煤炭在我国能源结构中占比近70%，居主导地位，且在未来相当长的时间内不会发生根本性改变。目前，煤炭的主要利用方式是直接燃烧。现有的煤粉燃烧技术主要是煤粉在炉内完成加热、着火、燃烧和转化，加热与燃烧近似同步进行，存在煤粉高效燃烧与低NO_x排放的相互制约。预热燃烧突破常规的加热、着火和燃烧方式，是一种使煤粉在燃烧器中预热至温度高于着火点、预热燃料在炉膛中高效清洁的燃烧技术。

煤粉在燃烧器内预热过程中，煤粉温度升高，颗粒比表面积增大，部分燃料N提前脱除，颗粒改性显著；预热燃料在炉膛中不存在着火和稳燃问题，通过燃烧控制，全炉膛空间均匀燃烧，煤粉燃烧时间延长，煤粉燃尽性好、燃烧效率高；融合颗粒改性、燃烧控制和分级燃烧等先进技术为一体，全过程控制燃料N向NO_x的转化，消除煤粉预热燃烧的温度峰值，抑制热力型NO_x的生成。可见，预热燃烧突破了着火、稳燃限制，采用先进可控的燃烧方式，实现煤粉高效燃烧和低NO_x排放的有机融合。

早在2004年，中国科学院工程热物理研究所循环流化床实验室率先提出了燃料预热燃烧概念，申请了发明专利并获授权。2004至2012年，在国家自然科学基金和所长基金的资助下，实验室建设了30kW预热燃烧试验平台，开展机理实验研究，掌握煤粉预热机制、预热燃料燃烧机理和煤N迁移转化规律。从2013年至今，在中科院战略性先导专项“低阶煤清洁高效梯级利用关键技术与示范”的课题资助下，实验室加快了预热燃烧中试、放大和工程示范研发力度，先后建设了0.2MW和2MW预热燃烧试验平台，开展了烟煤、无烟煤、热解半焦、气化残炭等不同品位燃料的预热燃烧研究，掌握了不同燃料的预热燃烧特性和放大规律。其中，半焦燃烧效率高于98%，NO_x排放低于100mg/m³，实现了低挥发分燃料的高效燃烧和低NO_x排放。

在试验研究的基础上，工程热物理所科研人员于2015年完成了100吨/天气化残炭锅炉工程示范项目的设计开发工作，设计燃料为零挥发份气化残炭灰，并且热值仅3200kcal/kg。该项目2016年5月已完成设计安装，即将调试运行。目前，正在进行针对煤粉的工业开发与示范工作。预热燃烧技术研发过程中，研究人员不断深入思考、创新技术、突破关键问题、开展系统研究，凝练研究成果，其相关内容已在Fuel、Energy & Fuels、Fuel Processing Technology 等国际期刊及中文核心期刊上发表。