成果创新点 通风换气、餐饮油烟净化、腐蚀物输运、工业分离输 送、河道除淤疏浚、采矿打沙及食品加工等领域。主要技 术创新路径：龙卷风旋涡能够产生强大抽吸力 核心优势：风机抽吸力丝毫不减，而套筒抽排能力与 风机相当，总排风量大大高于单独的风机的排风量；旋流 卷吸套筒独立使用，为风机另辟进风渠道实现免污染，排 风管道畅通无阻，特别适合腐蚀性或复杂环境中工作；旋 流卷吸无需额外能耗，旋转气流产生离

通风换气、餐饮油烟净化、腐蚀物输运、工业分离输送、河道除淤疏浚、采矿打沙及食品加工等领域。主要技术创新路径：龙卷风旋涡能够产生强大抽吸力 核心优势：风机抽吸力丝毫不减，而套筒抽排能力与风机相当，总排风量大大高于单独的风机的排风量；旋流卷吸套筒独立使用，为风机另辟进风渠道实现免污染，排风管道畅通无阻，特别适合腐蚀性或复杂环境中工作；旋流卷吸无需额外能耗，旋转气流产生离心力还可以实现分选截留，实现净化功能。

技术简介：本发明属于分离机械，涉及一种具有从雨水中分离沉积物和漂浮物功能的旋流井，包括井筒、外筒、旋流器和支撑筋板。所述井筒上在同一水平面上预埋进水管和出水管。所述外筒置于井筒内。所述旋流器依靠支撑筋板同轴固定在外筒里面。旋流器的入口伸出外筒并套在井筒上预埋的进水管上。本发明既能分离沉渣又能分离浮渣，操作弹性大，且不易堵塞、结构简单、装拆方便、清渣容易。

该种新型煤粉旋流燃烧器的特点如下：⑴使用“变截面中心管”和“挡块”结合的可调煤粉浓缩器，将煤粉气流用惯性分离为内浓外淡的两股环状气流，以实现径向浓淡燃烧。⑵有扩口的外二次风使用较高流速，以强化后期混合。⑶有扩口的内二次风为强旋转射流，用于组织回流区和前期燃烧。⑷外一次风口和内二次风口之间有一个“双锥形喷口”，也就是内、外两侧呈相对的两个锥形的喷口，能辅助内二次风组织流场，形成稳定且有适当回流量的中心回流区；可延迟一、二次风的混合，以保证煤粉的着火和挥发分析出区的还原性气氛；将外一次风中的煤粉引向中心回流区方向，可强化着火；喷口后将形成一圈小的驻涡，帮助稳燃并挤压中心回流区使之变得狭长。⑸外一次风，即淡侧一次风具有隔离浓侧一次风与二次风的作用，使一次燃烧区为一个狭长的还原性区域。⑹内一次风使用了齿形稳燃环，齿后将形成一个个小驻涡，利于着火；齿状阻塞将加强浓一次风与回流区之间的湍流混合；齿状喷口会加大浓一次风的周界长度，也可强化混合，稳定着火。。

对于燃料炉而言，炉子热量的来源是燃料燃烧的化学热。而燃料燃烧后产生的大量热量，除一部分用于被加热的工件上，其余很大一部分以高温废气的形式排出，这样一方面造成了大气污染，另外也浪费了大量热量。因此,国内外都在积极地研究如何将这一部分能量回收的装置换热器。 用换热器回收部分高温废气的热量来预热助燃用的空气或预热燃料本身，从而节约燃料，改善燃烧条件。一般来说，空气的预热温度每提高100℃，可节约燃料5％，产量相应增加2%。因此，研究和开发实用新型的高效换热器对余热回收、环境保护都具有十分重要的意义。 金属管状换热器的发展大体经历了第一代光滑表面、第二代粗糙表面、第三代插入件扰动、第四代喷流扰动和第五代贴壁流扰动阶段。新研制成功的旋流换热器属于第五代新型管状换热器，由于采用了新型的旋流技术，热工性能优越，其综合传热系数可以达到50w/ｍ2℃以上，而在条件相同情况下，光管换热器仅为20w/ｍ2℃左右，带插件换热器为35w/ｍ2℃左右，喷流换热器为45w/ｍ2℃左右。而压力损失却比它们小得多。在实现换热器既要高效，又要低阻方面有重大突破。 该项目可以应用于冶金、机械、石油和化工等行业的燃料加热炉的余热回收。

Ø 旋流板塔是一种高效传质设备。近年来在烟气脱硫领域的应用取得了很大进展。它的突出优点是：操作负荷和操作弹性大、传质效率高、防堵性能强。本系统主要由主塔、副塔和沉灰池、加料池及配浆池组成。主塔内安装有若干块“高负荷旋流塔板”和高效除雾板（该板也可能安装在副塔内）。来自锅炉的含尘、含硫烟气从主塔底部进入主塔，在塔内旋流上升、并在各板上与由塔顶进入的液体旋流接触，完成除尘、脱硫任务；洁净烟气经副塔进入烟囱，由烟囱顶部排空。携有大量烟尘和脱硫渣的液体从主塔底部排出流入沉灰池，烟尘和脱硫渣沉入池底

对现行XLP/B型除尘器进行结构创新设计，开发了一种针对小型燃煤锅炉烟气除尘的新技术——XP-S小型燃煤锅炉通用旋流除尘器。结合工程运行经验，创新设计的XP-S小型燃煤锅炉通用旋流除尘器结构上采用了螺旋翅片锥形升气管、碎涡器、稳涡器、二分“脊”式导流片、以及异锥形出口蜗壳、月牙形旁路、双斗异型排灰系统及鸭嘴式排灰阀、异形入口缩放管等创新方案,在形式上采用了负压风机与出口蜗壳组合、锥形密封槽以及其相配的新型密封材料等措施。使除尘器在整体尺寸、除尘效率、风机耐受性、密封性上等方面都更能适合于小型燃煤锅炉的需要。目前，该技术已完成设计程序开发，正进行样机加工制作和技术专利申请工作。希望进行技术转让或以技术入股形式合作开发生产。

成果简介：旋流板塔是一种高效传质设备。近年来在烟气脱硫领域的应用取 得了很大进展。它的突出优点是：操作负荷和操作弹性大、传质效率高、防 堵性能强。本系统主要由主塔、副塔和沉灰池、加料池及配浆池组成。主塔内安装有若干块“高负荷旋流塔板”和高效除雾板（该板也可能安装在副塔内）。来自锅炉的含尘、含硫烟气从主塔底部进入主塔，在塔内旋流上升、 并在各板上与由塔顶进入的液体旋流接触，完成除尘、脱硫任务；洁净烟气经副塔进入烟囱，由烟囱顶部排空。携有大量烟尘和脱硫渣的液体从主塔底 部排出流入沉灰池，烟尘和脱硫渣沉

1. 痛点问题 氧化物微纳米颗粒在储能材料、高端光学材料、高性能气体传感器、高端催化剂等领域均有广阔的应用前景。然而工业制备中现有的共沉淀、凝胶、浸渍等湿法合成方法，由于其原理和工艺上的限制，存在不易放大、生产不连续、产线通用性弱、废液污染、掺混不均匀等问题，尤其在被国外企业垄断的高端高熵多元氧化物颗粒生产方面，存在很大挑战。 2. 解决方案 采用火焰合成方法得到纳米颗粒具有一步工艺、纯度高、易放大、成本低、污染排放少、可控性相对较高的特点。在各种火焰形式中，本技术设计了一种基于旋流强化混合的雾化火焰合成系统，在保证较高产量的同时降低了高温区停留时间，能够显著提高火焰合成纳米颗粒的产量和生产效率，可以为各种单元、多元纳米氧化物粉体的生产提供定制化服务。 合作需求 为实现本技术的产业化和市场化，主要需求包括： 1.一支专精于纳米材料合成与收集方面的研发团队，能够承接专利技术，并大幅拓展至规模化、定制化产业生产； 2.300平米以上的科学实验场地与300万以上的启动资金； 3.与光学、电学领域高端粉体需求方有较广泛的联系，能够协助产品、技术拓展市场。

项目成果/简介: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知识产权类型:发明专利知识产权编号:2018114554307，2020102445880，ZL2016106973850技术成熟度:已有样品技术先进程度:达到国内先进水平成果获得方式:独立研究获得政府支持情况:国家级计划/专项类别:国家自然科学基金获得经费:61.00万元