科研领域及方向        热能与动力工程 / 先进控制策略在热工过程自动控制方面的应用研究项目概况    本项目主要针对众多热电联产机组在实施自动控制时所存在的问题，采用先进的智能优化控制理论，研究能较好地解决热、电负荷优化控制问题的先进控制系统，具体包括：热电联产机组热电负荷协调优化控制；锅炉母管蒸汽压力的优化控制；机组主汽温度的优化控制等。主要特点 传统控制和现代控制在提高热工对象的控制品质上已作了大量的努力，但对于一些复杂对象的控制效果仍欠佳。本项目对人工免疫系统这一新的智能理论进行了研究，并与传统的PID控制、模糊控制、预测控制等方法相结合，将新的思想与传统及成熟的控制理论有机结合，应用于解决实际复杂热工过程的优化控制，以期取得良好控制效果。技术指标     着眼于热电厂母管制机组实现热、电负荷整体优化控制需要解决的的一些关键问题，针对现有控制系统的不足，研究更为有效的基于免疫算法、多Agent技术和预测控制方法等的智能优化控制系统。市场前景本项目研究成果对改善中小电厂锅炉燃烧自动控制的现状，提高其锅炉自动投入率和经济效益，以及节约能源都具有重要意义。此外，还将有力地促进人工免疫技术的发展及其在热工过程控制中的应用，并为类似分布式复杂系统的控制提供借鉴。

石油修井小修作业主要工作是起下油管及油管的上卸扣，而上卸扣所用的设备叫油管钳，俗称“拧扣机”。目前的作业设备存在的主要问题是： 1）由于偶尔发生井喷、断尾绳等事故，导致打伤人、咬断手指等安全事故；  2）长时间推拉油管钳、搬运卡瓦、接送甩出的油管等，劳动强度大； 3）需要有经验的操作工在井口操作，不易对缺口。 本课题所研究的智能化修井作业装置由自动化油管钳、固定卡瓦、机械手、液控系统、机架等部分组成。固定卡瓦固定在井口防喷器上；自动化油管钳安装在机架上，可以自由前进、后退移动；油管钳及背钳由液压马达驱动，所有的夹紧、移动、旋扣等工作均由气动、液压驱动。整套装置在搬家时放在车辆上（随车吊），到达井场后只需要将夹紧机构和机架（含油管钳）安装在井口防喷器上，连接油管即可。适用于所有井口的修井作业。该装置目前已经获得多项专利，达到国际先进水平，具有如下优点： 1）人工在井口操作的安全问题； 2）自动上卸扣，对缺口问题； 3）人工搬运卡瓦的高体力劳动强度问题； 4）人工接送、扶正油管、对中丝扣问题； 5）降低劳动强度、操作安全，节省劳动力，降低成本； 6）实现井口环保修井作业。

近日，我院赵堃博士后撰写的题为“A Review on Bank Retreat: Mechanisms, Observations, and Modelling”的论文被国际顶级期刊Reviews of Geophysics录用。该论文系统介绍了边壁侵蚀后退过程的形成机理及其地貌效应。

一、 项目简介新型磁功能材料目前主要有超磁致伸缩材料、磁性液体材料、硅钢材料、电磁流变液、压电和铁电材料等，这些材料都具有优异的性能和广泛的应用前景，为电工及相关行业的发展起到巨大的推动作用。在磁功能材料性能测试方面，测试了硅钢单片及叠片直流偏磁下的磁化特性和磁致伸缩特性，测试了磁性液体的磁化特性、磁粘特性和表面张力等。在磁功能材料数学建模和求解方面，从材料的应用特性着手，以超磁致伸缩材料、磁性液体、硅钢材料和电磁流变液为例，考虑机械效应、温度效应、电场效应、磁场效应等因素，利用能量变分原理建立电-磁-机械耦合模型，编制材料应用特性模型与分析软件。在磁功能材料应用方面，研究了超磁致伸缩力传感器、加速度传感器，研究了磁性液体加速度传感器、倾斜角传感器、微压差传感器等，研究了磁性液体在物体比重测试技术和减振技术中的应用。二、 技术指标（包括鉴定、知识产权专利、获奖等情况）在国内外学术期刊和国际会议上发表相关论文100余篇，被三大检索收录70余篇。参加相关科研项目16项，其中国家自然科学基金2项，省部级项目11项，技术开发项目1项。授权发明专利2项。三、 高清成果图片3-4张

随着集成技术和微封装技术的发展，电子元器件和电子设备向小型化和微型化方向发展。电子设备所产生的热量迅速积累、增加。为保证电子元器件在使用环境温度下仍能高可靠性地正常工作。需要开发导热绝缘高分子复合材料替代传统高分子材料，作为热界面和封装材料，迅速将发热元件热量传递给散热设备，保障电子设备正常运行。高分子材料本身的热传导系数比较小，所以填充型高分子复合材料导热性能主要依赖于填充物的导热系数、填充物在基体中的分布以及与基体的相互作用。填料用量较小时，填料虽均匀分散于树脂中，但彼此间未能形成相互接触和相互作用，导热性提高不大；填料用量提高到某一临界值时，填料间形成接触和相互作用，体系内形成了类似网状或链状结构形态，即形成导热网链。当导热网链的取向与热流方向一致时，材料导热性能提高很快；体系中在热流方向上未形成导热网链时，会造成热流方向上热阻很大。项目采用导热填料添加的同时，以耐高温的硅橡胶或者氟橡胶为基体，硅橡胶是由环状有机硅氧烷开环聚合或以不同硅氧烷进行共聚而制得的弹性共聚物。在有机硅产品的结构中既含有“有机基团”，又含有“无机结构”，这种特殊的组成和分子结构使它集有机物的特性与无机物的功能于一身。硅橡胶有耐热，耐寒，有很宽温度使用范围，高电绝缘性，良好耐候性，耐臭氧性，并且无味无毒等性能。其最显著的特点是其优异的耐热性，可在?O0℃左右的温度下长期使用，因此被广泛用作高温场合的弹性材料。具有耐高温性的硅橡胶在印刷业、电子、电器、汽车、航空航天等工业部门和高新技术领域的应用是其它材料所不能替代的。

腐蚀环境调查研究：腐蚀的水、大气、土壤等环境的成分、含量分析，腐蚀性评价等。金属材料的腐蚀与防护研究：金属材料的腐蚀调查、评估、解决，金属腐蚀问题机理研究，金属防腐蚀方案研究（阴极保护，缓蚀剂等）。例如：储罐的腐蚀防护、管道的腐蚀防护、道路的腐蚀性问题等。金属装置、设备的安全运行评估：金属装置、设备安全运行的评价方法、评价体系的建立，设备的安全性评价，设备的使用寿命评估等。主要的服务对象：石油：江苏油田、胜利油田、新疆油田石化：扬子石化、仪征化纤、梅山化工

锂离子电池目前广泛应用于各类便携式电子设备，在人类社会的信息化、移动化、智能化、社会化等方面凸显作用，并有望在电动汽车和智能电网等领域大规模应用。商品化锂离子电池的正极材料主要是无机过渡金属氧化物和磷酸盐，其中过渡金属资源大都不可再生，电池回收利用技术复杂、成本高，从长远的角度来看可能会面临资源短缺等难点问题。因此，可循环再生的电极材料开发已成为电池领域的学术前沿和重大需求。有机电极材料由于含有丰富的碳、氢、氧等元素而显现出可再生、绿色环保、低成本和高容量等优点，近年来受到了广泛的关注。有机电极材料的制备具有合成创造的特点。有机电极材料一般可以从植物中（比如玉米等作物和苹果等果蔬）直接提取或者以生物质材料为原料通过简单的方法制备得到；在有机材料提取制备、电池装配和回收过程中产生的二氧化碳又可以被植物吸收利用，因而体现了很好的循环和可再生性。然而，有机电极材料还面临着在电解液中溶解度大、导电性差、密度低等难点问题，其材料特征、作用机理、构效关系等亟待深入理解。陈军院士，1967 年生，1985-1992 年在南开大学化学系学习，先后获学士、硕士学位，并于 1992 年留校工作；1996-1999 年在澳大利亚 Wollongong 大学材料系学习，获博士学位；1999-2002 年在日本大阪工业技术研究所任研究员。自 2002 年任南开大学教授、博士生导师，2014 年入选英国皇家化学会会士（FRSC）， 2017 年当选中国科学院院士，2020 年当选发展中国家科学院院士。2020 年重要锂电成果有：Nat. Rev. Chem.：实用锂电池有机电极材料的前景 Angew. Chem. Int. Ed.：紫精晶体作为锂电池正极的储能机理及结构演化 Materials Today：锂离子电池高能层状氧化物正极材料的研究进展与展望

城市生活垃圾焚烧发电目前已被公认为是城市生活垃圾资源化、减量化和无害化处理的的最有效方式，国内外大中城市都通过建设垃圾高效无害处理的焚烧发电厂来处理日益增长的城市垃圾。垃圾成分中腐蚀性物质，在锅炉内部高温和压力下发生复杂的化学、电化学反应，导致焚烧锅炉主要受热面烟气侧腐蚀十分严重，腐蚀程度和因腐蚀引发的爆管事故远高于同级别的燃煤锅炉。受热面腐蚀问题是严重影响垃圾焚烧锅炉系统安全、经济运行与寿命的主要问题。 通过本项目的研究，摸清了受热面腐蚀机理，开发出适合四种工况下膜式水冷壁和过热器的防腐蚀技术及工艺方案,包括：中温中压、中温次高压、次高温次高压、高温高压四种工况，并在相关项目中实际应用效果明显。项目研究申请并获得了授权专利多项，形成了丰富的材料体系、成熟的质量工艺体系，具备工业化大规模应用条件。相关成果还可应用于流化床锅炉、煤粉炉、气化炉、磷化工黄磷尾气处理余热锅炉、钢铁行业焦虑煤气锅炉、化工反应炉等领域。 部分专利 序号 专利名称 专利类型 专利号/申请号 许可方式 1 一种受热面防磨蚀的水冷壁用管及其制备方法与应用 PCT专利 PCT/CN2018118156 国家阶段 2 受热面防磨蚀的膜式水冷壁及其制备方法 PCT专利 PCT/CN2019071988 国家阶段 3 一种在钢基体上制备耐海水耐腐蚀熔覆层的方法 发明专利 201110122035.9 授权 4 感应重熔与喷射一体化制备垃圾焚烧发电锅炉管复合涂层的方法 发明专利 201910601418.0 授权 5 锅炉水冷壁高温防腐涂层制备与管基体热处理协同强化技术 发明专利 201910601433.5 授权 6 一种受热面防腐蚀的水冷壁及其制备方法与应用 发明专利 201811150322.9 实审 7 一种受热面防磨蚀的膜式水冷壁及其制备方法 发明专利 201811150408.1 实审 8 一种硼化物陶瓷颗粒增强复合材料制备方法 发明专利 201710457857.X 授权 9 基于裂纹扩展效应的陶瓷切割推磨复合式平面加工方法 发明专利 2016110816617 授权 10 一种用废轧辊再制造成水泥辊压机的挤压辊方法 发明专利 201910755439.8 实审 11 锅炉膜式壁涂层高频重熔气体保护抑制管排氧化技术 发明专利 201910731494.3 授权 12 中速磨煤机磨辊耐磨堆焊用粉芯焊丝及其制备与堆焊方法 发明专利 2011103031690 授权 13 用于水泥行业辊压机的挤压辊及其制造方法 发明专利 CN106181217A 授权 14 用于制备含有非晶相的高耐磨涂层的粉芯丝材及其制备 发明专利 CN106191738A 授权 15  一种膜式壁表面制备防磨蚀涂层的微熔焊设备 实用新型 201921786621.1 授权 16 一种锅炉水冷壁专用喷砂机 实用新型 201921786251.1 授权 17 一种膜式壁双枪立式堆焊装置 实用新型 201821177387.8 授权 18  一种膜式壁立式堆焊夹具 实用新型 201821177386.3 授权 产品展示 生产工艺 自动化程度高，避免了人为因素； 实现微冶金结合，稀释率低，结合强度高； 热变形小，有利于装配； 涂层质量和成分得到严格控制，合格率高； 效率高，安全环保。 特色材料 1.系列合金粉末 完全自主研发的材料体系，并申请发明专利 高Ni、Cr含量，兼具抗腐蚀和抗磨损性能 与基体材料导热系数及热膨胀系数相近 根据不同环境的磨损和腐蚀需求，可调整材料配方 彻底突破合金堆焊丝材的局限性 根据垃圾“热值”、“工业分析”、“元素分析”数据可实现涂层材料针对性配比 2.纳米纳米高导热防结焦陶瓷封孔剂 作用: 防止或阻止腐蚀介质浸入基材表面； 延长合金涂层的防护寿命； 用于密封的涂层,防止液体和压力泄漏； 防止污染或研磨屑碎片进入涂层 保持陶瓷涂层的绝缘性能。 性能： 纳米碳化硅粒子具有高导热系数，是碳钢的2倍以上，热膨胀系数小； 硬度是碳钢的10-15倍，有极强的耐磨特性； 该涂层厚度为几十微米，大的比表面积使得涂层吸附能力强，不易剥落； 表面光滑平整，不易结焦。 化学性质极为稳定，1000度以下不与常规酸碱盐反应。