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基于智能状态检测的超音速旋流净化系统
摘要 超音速旋流净化技术是湿烟气经超音速分离器绝热膨胀至超音速,降温50-100℃后,其中夹带的水蒸汽、SOx与溶解性盐、凝胶粉尘、微尘等成分发生非均质凝结后予以分离的一种新型气体净化技术,脱除效率最高可达90%,能够高效地实现烟气脱白。该技术同时借助多传感器融合方法智能诊断和动态测量流场数据,优化烟气“脱白”过程,必要时辅以高压微雾增强技术,强化分离净化效果。相较于传统的电磁法、烟气加热法、烟气喷淋法等脱白工艺,独创的基于智能状态检测与诊断控制的分离效率增强技术能实现烟气的高效率稳定脱白。 团队创新成果与技术应用展示 本项目团队,近十几年一直从事超音速旋流分离技术和多相流流场参数检测与电学成像技术的研究,已分别构建了超音速分离装置和电阻成像(ERT)、电容成像(ECT)及电磁(EMT)等多套系统。现有成熟技术已为国内多家单位,如上海交通大学、北京石油化工学院、北方工业大学、太原理工大学、西门子(北京)研究院等,提供了相应的电学成像系统。本项目中所采用的技术和提出的方法均为自主设计和开发,对于已研制超音速旋流分离技术和流场参数检测系统中的一些关键技术已申请了专利,具有完全的知识产权。同时开发过程中使用的所有部件和器件没有限制级产品,可避免不必要的知识产权争端,以及国外技术壁垒的限制。 独创的基于智能状态检测的超音速旋流净化系统利用静电(Electrical Tomography,ES)传感器和电学层析成像(Electrical Tomography,ET)传感器,结合多源信息融合算法,实现管道内气体的非侵入式流场参数测量和状态诊断。系统将检测到的信息进行处理和融合,分析超音速分离器内的流场情况和湿气出口的成分变化,并建立异常状态检测与诊断方法,诊断系统状态。可被广泛应用于石油、化工、电力、冶金、建材、食品等工业,如烟气脱白;石油工业中油/气/水混输过程;冶金、电力工业中各种气力物料输送过程;以及化工、医药、能源等领域中的干燥过程、混合过程、流态化过程、扩散过程、反应过程等普遍涉及多相流测量问题。相较于传统的处理工艺,超音速旋流净化技术中的设备可靠,工艺过程简单,投资成本和维护成本很低。核心传感器和技术包括静电(Electrical Tomography,ES)传感器、电学层析成像(Electrical Tomography,ET)传感器和超音速旋流分离技术。 静电传感器 静电传感器具有结构简单、灵敏度高,可以非侵入测量等特点,近几十年来发展迅速,英国贸工部认为在煤粉的流速、浓度或质量流量测量手段中,静电法是最有前途的方法之一。 在检测机理方面,目前静电法气固两相流检测可分为接触电荷转移法与静电感应法两条路线,对于应用最广泛的内壁嵌装电极式传感器结构,本团队发现转移电荷和感应电荷经电荷放大电路后,不仅体现出不同的信号波形特征,而且从频域来看,转移电荷形成的信号在整体信号中也占有重要比重。以此为基础,提出了一系列的感应电荷信息和转移电荷信息的解耦方法,提高了颗粒流动参数测量精度。 本团队建立了带式静电感应实验装置与气固两相流计量实验装置。带式静电感应实验装置用来模拟带静电颗粒流动情况以及相关测速方法标定。气固两相流计量装置为参数可调的气力输送系统,用于气固两相流研究以及颗粒质量流量计量标定。两套装置计量精度均经过了天津市计量监督检测科学研究院的测试。 图1 静电法技术成果展示 电学层析成像传感器 电学层析成像技术类似医学的CT技术,通过外围测量,重构截面电学参数(电导率/磁导率/介电常数)分布信息。电学层析成像技术根据测量模态的不同,主要分为电容层析成像技术(Electrical Capacitance Tomography,简称ECT)、电阻层析成像技术(Electrical Resistance Tomography,简称ERT)和电磁层析成像技术(Electromagnetic Tomography,简称EMT)。系统具备高速测量、多电极组合、多测量模态切换、可视化、高信噪比和可定制化等特点。 本团队针对重质劣质油的加工转化的核心设备——三相流化床,转化效率和产量还存在难以突破设计瓶颈的问题,在首次提出基于TMR的磁导率EMT方法的基础上,结合ECT 和ERT 等多种模态的电学层析成像系统,设计了基于电/磁双模层析成像的高固含率气液固三相流态化实验装置,可实现高固含率条件下,气液固三相的识别和分相分布参数的实时测量。 图2 电学层析成像技术成果展示 图3 ERT/ECT/EMT系统展示 图4 ECT对油气润滑系统中油膜厚度检测  超音速旋流分离技术 超音速旋流分离技术是结合旋流分离技术和冷凝分离技术的多组分气体冷凝分离法,具有工艺流程简单、稳定性好、效率高、能耗低等特点,成为近二十年来非常有应用价值和商业前景的新分离技术。该技术集膨胀机、气液分离器和压缩机于一体,主要由旋流发生器、超音速喷嘴、分离段和扩压管组成。其工作原理如下: 经过前级处理后的含湿气体导入到超音速分离器内,经过旋流发生器,产生加速度为106m/s2的旋转流场; 旋转的气体通过拉伐尔喷管时,会绝热膨胀至超音速,同时降温降压,温度最大可降低50-100℃,低温的流场环境能够使气体中的水蒸气开始凝结产生相变,出现小液滴; 在旋转流场中,凝结产生的小液滴不断碰撞、聚并,在强离心力的作用下,被甩至壁面,并在气体的带动下,从湿气出口排出; 经过处理的干气在管道中心流动,经过扩压器内降速升压,进行排放。 本团队首次采用Young经典成核理论和C-C相平衡方程推导获得了水蒸汽自发凝结Wilson位置解析式,在此基础上,提出了基于液滴成核和生长模型的非均质凝结模型和跨声速湿空气凝结SST湍流模型,揭示了跨音速两相凝结现象“非稳态”不同振荡模式的流动特性,获得了使分离效率最大化的最优外界核心半径,深入研究了超音速分离器的流场特性、处理效率和分离特性。 图5 超音速旋流分离器流场测量系统 图6 凝结液滴参数测量 图7 中国计量测试学会科学技术进步奖 图8 超音速分离器液相分布仿真预测  针对烟气的智能状态检测与诊断控制的超音速旋流净化工艺 湿法脱硫后的湿烟气直接排放会产生“白色烟羽”,由于在脱硫过程中,脱硫浆液与高温烟气直接接触,发生传热传质;一方面水分蒸发,增加烟气的含湿量;另一方面,烟气温度降低,烟气携带水蒸汽的能力降低。烟气达到饱和状态后,会携带部分小液滴,这些携带小液滴的饱和湿烟气经除雾器除去绝大部分液滴后,直接经烟囱排入大气,由于环境温度比烟气温度低,饱和湿烟气中的水分就会凝结成小液滴形成“白色烟羽”。白烟中含有较多的溶解性盐、SO3、凝胶粉尘和微尘等成分,会造成环境污染。 针对上述问题,本团队首创的基于智能检测与诊断的超音速旋流净化工艺解决了传统烟气脱白技术(如烟气加热方法、烟气冷凝再加热技术和电磁脱白技术等)成本高,工艺流程复杂,维护费劲的问题,具有设备可靠,工艺过程简单,投资成本和维护成本很低的特点。 该技术主要是利用超音速旋流分离器的增速降温原理,将烟气中的水蒸气进行凝结并旋转分离,通过引射器将液滴引至超音速分离器入口,辅以高压微雾增强技术,强化脱白效果。在超音速分离器分离段和湿气出口处安装本团队自主研发的多相流可视化及参数测量系统(静电层析成像系统和电学层析成像系统),结合智能化成像算法和多元信息融合算法,对管道内烟气的流场参数进行非侵入式智能测量。系统可根据测量结果,分析超音速旋流分离器内的流场情况和湿气出口的成分变化,建立异常状态检测与诊断方法,诊断脱白系统的运行状态,同时,指导引射器对液滴量引入的精确控制,进而实现高效稳定的烟气脱白。 图9 针对白烟气的智能检测与诊断控制超音速旋流净化工艺流程
天津大学 2021-05-12
基于5G通信控制的智能喷雾机器人
1.开发背景 随着去年新型冠状病毒的爆发,全国各地各个场所的消毒任务显得尤为必要,现在在医院等场所,依旧是采用背负式喷雾机进行喷雾消毒,人力消耗大、效率慢且很辛苦,因此需要解决喷雾的效率问题。 2.开发思路 立式双筒喷雾机器人,包括底座,固定支架,两个喷雾设备,中间装有双目摄像头,底座上分离式安装有立体式水箱,水箱顶部周边的支架上固定安装有水泵,电气箱。应用了5G通信技术进行硬件设计、网络传输,应用QT实现遥控界面的开发,通过机器人上方的高清摄像头采集到的视频,然后转换、压缩反馈到遥控界面,由反馈得到的视频信息,通过遥控远程控制机器人的驱动、喷雾等功能。 3.主要创新点 (1)立式机器人创新结构设计 (2)基于双目测距的智能喷雾设计 (3)基于5G通信模块的远程操控 4.市场应用 (1)江苏淮安宾馆有限公司 (2)江苏臻隆生态农业科技有限公司
淮阴工学院 2021-05-11
用于沥青混凝土施工质量的智能管理方法及系统
本发明涉及一种用于沥青混凝土施工质量的智能质量管理方法,包括以下步骤:采集施工过程中施工材料的实时温度;根据所述施工材料的温度随时间的降幅,建立温度变化模型;利用所述温度变化模型指导施工现场的调度。
东南大学 2021-04-11
一种支撑智能设备的移动机器人
本实用新型提供了一种支撑智能设备的移动机器人,包括带有智能设备安装位置的机身以及运动机构,其特征在于,所述运动机构包括:四个弧形支撑腿,分为两组,对称分布在机身两侧,每个弧形支撑腿的弧形凸起面朝下作为支撑面,所述弧形支撑腿的主体采用柔性材料,所述弧形支撑腿远离支撑面的一端通过转轴与机身连接,同一侧的两个弧形支撑腿的转动面相互平行;转动动力源,安装在机身上驱动四个弧形支撑腿绕转轴转动,四个弧形支撑腿共同转动带动机身运动;本实用新型的移动机器人的支撑脚采用弧形的构造,且材料是柔软的,使得机器人在十分崎岖的路面或柔软的平面具有很好的移动能力,并有效减轻智能设备的磨损和运动中受到的振动。
浙江大学 2021-04-13
智能功率驱动芯片设计及制备的关键技术与应用
一、创新点: 1.创新1-高低压兼容工艺技术:世界首个P-sub/P-Epi高低压兼容浮置沉底工艺平台 2.创新2-抗瞬时电冲击电路技术:国际最高品质因子600V等级浮栅控制芯片 3.创新3-低损耗功率器件技术:超低开关损耗阶梯栅氧600V超结功率器件 4.创新4-高功率密度互联技术:国内首款微型智能功率驱动芯片及600V单片智能功率驱动芯片。 二、产出情况: 被Amazon、Philips、Samsung、美的等100多家国内外公司采用,项目新增销售27.2亿元,新增利润4.9亿元,新增创汇3115.5万美元,解决了我国智能功率驱动芯片的“卡脖子”问题。 1.智能生活家电领域累计销售超16亿颗,市场占有率全国第一(超过40%) 2.首次实现国产智能功率驱动芯片应用于高铁空调控制器 3.唯一一款应用于智能电表的国产功率芯片,解决了我国智能电表系统的战略安全问题 4.在新能源交通工具领域出货量超30亿颗 成功应用于亚马逊无人仓储机器人,首批供货超过1万套。
东南大学 2021-04-13
融合可见光通信(VLC)的智能车载业务平台
伴随着车联网技术的发展,车与X(X:车、路、行人及互联网等)之间进行信息的高速交互和数据的快速处理也随之成为当下的研究热点,然而由于现有的,特别是6GHz以下无线频谱资源的利用趋于饱和,为了满足车联网应用的需求,需要引入大量的复杂的无线通信技术以充分的利用现有的频谱资源,这样势必造成无线传输系统的复杂,电磁干扰的加剧,设备成本的增加。由于VLC具有超高的可用带宽,极低的信道间干扰,更短的信号传输时延等特点,因此将其作为车联网通信的一种有效的补充手段,与现有的车联网无线传输技术(例如 3G/LTE,
西安电子科技大学 2021-04-14
基于大数据智能的新一代网络交换机
新一代网络关键设备,创新性的提出感知、计算、存储一体化智能网络体系架构,在网络核心节点设备引入大数据人工智能方法,突破网络简单转发能力,实现流量智能感知与分析。 
中国科学技术大学 2021-04-14
基于回旋曲线追随的智能车辆路径跟踪方法及系统
本发明提供了基于回旋曲线追随的智能车辆路径跟踪方法及系统,包括步骤:步骤 1,寻找跟踪路 径中离智能车辆当前位置最近的 GPS 点;步骤 2,遍历跟踪路径中 GPS 点;步骤 3,生智能车辆当前位 置向当前遍历点的回旋曲线并获得回旋曲线的相关参数;步骤 4,根据回旋曲线相关参数获得预瞄目标 点;步骤 5,生成智能车辆当前位置向预瞄目标点的回旋曲线,根据回旋曲线相关参数获得智能车辆的 方向盘转角。本发明可提高智能车辆路径跟踪精度,且能够使方向盘转
武汉大学 2021-04-14
一种用于智能建筑的室内供暖控制系统
本实用新型公开一种用于智能建筑的室内供暖控制系统,包括管道、控制模块、室内温度检测模块、室外温度检测模块、压力检测模块、人员数量检测模块、执行机构、无线通信模块和远程管理终端;所述控制模块分别与室内温度检测模块、室外温度检测模块、压力检测模块、人员数量检测模块、执行机构和无线通信模块连接,所述无线通信模块与远程管理终端连接。本实用新型具有检测方便、结构简单的特点,避免室内无人或环境温度适宜时,供暖系统继续进行供暖,造成能源浪费的问题,大大降低供暖成本和能源浪费,且为用户提供舒适的生活环境。
安徽建筑大学 2021-01-12
技术需求:复杂作业环境下多参数的智能感知技术
1、复杂作业环境下多参数的智能感知技术;2、人工智能中枢控制系统实现;3、智能电液控制技术;4、终端轨迹规划及精确控制技术;5、自动扫描、分析技术与系统协调作业;6、基于影像分析的地面监控系统和远程操作系统实现;7、井下多传感信息融合及检测技术;8、井下网络数据传输系统平台构建;9、无线与有线光缆通信异构融合与组网技术;10、地面井下信息互通,以及与矿井综合自动化平台的高效融合技术
山东金科星机电股份有限公司 2021-08-17
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