(富燃料气化)，或增强卷吸实现MILD 燃烧，但作为非球形的固体颗粒，还存在复杂的颗粒分散行为，同时涉及热解和焦炭的非均相反应，导致其具体的燃烧机制和实现条件要更加复杂[24-26]。

基于此，笔者系统地介绍了对于MILD 燃烧各阶段特性研究取得的进展，并概述了MILD 设计理论工具和燃烧器研发领域的应用成果，着重阐述了富氧燃烧、煤粉耦合生物质燃烧、掺氢/掺氨燃烧3 种新型燃烧技术的优势，提出了MILD 燃烧与这些新型燃烧技术相结合的综合应用方案，最后剖析了现阶段煤粉MILD 燃烧亟需解决的关键科学问题，为MILD 燃烧技术的进一步发展提供参考，对于能源行业节能减排具有重要意义。

1 MILD 燃烧特性基础研究

在具有高速射流特征的MILD 燃烧过程中，强湍流脉动的流场环境对燃料颗粒的传热、着火、燃烧和污染物生成具有显著的影响[27]。

1.1 颗粒弥散

新一代MILD 粉体燃烧技术的开发主要着眼于高速射流的实现方式，探究具有典型非球形颗粒特征的煤或生物质颗粒在高速射流中的弥散行为对于更好地预测燃料燃烧以及燃烧器的设计优化至关重要[28-29]。黄文仕等[30]选用玻璃珠、玻璃渣和煤粉3 种颗粒，利用激光多普勒相位分析技术在不同射流速度下测量并对比了其在气固两相圆射流中的扩散行为，研究发现，非球形颗粒在同等流速下具有更高的径向湍动能，是由于其额外所受到的升力作用促进了其在径向上的扩散。刘鹏远等[31]使用激光粒子测试仪测量并研究了不同喷口距离和速度下双矩形喷口射流的混合特性，指出动量传递主要在双射流混合区进行，而非在合并后的区域。HUANG 等[32]建立了考虑颗粒阻力修正、升力和旋转的非球形颗粒简化模型，并指出随着颗粒尺寸和射流速度的增加，颗粒旋转和与非球形颗粒相关的马格努斯力在强剪切湍流射流中非球形颗粒的分散中起主导作用，而阻力和升力的影响则不显著。WANG 等[33]用实验提供的系数建立了颗粒-壁面碰撞模型，可准确预测粒子的出口速度分布，根据模型结果，只要管道长度和壁碰撞次数足够，颗粒在管道内的初始运动的影响就会在出口处减弱，而较大的颗粒需要更长的管道长度才能消除初始运动的影响。

1.2 颗粒受热

在稀释弥散的同时，颗粒通过周围热气的热传导和热壁的辐射被持续加热至着火温度以上，反应条件(如氧浓度、温度和氧化剂类型)和燃料的理化特性显著影响煤颗粒的着火温度和点火延迟时间[34]，提高伴流温度或氧体积分数会缩短点火延迟[35]。高动量空气射流影响炉内空气动力学，空气射流夹带大量的再循环热烟气，湍流脉动可通过破坏燃料颗粒的热边界层来增强边界上的气相传热。为此，吴玉新等[36]通过搭建四风扇对冲实验装置产生均匀各向同性湍流流场，开展了颗粒在湍流场中的实验研究，结果表明湍流对颗粒传热能够产生显著的强化效应，并且其传热强化效果与颗粒的粒径呈正相关。通过修正经典的对流换热计算关联式Ranz-Marshall 公式，新增湍流作用项，可有效表征这一强化作用。FENG 等[37]研究了单颗粒煤燃烧过程中强制对流对传热的影响，随着雷诺数的增加，40、80、160 μm 的煤颗粒的火焰温度分别降低、几乎没有变化和略有增加。

1.3 着 火

在MILD 条件下，由于氧气水平和伴流温度不足以产生稳定的气体火焰，焦炭表面在气相火焰出现之前首先被点燃。许开龙等[38-39]实验结果表明，在高雷诺数一次风条件下，湍流的强烈卷吸对于煤粉挥发分的快速消耗抑制了群燃火焰的产生，且在层流一次风和湍流一次风条件下，煤粉颗粒群分别倾向于均相着火和非均相着火。俞伟伟等[40]在Hencken 型燃烧器上研究了湍流射流条件下煤粉的着火特性，观察到小粒径煤粉更快被加热，且彼此间的相互作用更强，更早发生颗粒群燃现象。黄文仕等[41]研究发现，煤粉射流速度提高，火焰形态逐步由群燃火焰转变为分散燃烧，同时伴随火焰的高度与亮度的减小。YANG 等[42]采用增加颗粒内热传导修正的一维瞬态模型来改进对孤立煤颗粒点火特性的预测，图1 为考虑和不考虑空气条件下颗粒内热传导的点火。可见颗粒内的热传导效应可显著降低大颗粒煤的整体温度，对于大于200 μm 的煤颗粒，在较高炉温下将点火模式从异相着火变为均相着火，在较低炉温下将点火模式由均相着火变为混合着火。FENG 等[43]在Neumann 边界条件下，用一维模型研究了粒子相互作用，发现当颗粒数密度较小时，射流的点火时间由大颗粒的点火时间决定；而当颗粒数密度较大时，射流的点火时间由小颗粒的点火时间决定。以上研究结果标明，在MILD 燃烧条件下，由于燃料颗粒分散效应显著，煤粉受热更加迅速，煤粉着火更倾向于非均相着火或联合着火过程，且煤粉和生物质颗粒的着火会得到显著促进。

图1 考虑和不考虑空气条件下的颗粒内热传导的煤颗粒点火[42]Fig.1 Coal particle ignition diagram with and w/o consideration of intra-particle thermal conduction at air condition[42]

1.4 燃 烧

固体燃料的燃烧过程包含挥发分燃烧和焦炭燃烧2 个阶段，在MILD 燃烧条件下，挥发分燃烧基本观察不到火焰前沿，焦炭颗粒燃烧时能观察到可见的火花或小火焰[44]，焦炭颗粒的燃烬时间为气态挥发性物质的10～100 倍[15]。HUANG 等[45]实验结果表明，在1 600 ℃环境温度下，在5%和15%氧摩尔分数下，射流进入MILD 燃烧状态的临界转变速度分别约为50 m/s 和100 m/s。图2 为不同射流速度和氧气条件下，沿射流轴的峰值辐射强度分布，强烈的湍流混合促进了点火和挥发分燃烧，并在较高的射流速度下占主导地位。张扬等[46]基于全混流反应器模型研究了非绝热工况下MILD 燃烧的维持条件，结果表明散热可促进MILD 燃烧的实现和维持，吸热则起反作用。

图2 在不同的射流速度和氧气摩尔分数下，沿射流轴的峰值辐射强度分布[45]Fig.2 Distribution of the peak radiation intensity along the jet axis at different jet velocities and oxygen molar fractions[45]

FENG 等[43]还通过数值模拟，判别了不同颗粒间距下的燃烧模式，如图3 所示。高速MILD 燃烧的显著特征是氧体积分数的降低以及湍流混合的增强，氧体积分数的降低抑制燃烧过程，而湍流混合的增强则促进反应的进行，2 者的竞争关系使得MILD 煤粉燃烧仍能够保持较高的反应速率及燃烧强度。

图3 不同颗粒间距下的燃烧模式[43]Fig.3 Combustion modes at different particle distances[43]

1.5 污染物

对于传统燃烧模式，火焰的稳定是通过滞止点或由涡流产生的低速区来实现的，化学反应在局部高温火焰区域快速发生，同时产生大量的热力型NOx排放[47]，MILD 燃烧显著降低了峰值温度，从而在不牺牲燃烧稳定性和效率的情况下抑制NOx排放[48]。实验与数值模拟研究均显示， NOx的排放量随温度呈指数级增加，随停留时间呈线性增加，而延长停留时间有利于CO 氧化为CO2[49]。杨协和等[50]开展的数值模拟显示，湍流涡团破碎引发的混合延迟使甲烷/空气预混火焰燃烧产生的NO 的体积分数降低[51]。在煤粉MILD燃烧模式中，污染物的生成、还原过程及内在机理比在常规燃烧模式下更加复杂。杨万涛等[52]分析了来自“实践十号”卫星在微重力环境下单颗粒煤燃烧过程的图像，结合瞬态燃烧模型模拟的结果，揭示了碳烟的辐射强度与体积分数呈双峰分布的成因。宋姝丽等[53]开展的CFD 模拟表明，在煤粉MILD 燃烧中，燃料型NO 占主导地位，热力型、中间体型和快速型之和不到10%；煤粉MILD 燃烧中存在强烈的NO 还原反应。总体来说，由于MILD 燃烧显著降低了峰值燃烧温度，强化了还原性气氛，对NOx生成产生了有效的抑制，尤其抑制了热力型NOx的排放。同时，应进一步关注MILD 燃烧下CO 和碳烟生成的特性。

2 固体燃料MILD 燃烧技术研发

焦炭颗粒的不均匀分散和反应导致气体燃料和固体燃料的MILD 燃烧模式和实现条件之间存在显著差异，固体颗粒燃烧产生的大量飞灰容易造成堵塞，也使煤粉之类的固体燃料无法直接用气体燃料MILD 燃烧的HTAC 系统[47]。基于此，需要对固体燃料的MILD 燃烧设计理论工具和燃烧设备开展全面研究。

2.1 燃烧设计理论工具

建立煤燃烧模式的理论判据对于指导MILD 煤燃烧的设计和组织至关重要。煤射流燃烧涉及颗粒相的弥散和脱挥发分，而气体燃烧不包括这些过程，因此MILD 气体燃烧图谱和数学准则不适用于煤炭燃烧。FENG 等[54]基于对时间尺度、非均匀点火、传热和烟气卷吸的分析，从理论上对不同的煤燃烧模式进行了分类，并提出了MILD 煤燃烧图谱，所预测的煤燃烧模式与文献实验结果吻合较好。图4 为不同的煤质量浓度和雷诺数下的预测燃烧模式。

图4 不同煤质量浓度和雷诺数下的预测燃烧模式[54]Fig.4 Predicted combustion modes at different coal concentrations and Reynolds numbers[54]

FENG 等[54]在气体燃料实现MILD 燃烧条件的基础上，对固体颗粒实现MILD 燃烧增加了一个新的时间尺度要求：

其中，tmix为颗粒从进入炉膛到实现均匀分布的混合时间尺度；ti为固体颗粒的点火时间；c为混合和点火时间尺度之间数学关系的变量，其值与湍流强度有关。表1 为装置几何参数和操作参数对煤燃烧模式的影响，这有助于进一步指导MILD 煤燃烧的设计和实现。ZHANG 等[55]指出，与雷诺-平均-纳维斯-斯托克斯(RANS)方法相比，大涡模拟(LES)方法在MILD 燃烧的NOx预测方面表现更好，特别是在湍流波动相对较强的区域，因为LES 能够捕捉对湍流混合和颗粒分散过程有重大影响的非定常流动结构[56]，因此可利用LES 方法作为MILD 燃烧设计阶段的辅助工具之一。

表1 几何和操作参数对煤燃烧模式的影响[54]Table 1 Effects of geometric and operational parameters on coal combustion mode[54]

2.2 燃烧器装备研发

围绕MILD 技术特点和工艺需要，研究者对燃烧设备进行了一系列优化设计和创新。张海[57]在燃烧器入口处引入射流预混室，炉膛中的高温烟气在预混室中与进入的煤粉一次风快速混合，从而提高煤粉气流的温度，降低煤粉点火时的氧气浓度。周月桂[58]及吕建燚[59]采用伴流燃烧器结构，通过外部高温二次风和中心低氧浓度一次风实现煤粉MILD 燃烧。华中科技大学[60]、德国斯图加特大学[61]分别研发了射流速度100 m/s 以上的无预热MILD 煤粉燃烧器。

总体而言，MILD 粉体燃烧研究相对于气体燃烧起步较晚，仍需进一步发展理论设计工具，完善燃烧组织方法，并结合MILD 粉体燃烧特点，针对性地研发燃烧器及其配套的监测、控制装备，从而推动MILD 粉体燃烧技术应用。

3 MILD 燃烧与新型燃烧技术结合

由于MILD 燃烧本身具有高度的燃料灵活性和高兼容性，选取3 种有代表性的新型燃烧技术，分别评估其与MILD 燃烧相结合的潜力和优势。

3.1 富氧燃烧

富氧燃烧(Oxy-Fuel Combustion)的概念最初由美国人ABRAHAM 于1982 年提出[62]，通过将燃烧后的烟气(主要由CO2和水蒸气组成)与氧气或空气混合作为氧化剂，可有效减少燃烧过程中NOx排放，优化炉膛温度分布。近年来成为电站锅炉、燃料电池等领域的主流燃烧中碳捕集技术之一[63]。图5 为基于富氧燃烧的蒸汽轮机发电系统的工作原理[64]。通过循环利用烟气，废气中的CO2体积分数可达90%以上，极大降低了后续大规模碳捕集和资源化利用的成本投入[65-66]。SEEPANA 等[67]从理论上证明了在初始氧气体积分数为16%～20%、预热温度为600～850 K工况下，可以实现MILD-富氧燃烧。将富氧燃烧与MILD 燃烧相结合，相对于标准富氧燃烧而言，可提高传热性能，减少NOx排放，相较于标准MILD 燃烧，降低了所需预热温度，但富氧燃烧条件下，CO2代替N2作为稀释剂，传热传质机制与燃烧特性也随之显著改变[68]。CHAO 等[69]在实验室规模的循环流化床中，对不同气氛(空气，27% O2，40% O2，53% O2，CO2作为平衡气体)中5 种不同煤的点火温度和点火特性进行测量，发现5 种煤的点火温度均随O2体积分数的增加而减小，并随着床层温度的增加，O2体积分数对点火过程的影响更加显著。

图5 基于富氧燃烧的蒸汽轮机发电系统示意[64]Fig.5 Schematic diagram of steam turbine power generation system based on oxy-fuel combustion[64]

3.2 煤粉耦合生物质燃烧

储量丰富的生物质能是零碳、可再生、环保的，在现有燃煤电厂中掺烧生物质将促进能源体系多元化，是目前备受关注的火电低碳化方案，预估可分别减少高达75%的SO2和15%的NO2排放[70-71]。GUO 等[72]通过实验确定了生物质颗粒在自然对流和湍流环境中燃烧行为的差异，图6 为生物质颗粒在不同流场环境中的燃烧历程和火焰形状。SHI 等[73]研究了水热预处理对于提升生物质颗粒燃烧性能的作用，结果表明，H2O2的加入促进了半纤维素和纤维素的分解，且挥发性物质从半纤维素和木质素中比从纤维素中更快地释放，导致燃烧不稳定。YANG 等[74]研究了额定热输出为50 MW 的循环流化床锅炉在无烟煤和玉米秸秆颗粒生物质共烧过程中NOx排放，与在鼓泡流化床(BFB)燃烧器和在燃烧稻壳的CFB 锅炉中的结果相反，烟气中NOx浓度和燃料氮转化率随着生物质质量分数的增加而增加，表明生物质不一定是降低CFB锅炉NOx排放的有效混燃燃料，为了降低NOx排放，应考虑降低一次空气比，并将生物质的进料口设置在二次空气下方。以上研究表明，MILD 燃烧对于促进生物质燃烬具有重要意义，而CFB 是实现生物质MILD 燃烧的有效技术手段。

图6 生物质颗粒在不同流场中的燃烧历程和火焰形状[72]Fig.6 Combustion history and flame shape of biomass pellet in different flow fields[72]

3.3 掺氢/掺氨燃烧

氢能是具有高能量密度的零碳替代燃料，可以通过过剩的风能和太阳能组织生产[75]。在天然气或煤粉等燃烧中掺杂一定比例的氢气以及作为重要氢能载体的氨气同样被视作能有效减少碳排放的可行措施[76]。值得注意的是，相比传统燃烧，MILD 燃烧模式能有效减少NH3燃烧时NOx排放量，而富氢燃料促进了水蒸气的生成，能进一步将NOx体积分数降至10-5～10-4，并确保燃烧稳定性[77]。但掺氢/掺氨也会不同程度地改变燃料的理化性质，影响绝热燃烧火焰温度、火焰传播速度、污染物排放等燃烧特性，进而影响燃气锅炉的运行效率和热稳定性[78]。YANG 等[79]研究表明，掺氢措施从防止熄火的角度促进了H2/CH4/空气混合物的燃烧安全，但应特别注意燃烧器的意外高温损坏，且恒定热负荷和恒定燃料喷射压力2 个掺氢方案中，前者H2添加的允许变化窗口更宽。MOLLICA 等[80]分析了预热、内循环提供的进一步稀释以及辐射模型对现有氢/空气MILD 燃烧器的影响。研究还发现[81]，NH3/低分子量醇混合物比NH3/CH4混合物具有更宽的MILD 稳定燃烧操作参数范围。总的来说，对于煤粉掺氢与掺氨实现MILD 燃烧技术，是有效降低NOx排放、解决当前掺氢掺氨导致NOx排放升高的有效技术手段，但目前相关的研究还相对有限。

4 煤粉MILD 燃烧中的关键问题

2022 年煤炭占中国能源消费的56.2%，我国以煤为主的资源禀赋决定未来几十年煤炭在能源行业中仍将起到举足轻重的作用，因此急需探索煤炭资源清洁高效利用的新路径[82]。推进集成高速射流的煤粉MILD 燃烧的技术开发，有望大幅提高煤电热效率、降低氮氧化物排放。为此，需要着力解决3 个关键科学问题。

4.1 强湍流下的气固两相流

煤粉实现MILD 燃烧要求燃料在炉膛中快速均匀稀释，同时避免过快的局部受热，需要不断优化燃烧器内部流场和反应物注入方案来提高工艺性能。欧拉方法是气-颗粒两相流模拟中描述颗粒弥散和反应的常用方法，然而煤粉的宽粒度分布特性大幅增加了传输方程的计算成本。为此，使用简化的矩量直接求积法(DQMOM)，选用2 个或多个正交节点时，可较好地描述气固两相反应流中的着火距离[83]。许多研究表明，伴流速度与射流速度之比决定了湍流混合[84]。伴流速度可通过影响化学反应和湍流混合来改变反应区的特性，同轴射流绝对速度的增加也会通过剪切层中更密集的近场涡流和更强的湍流传输影响近场混合[85]。由于燃料入射速度高，由自燃转变为MILD燃烧后，抬升高度几乎不受空气伴流速度的影响[86]。此外，燃烧器配置应巧妙设计。煤粉的MILD 燃烧装置中，相较于双对称喷嘴，单个不对称喷嘴可进一步增加空气射流动量，增强内部再循环，从而扩大反应区，降低反应速率，使温度分布更加均匀，降低峰值温度，减少约33%NOx排放[15，87]。通过增加一次流和二次流之间的距离或煤射流喷射角，更多的烟气被夹带到煤粉射流中，反应物浓度显著降低，促进了MILD燃烧的建立[88]。在MILD 条件下，煤粉这类非球形颗粒的湍流扩散特性尤其复杂，需要开展高速射流两相流动特性基础研究，阐明粉体MILD 燃烧中的颗粒运动与分布规律。

4.2 湍流相间传热

可燃混合物的快速升温有利于煤的热解和脱挥发分，从而减少点火延迟，提高燃烧稳定性。然而，较高的一次射流速度(如 ＞ 100 m/s)可能破坏由一次和二次空气射流的分离所产生的反应区，从而导致局部高温，不利于MILD 燃烧的建立[22]。目前关于煤粉的受热与着火的研究大部分基于层流条件下开展，少数在一维炉和旋流燃烧器中开展的湍流相间传热实验也面临光学可视性较差、湍流强度难以调控等挑战。强制对流通过对挥发分的局部传热和传质产生强烈影响，从而影响煤颗粒附近的碳烟行为[89]。现有传热模型在MILD 燃烧强湍条件下效果不佳，需要开展大量湍流颗粒传热的基础实验，对原有传热模型进行必要的修正，阐明MILD 燃烧条件下气固相间湍流传热机理。

4.3 湍流-化学耦合

固体颗粒燃烧时的火焰结构与化学反应和分子扩散存在密切联系，在湍流状态下还需要额外考虑湍流效应作用。在颗粒的MILD 燃烧中，强烈的内部烟气再循环稀释了反应区中的氧浓度，CO2和H2O 浓度高于氧浓度，并伴随强烈的焦炭气化反应[35]。随着射流速度的增加，焦炭氧化反应的比例增加，焦炭气化反应减弱[90]。其中，焦炭氧化反应由扩散/反应动力学决定，焦炭气化反应以湍流扩散为主[91]。FENG 等[92]在强制对流的实验条件下，发现煤烟团尺寸随雷诺数的增加先增加后减小。邹俊等[93]探究了小尺度湍流对非预混火焰行为的作用，发现小尺度涡降低了火焰温度，减少了内部自由基，且化学反应强度随湍流强度的增大而增大。此外，过高的射流速度可能减小煤粉停留时间，减小局部反应强度，从而减小总体燃烬率。因此，详细研究MILD 强湍条件下的反应动力学特性、揭示湍流-化学耦合规律是MILD 燃烧的另一关键科学问题。

5 结 语

根据《2021 年BP 国际能源展望》，预期至2030年和2050 年，煤炭仍将分别提供约22%和20%的一次能源消耗[94]。即使在可再生能源强劲增长的情况下，先进的燃烧工艺已经并将继续作为能源市场的驱动力发挥不可替代的作用。高效低污染的MILD 燃烧技术将是解决能源结构与环境可持续性矛盾的关键着力点。在未来的研究中，需要重点关注以下几个方面：

(1)由于颗粒的不均匀弥散和反应，煤粉等碳基固体燃料的MILD 燃烧进程和理论判据较气体燃料更复杂，利用高初始入射速度替代高温预热来建立MILD燃烧，在增加点火延迟的同时也扩展了点火区和反应区，需要对燃烧各阶段的特征和机理开展系统性实验研究，持续优化现有MILD 燃烧模型。

(2)通过CFD 和工业软件模拟，改进现有燃煤锅炉燃烧器、调节工艺参数以匹配MILD 燃烧模式、增加焦炭颗粒的停留时间以提高燃烬率，提高燃烧稳定性并抑制包括细颗粒物在内的各类污染物排放。

(3)基于互联能源系统的整体方法，推进MILD燃烧与各类新型燃烧技术的耦合研究，尤其加强煤粉、生物质与氢、氨等可燃气体共燃特性研究，助力能源转型，减少污染物排放。

(4)探究粉体MILD 燃烧中的湍流两相流特征、湍流相间传热作用以及湍流-化学耦合作用是加深对粉体MILD 燃烧理解的关键，涉及多变量分析和高精度模拟，是未来研究的重点和难点。