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锅炉炉膛温度场声学可视化技术
成果介绍
成果名称：锅炉炉膛温度场声学可视化技术
成果参与单位：华北电力大学
成果完成人：沈国清
炉内温度场的分布是反映燃烧过程的重要参数，直接影响到锅炉的安全性和经济性。炉膛温度作为反应炉膛内部燃烧情况最直接、最及时、最重要的参数，是燃煤锅炉安全高效环保运行最主要的控制参数，是垃圾焚烧炉二噁英排放最主要的控制手段，是SNCR优化最直接的运行依据，是钢铁、冶炼等工艺环节提高成品率最关键的控制参数。
由于炉膛处于高温、高尘、超大空间、湍流等复杂恶劣的测量环境，接触式测量技术不断出现结焦、温度漂移、短时间内烧毁等问题，更换频繁、维护工作量大。常规接触式测量技术难以在炉膛高温测量上持久应用，以致炉膛温度测量难以实现连续准确实时监测，燃烧调整赖以依靠的炉膛温度参数处于“缺失”状态，炉膛燃烧成为了运行调整的“黑匣子”。现有的垃圾焚烧炉脱硝普遍采用SNCR脱硝工艺，没有精确的温度窗口检测手段，喷氨调节无温度场分布数据依据，脱硝效率低，氨逃逸量高。
温度场声学可视化技术作为一种非接触式测量方法，对测量环境要求不苛刻，能直观、及时的反应炉内温度场分布，实现炉内高温、多尘、湍流等恶劣环境下的实时在线测量，也可以为喷氨调整提供最直接的温度窗数据，提高脱硝效率，减少氨逃逸量。
创新点
能够给出实时的二维温度场信息，包括区域温度图、等温线图和三维温度立体图，运行稳定可靠。便于运行人员及时判断温度分布和火焰中心是否偏移，防止水冷壁局部过热超温。通过使用该技术，为机组的燃烧优化调整提供了参考，降低煤耗，节省燃料成本；延长面命，节省换管费用；减少锅炉NOx排放，节省脱硝成本。
市场前景
自主研发的声学测温系统性能价格比优于国外同类系统。系统价格仅为国外同类产品的一半，系统的测量精度、温度场分辨率、稳定性等性能指标均优于采用国外产品和技术。在系统软硬件升级、备品备件供应、售后服务与人员培训等方面具有明显的优势与市场竞争力。
应用案例
获奖情况
华北电力大学
2023-07-13
高温高压自然循环干熄焦余热锅炉
干熄焦技术是近年来黑色冶金焦化行业迅速发展的节能与环保新型技术，具有较好的社会效益和经济效益，各国有关企业都竞相采用。干熄焦余热锅炉作为干熄焦装置系统中重要的余热回收装置，起到了熄焦工艺中节能减排等关键作用。可回收利用红焦显热的83％左右，使炼焦过程的热效率提高10个百分点以上。可降低红焦与水接触（湿法熄焦）产生大量的酚、氧化物和硫化物等有害物质，阻止环境污染等重要作用。同时，干熄焦技术可省去因湿法熄焦每吨红焦而需耗水0.5吨，节约了大量的水资源。干法熄焦改善了焦炭的物理、化学和机械性能，由于焦炭质量的提高，炼铁生产中矿焦比降低了2％～2.5%，生产效率提高1%～2%。干熄焦技术具有节能、环保、提高焦炭质量的三重效益。 推广应用干熄焦技术是实现焦化、冶金工业节能降耗和环境保护的重要措施。随着干熄焦焦炉的大型化发展，对余热锅炉提出了新的要求，高参数、大容量将是干熄焦余热锅炉发展的必然趋势。我们开发的干熄焦余热锅炉如图 该干熄焦锅炉，在其性能指标上完全达到日本新日铁公司同类产品水平。 ①适当地提高了锅炉的烟气流速，有利于提高锅炉的换热效果，采用对第二级过热器上的前四排管子采用超声速喷涂Ni－Cr合金技术，其防磨性能比日本干熄焦锅炉更为可靠。 ②为锅炉设计了专用的炉墙的密封结构，其设计比日本干熄焦锅炉更为合理。 ③为了避免锅炉热膨胀性，锅炉本体采用悬吊形式，其结构比日本干熄焦锅炉更为科学。 ④采用全水平式蒸发器结构，其结构紧凑，安装维护简便。
上海理工大学
2021-04-13
HDE8031-2-2-0-600智能锅炉液位计
产品详细介绍 HDE8031-2-2-0-600智能锅炉液位计 HDE8031/2系列智能锅炉液位计 HDE8031/2系列智能锅炉汽包液位计，是基于电容测量原理的液位计。它采用断层扫描技术，通过测量分析测量筒内的液态、气态介质的介电常数、补偿温度、压力等变化带来的影响。经过微处理器运算处理后输出符合工业标准的4-20mA电流信号，也可输出RS485数字信号供给使用。。 HDE8031主要应用于火力发电站、炼钢厂钢厂等亚临界压力锅炉汽包上。 HDE8032主要用于余热发电等高温、中压锅炉汽包上。 锅炉液位计主要技术指标： ●工作电压：最大：28V 最小：20V ●电 流 环：两线制4.00mA ～ 20.00mA（±2.5%）●防爆等级：ExiaIICT6 ●防爆参数：Ui=30V,Ii=100mA,Pi=0.75W,Ci=100pF,Li=10uH ●工作压力：HDE8031 20MPa max HDE8032 6.5MPa max ●测量范围：1500mm ●测量周期：0.1秒 ●环境温度：-40℃～65℃ ●介质温度：HDE8031 600℃ max HDE8032 450℃ max ●防护等级: IP65 联系人：崔经理 手机：13598007836 电话：0371-53735520 QQ:1043256882 邮箱：hongdaerck@126.com 网址：www.hdekj.com
郑州宏达尔测控科技有限公司
2021-08-23
GS煤气高速燃烧器成套装置
GS系列煤气燃烧器的特点及性能指标 （1）喷出速度高 GS烧嘴的喷出速度最高可达350 m/s，为国内同类产品的5倍以上； （2）噪音低 在喷出速度为200 m/s时，噪音只有75 - 78 dB（A），而国内同类产品在60 m/s 喷出速度时的噪音通常已达80 dB（A）； （3）速度和温度的可调范围大 GS烧嘴的喷出速度可在50 -450 m/s范围内灵活调节，炉内温度的控制范围为150 - 1500℃； （4）炉内温差小 最小可小至5℃； （5）燃料调节比大 GS烧嘴在正常空燃比（a=1.05 ~ 1.06）情况下，调节比为3 ~ 5；在用于调温时，调节比可以大于30。 （6）适用燃料广 本燃烧器可使用的燃料包括：天然气、液化气、焦炉煤气、混合煤气、热脏煤气、荒煤气等热值在3.5MJ-90MJ/m3的各种气体燃料。 （7）配套设备功能齐全、性能好 GS系列煤气燃烧器除可单独使用外，尚可配置一些其它设备以提高自动调节能力和自动控制水平，这些配套设备包括：GDY型高压电点火器、ZHJ型火焰监测器、RK型自动点火与燃烧程序控制器。 本产品可以应用于各种燃用气体燃料（天然气、液化气、焦炉煤气、混合煤气、热脏煤气、荒煤气等）的工业炉窑,特别是在环保要求高的地域。
北京科技大学
2021-04-11
水煤浆工业炉窑燃烧与应用成套技术
水煤浆是一种采用物理方法制备而成的全煤基、流体化的洁净煤燃料。所以采用本项目的主要目的在于：代油应用以提高经济效益或代煤应用以满足环保要求。 在代油市场上与其他以煤代油方式相比具有以下特点： 对原烧油设备（储罐、管道、仪控系统等）利用程度高，代油工程改造费用低； 不需增设煤场，节约占地面积； 运输损失和储存损失小； 燃烧效率高，物理不完全燃烧损失小； 便于实现燃烧过程和生产工况的自动调节、优化控制和计算机智能管理，从而不仅有利于工人劳动条件的改善和劳动强度的旧的降低，而且有利于生产工况的稳定和产品质量的提高； 储存及使用安全，无自燃着火与爆炸之虞。 与其他煤基燃料（粉煤、块煤）相比，水煤浆具有如下优越性： 易于运输、储存，特别是在我国目前铁路运力严重不足情况下，如果结合管道输煤而广泛应用水煤浆，将非常有利于缓解铁路交通紧张的局面； 由于采用雾化燃烧方式，燃烧强度明显高于煤的层状燃烧； 在燃料投入量和燃烧工况的调节、控制方面，明显比粉煤来得容易，而且准确可靠； 使用安全性好； 对大气环境的污染较轻； 投资和运行成本低于煤的气化和液化。 本项目系六五和七五期间的国家重点科技攻关研究项目，总计通过了七项省部级鉴定和国家级鉴定验收，达到世界先进水平，1991年获得冶金工业部科技进步二等奖，1993年获得国家科技进步三等奖，并被列为95国家科技成果重点推广项目（项目编号为：工-1-2-1-19），成立有国家水煤浆工程技术研究中心工业炉窑燃烧技术研究所，负责推广应用。
北京科技大学
2021-04-11
一种秸秆燃烧烟气的处理装置
本实用新型公开了一种秸秆燃烧烟气的处理装置，包括：用于燃烧秸秆的燃烧炉；用于盛放处理液的反应池；连通燃烧炉和反应池的烟气通道，烟气通道伸入处理液中，烟气通道内安装有负压风机；用于收集反应后烟气的排放管道，排放管道内安装有二次燃烧器。在二次燃烧器的上游，所述排放管道内还安装有CO浓度检测器，CO浓度检测器和二次燃烧器均与控制器相连。利用负压风机将秸秆燃烧烟气通入处理液中，Karrikins化合物被收集起来，NO、NO2、SO2等与处理液反应，获得的反应液用于作物灌根，促进植物生长；对一级处理气进行二次燃烧，获得主要成分是CO2的二级处理气，直接排入温室中，提高CO2浓度，促进植物光合作用效率。
浙江大学
2021-04-11
柴油机高效清洁燃烧技术及应用
柴油机的燃烧以扩散燃烧为主，其燃烧速率决定于混合气形成快慢。大连理工大学隆武强教授团队发明了双层分流燃烧室和高扰动喷油嘴，结合缸内气体流动控制，有效地改善喷射油束的雾化效果和空间分布，从而提高燃油与空气混合的速度和均匀度，形成完整的柴油机高效清洁燃烧技术。
双层分流燃烧室如图 1所示，燃烧室的活塞顶面开口直径大、凹坑深度浅、唇口突出且位置靠下，使燃油在燃烧室内产生分层流动与燃烧，加快油气混合速率，提高空间利用率。可降低油耗4%左右。
高扰动喷嘴如图 2所示，每组喷孔由两个子喷孔组成，呈“V”字形，子喷孔内的燃油在喷油嘴内部交汇。高扰动喷油嘴两个子喷孔内的流动汇聚时产生强烈的动量交换，即扰动，这个过程将一部分平均流动能转化为湍流动能，而湍流动能的急剧增加可以有效地增加雾化质量。如图 3所示，高扰动喷油嘴液相喷雾贯穿距受环境温度影响更大，蒸发速率更快，这种提高蒸发速率减小液相贯穿距的效果与提高喷射压力的作用相同。高扰动喷嘴能强化液体燃料破碎，控制喷雾贯穿距，提高燃油经济性、降低NOx及Soot排放。
高效清洁燃烧技术获得多项国内外发明专利（美国发明专利-US10662866B2，美国发明专利-US10563569B2，日本发明专利-特许第6527875号，中国发明专利-ZL201210152367.6，中国发明专利-ZL201410061414.5，中国发明专利-ZL200810012342.X，中国发明专利-ZL03143790.7，中国发明专利-ZL03143789.3，中国发明专利-ZL200410097761.X，中国发明专利-ZL201110428301.0），与国内外多家柴油机厂商合作，取得了良好的社会效益和经济效益。
大连理工大学
2021-05-10
液体燃料喷雾扩散燃烧特性研究系统
本实用新型公开了一种液体燃料喷雾扩散燃烧特性研究系统。包括定容燃烧弹弹体、进气系统、排气系统、点火模块、加热模块、高压共轨系统、数据采集模块、纹影成像系统、激光诊断系统、电控单元。本实用新型可以研究不同初始压力和温度下，不同液体燃料的喷雾扩散燃烧特性。实验时，利用点火模块将预先充入在定容燃烧弹内的预混可燃气体点燃，在定容弹内产生高温高压的环境以模拟柴油机压缩上止点附近缸内高温、高压的环境，在定容弹压力下降到设定值时，控制单元控制喷油器将高压燃油喷入定容弹内，燃油在定容燃烧弹内迅速雾化并被压燃，利用纹影成像系统同步记录燃油压燃燃烧火焰传播过程，结合激光诊断技术研究不同液体燃料的喷雾扩散燃烧特性。
浙江大学
2021-04-13
基于气氛控制的加热炉优化燃烧
针对目前国内加热炉操作人员对空燃配比及炉温设定值的控制具有较大的滞后性与主观性，以及由于气氛探测仪器对环境条件要求苛刻，无法对加热炉内的气氛进行连续合理的控制等问题，建立合理的炉内气体流动和燃烧模型，根据燃料成分和空燃比的波动，对实际炉况下的烟气成分及分布进行在线计算，为最佳空燃比设定提供指导，实现燃烧过程动态优化控制。这对合理利用能源，减少炉窑氧化、脱碳及环境污染有重要作用。
北京科技大学
2021-04-13
BHW系列全自动燃油燃气燃烧机
1. BHW-ZY型压力雾化整体式全自动重油燃烧器 该燃烧机针对目前国内重油燃料黏度高、凝固点较高、杂质含量高及来源复杂的实际情况研制开发的。可以烧200#重油、原油、渣油及超稠油、稀释油，该燃烧机对不同性质油品适应性具国内外先进水平。克服了国外压力雾化整体式重油机烧国内重油火嘴结焦、油泵使用期短、故障率高等问题。可应用于油田输油站、加热炉、锅炉并广泛应用于采暖炉和锻造炉、热风炉等工业窑炉。燃烧机有20-500kg/h共10种规格。2. BHW-GN型超稠油专用燃烧器 该燃烧器针对辽河油田超稠油粘度较高，水分杂质含量的特点研制开发的，燃烧器由油枪、稳燃器、配风器、简易点火枪和火道五大部分组成，雾化介质压缩空气或蒸气与燃料通过独特泡式混合结构，实现高效混合，燃油雾化颗粒可达到40 m以下，并配有先进的稳燃回燃配风结构。该燃烧器于98年在辽河油田4吨蒸气锅炉及注汽锅炉试烧辽河油田超稠油及乳化油成功，并投入正常使用。该燃烧器负荷调节大，可达到1：6。近年来广泛应用于油田输油站及石化厂等，烧渣油、超稠油工艺加热炉。规格范围有50-500万大卡/h共10个型号及相应规格的油—气混烧联合燃烧器。3. BHW-PX型全自动气体燃烧机 该燃烧机采用先进的湍流、扰流、环流、掺混结构，燃烧效率高，烟气排放符合国内环保要求。根据用户要求，采用烟气回流低NOx燃烧机技术，烟气排放达到欧洲标准。自动化水平高，具有程序启停，火焰监控，二级负荷调节及工艺参数超限保护。120m3/h以上规格燃烧机配有燃气泄漏检测保护装置，保护功能齐全。关键配件如电磁阀、控制器采用当今世界名牌产品。燃烧机运行平稳，安全可靠，故障率低。该燃烧机于2001年应用于新疆克拉玛依油田采油三厂，3台4吨、7台2吨燃煤锅炉改烧天然气，和40台5-30m3/h水套炉燃烧器在大西北风沙大、气温低的环境中使用，故障率低，用户反映较好。燃烧机可广泛使用于民用和工业加热炉、锅炉、热风炉、锻造炉等工业窑炉。规格范围燃气量6-350m3/h共10种。
北京航空航天大学
2021-04-13