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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
胡萝卜收获机用植株夹拔输送与根秧切割分离一体化装置
一种胡萝卜收获机用植株夹拔输送与根秧切割分离一体化装置,涉及胡萝卜收割装置领域,包括机体,设置在机体上秧叶输送组件,设置在机体上且位于秧叶输送组件的下方的根秧分离组件,设置在机体上且位于根秧分离组件的输出端的切割组件,在切割前的输送过程中秧叶输送组件和根秧分离组件的相互配合,实现胡萝卜根秧部拉齐,当输送到切割组件的位置时,在高速旋转的圆盘的作用下完成胡萝卜的齐茬切割。本实用新型的有益效果是,在窄行
青岛农业大学 2021-01-12
用于垃圾富氧焚烧的一次风注氧混合一体化装置
本发明公开了一种用于垃圾富氧焚烧的一次风注氧混合一体化·689·装置,包括:其两端可分别与一次风管道连接的管状本体;注氧器,其包括设置于本体的管体内呈环状的注氧环,以及均匀设置在该注氧环上的多个喷嘴,氧气从外部进入该注氧环并通过上述喷嘴喷入本体的管体内;以及同轴套设在本体内管壁上并位于注氧器下游的混流片组,每个混流片组包括一个第一混流片和一个第二混流片,两混流片轴向间隔平行设置。本发明的装置可使得氧气以
华中科技大学 2021-04-14
设施农业水肥一体化装备
项目简介 设施农业水肥一体化装备主要由混肥罐、营养液母液罐、酸/碱液罐、文丘里吸肥器、 电磁阀、传感器、管路和控制器等组成,能实时、动态调控营养液的各营养元素的配比 和营养液的 pH、EC 值,具有定时、土壤湿度、光照等多种灌溉施肥启动模式。已授权相 关发明专利 6 件;样机已通过江苏省农业机械试验鉴定站检测;成果已通过中国机械工 业联合会鉴定,达到国际领先水平。 性能指标 吸肥通道数:2
江苏大学 2021-04-14
一种用于室内空气净化的等离子体织网装置
本实用新型涉及一种用于室内空气净化的等离子体织网装置,包括电源、固定架、等离子体织网和振打器,等离子织网由纵向等离子体发生纤维和横向高分子材料纤维制成,纵向等离子体发生纤维通过横向高分子材料纤维固定,纵向等离子体发生纤维外层设有高分子纤维包覆层,纵向等离子体发生纤维由接负极的金属丝和接正极的金属丝组成;等离子体织网安装在固定架上,固定架上设有振打器,等离子体织网连接电源。本实用新型通电后等离子将被激活,能够吸附空气中的颗粒物与气溶胶,并且可以捕捉细菌并破坏其表面结构;本实用新型充分利用低温等离子体反应活性,并配备振打器,可用于大风量,长时间运行的室内空气净化。
浙江大学 2021-04-13
枸橼酸封管液新型输注装置在血液净化中的应用
根据国内透析中心数据库显示,国内目前均使用传统的肝素封管液进行封管处理,并没有使用商品化枸橼酸封管液的报道。本项目率先在国内开展了枸橼酸封管液的基础及临床研究,发现其安全性及有效性由于肝素封管液,在配合枸橼酸封管液的新型输注装置,真正做到了安全有效、价格低廉及操作简便。在项目组自主创新研发的100余种枸橼酸封管液输注装置均进行了专利申报,目前已获得4项实用新型专利,1项发明专利。本项目组将与企业进行联合研发合作,一方面充分发挥项目组所在医院医疗资源丰富的优势,并最大限度集成企业产业链完善、研发速度快的特点,将枸橼酸封管液能够尽快的推广到临床应用,为广大患者带来福音,也为企业提供新的利润空间。
四川大学 2016-04-22
有机废气的净化技术
本发明通过以硝酸强化预处理堇青石峰窝陶瓷为载体,在载体上一次性负载铈镧锆混合氧化物改性的活性氧化铝与含多种金属氧化物混合物的活性组分,在浸渍前对载体改性提高了其比表面积,解决了工业有机废气的处理技术实用化难题并实现了向废弃净化要效益的突破。技术成果在东莞泽龙线缆有限公司等多家企业推广应用,具有良好的节能环保效益,推动了行业节能减排技术发展。技术应用于线缆制造、汽车等行业的涂装作业产生的有机废气净化,室内空气净化,以及污水处理厂恶臭异味消除等,10年经济效益累计达21528.26万元,共减排VOCs约20.995万吨。并获得了全国发明展览会金奖。
华南理工大学 2021-04-10
室内空气净化
纳米材料和纳米技术在能源、环境、资源和水处理产业应用近年来出现了良好的开端。纳米净化剂、 纳米助燃剂、纳米固硫剂、用于水处理的纳米絮凝剂等新型产品相继开发成功,在这些产品基础上,发展 了一些新型纳米产业。针对市场需求,项目部应用模版合成技术、水热技术、浸渍法等生产了大批的纳米 材料和VOCs催化剂。项目部目前工作重点有:继续放大纳米材料的生产工艺、VOCs催化剂研发生产,市 场实用的新型纳米材料和催化剂的研究与开发、产品的推广销售等。
中山大学 2021-04-10
隧道空气快速净化车
1 成果简介独头掘进的深长隧道、坑道、地下人防工程及国防工程等无论是爆破或挖掘施工时,还是后续渣石清运,以及后来正常使用时,内部都会产生大量粉尘颗粒、烟雾和有害气体。而此时通风换气不仅难度大、设施投入大、功耗大,而且效率低下,影响工程进度和人员健康。 隧道空气快速净化车针对隧道封闭空间特点、利用相对运动原理,将传统利用风机管道把污染空气送到净化设备的方式改为净化车向污染空气的相对运动。其工作时伸展变大,基本遮挡隧道断面,所行驶过的空间空气得到净化。不工作(如渣石清运)时收缩变小,停靠洞壁。其利用静电除尘原理和细微颗粒凝聚技术净化粉尘和烟雾。利用等离子体技术净化有害气体。2 技术指标( 1) 净化效率满足国家关于作业区空气质量标准; ( 2) 工作时,净化车移动速度约 0.5m/s。3 应用领域( 1) 铁路、人防、国防工程隧道施工中粉尘、烟雾、有害气体的同时快速净化; ( 2) 城市地铁内突发毒气的快速净化。4 效益分析目前我国正在大力发展铁路,深长隧道施工越来越多。二炮系统也有大量地下施工,且由于保密要求不采用洞外空气置换,更需要方便实用的内部高效净化技术。城市地铁发展迅速,万一突发毒气事件,虽然可采用置换方式将有毒气体排到地面稀释,但若地面有风且附近有高密度住宅区,工作将受阻。可变形的隧道空气快速净化车将是同类技术的优选。5 合作方式联合开发、填补国内外空白
清华大学 2021-04-13
空气净化器
纳米光催化多功能空气净化器,就是将纳米光催化技术、湿式过滤净化技术和蒸发冷却空调技术等多项先进技术集成于一体,产品属于最新一代空气净化器,技术性能方面又优于国内现有的第三代空气净化器。它具有以下功能:杀灭空气中的细菌和病毒;去除空气中的如甲醛、苯、氨和烟雾等致病致癌物质;滤除空气中的尘埃、花粉等;空气加湿和制冷(送冷风)。可以一机多用,可广泛用于家庭、宾馆饭店、办公场所和医院等各类房间,为人们营造出清洁、健康的生活与工作环境。
北京理工大学 2021-04-13
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