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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
中远红外波段光场局域化和剪裁
提出采用规则几何纳米结构和掺杂来实现光场在纳米尺度上的精确局域化和调控，实现了单层石墨烯规则几何纳米结构剪裁中红外电磁场在单原子二维平面的局域分布、波长与强度调控。通过构建单层石墨烯规则几何纳米结构，利用边界对表面等离激元波的反射，形成多重干涉效应，实现了对10.7 μm入射波的光场局域化，并且通过纳米结构的几何形状调控其空间分布，结果以封面文章发表在Light: Science & Applications 2017, 6, e17057上。另外，通过对单层石墨烯进行硝酸根化学掺杂，实现了单层石墨烯表面等离激元强度提高了约2倍、波长由150 nm提高到了280 nm还发现了二维层状范德华α-MoO3晶体的中红外双曲声子极化激元效应，将声子极化激元体系推广至半导体。二维层状α-MoO3晶体具有丰富的光学声子模式，该研究揭示了它们能够与中红外电磁场进行有效地耦合激发声子极化激元，从而实现二维平面上高度的电磁场局域。另外，该研究利用α-MoO3晶体较大的层间间距，通过金属离子插层的方法，实现了对其声子极化激元的传播调制以及“关闭”
中山大学
2021-04-13
用于燃料电池的复合石墨流场板
成果与项目的背景及主要用途：
流场板（双极板）是质子交换膜燃料电池中的重要部件。目前，质子交换膜燃料电池广泛采用的流场板（双极板）主要有机加工硬质石墨板、机加工金属板和注塑碳-塑复合材料双极板三种类型。这三类流场板各有显著的优点，但是各自的缺点也较突出。为实现燃料电池商品化，需要更低成本和更适应批量化生产的流场板。为此，我们开发了基于天然鳞片石墨材料和模压成型工艺的复合石墨流场板技术。经过努力研究，现在形成的技术可以大幅度降低流场板的材料成本和加工成本，实现高生产率，同时使导电率（>10S/cm）、氢气透过系数（<1×10-4 cm3 /s.cm2）、热传导系数（>20W/m.K）以及抗压强度（>10MPa）等指标均满足双极板材料性能的要求。复合石墨流场板的主要用途是作为质子交换膜燃料电池的双极板。
技术原理与工艺流程简介：
技术原理：
复合石墨流场板主要由天然鳞片石墨和聚合物组成。天然鳞片石墨具有良好的导电和导热性能，且化学稳定性好，耐腐蚀，从而保证复合流场板具有良好的导电及导热性能。聚合物的添加可以提高复合流场板的强度，并且使复合板阻气性能得到改善，以实现双极板分隔氧化剂和还原剂的功能和满足燃料电池堆对双极板机械性能的要求。
工艺流程：配料→装料→升温→模压→降温→脱模→成品
技术水平及专利与获奖情况：
目前已开发和制备出工作面积为 100mm×100mm 的流场板。并可根据需要加工具有不同尺寸和流场形式的流场板。
应用前景分析及效益预测：
随着能源的消耗持续增长，能源短缺问题日益凸现。燃料电池的发展必然受到越来越广泛的重视。质子交换膜燃料电池是目前应用前景最广且发展最快的一类燃料电池。随着质子交换膜燃料电池的发展和普遍应用，复合石墨流场板因价格低和适应批量生产的优势显示出巨大的市场潜力和经济竞争力。
应用领域：质子交换膜燃料电池、直接甲醇燃料电池及其它电化学反应器。
合作方式及条件：面议
天津大学
2021-04-11
大尺度 PIV 气流速度场测试装置
PIV粒子图像测速技术一般用于小尺度流场测定，研究团队研发了大尺度PIV气流速度测试装置，利用电导轨对PIV片光源和相机实现精确定位，实现室内测量无人化操作，对室内空间流场关键区域精细测量和全场流动拼接技术，将测定范围扩大至1.2m×2.2m。
上海理工大学
2021-01-12
JC-YBS-DT型精密数字压力计
JC-YBS-DT型精密数字压力计是一种多功能的数字压力计，集电压、电流、温度、压力等参数的检测与输出为一体，如图所示。采用外接智能压力传感器模块，即插即用，传感器兼容进口产品以实现互换。采用图形液晶显示。能同时检测两种以上的参数。企业委托项目。
南京信息工程大学
2021-04-26
压力容器超压泄放智能设计软件
压力容器超压泄放智能设计软件可以进行安全泄放设计及泄放装置选型操作。软件主要特点有：①多标准泄放设计：可依据 GB567 、 API520 、 ISO4126 标准进行单相流物理超压泄放设计，依据 DIERS 进行两相流物理超压泄放设计，依据 NFPA68 进行化学超压泄放设计；②多类型泄放设计：可对压缩气体、液化气体、水蒸气、液体、两相流、可燃气体、可燃粉尘、多组分进行泄放设计；③多数据库支撑：软件内含气体物性、汽化潜热、液体粘度、介质基本燃烧速率等数据库。④泄放装置选型：软件提供较为权威的泄放装置选型功能。
大连理工大学
2021-04-13
基于全旋转阀的液体压力能回收装置
北京工业大学
2021-04-14
Ⅲ类压力容器设计阶段风险评估系统
压力容器设计阶段风险评估的技术思路是世界压力容器设计技术的革命，最早是由欧盟在2002年强制执行的法规——《承压设备指令》（PED）中提出的。2009年以后我国借鉴这个思路，TSG R0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》规定了对第Ⅲ类压力容器在设计阶段应出具风险评估报告。但我国开展Ⅲ类压力容器设计阶段风险评估缺乏相应的理论依据和技术标准，只能参照国外RBI（基于风险的检验）技术进行。首先，无论是从风险识别、同类失效频率还是风险定量计算等环节国内外都存在着较大差异。如果完全采用国外的数据库及风险评估模型势必造成评估结果的不准确，影响容器本质安全。其次，设计阶段的风险评估并不等同于RBI，国内缺乏这方面系统的研究。本成果通过调研和理论研究，提出适合于我国实际的Ⅲ类压力容器失效可能性计算模型与失效后果分析模型修正方法并开发相应的风险评估软件。对我国重要压力容器在设计阶段开展风险评估，做到所谓“优生优育”，提高本质安全性具有重要的指导意义。另外，本软件能指导Ⅲ类压力容器设计阶段的风险评估工作，不仅为设计工作提供科学的理论依据，又能极大提高设计工作效率。 该软件能自动识别设计阶段Ⅲ类压力容器可能的风险因素、自动验算容器类别、自动定量计算风险值、自动生成风险评估报告并自动导出word文档的报告、失效事故案例库查询。
西南石油大学
2015-03-16
焦炉集气管压力智能预测控制系统
成果简介焦炉炼焦过程中所产生的荒煤气经集气管、 初冷器和鼓风机等环节处理后传输给化产及煤气用户。 传输过程中， 集气管压力系统和鼓风机调速系统的稳定优化控制对于炼焦生产有着十分重要的作用。 当集气管压力过高时， 一方面造成跑烟冒火，污染环境； 另一方面降低了荒煤气的回收率， 造成能源的浪费。 当集气管压力出现负压时， 空气就会从炉门、 炉盖等处进人炉体， 导致焦炭质量下降、 缩短炉体使用寿命及煤气中氧含量增加。 为此我们针对非对称分布多焦炉多集气管共用一套鼓冷装置的系统设
安徽工业大学
2021-04-14
黏性土孔隙水压力消散规律测试实验装置
黏性土孔隙喉道狭窄、连通性差、渗透性差，存在着相间的表面性质和作用（包括吸附作用、水化膜作用、盐组分渗吸作用、边界层作用、各种界面作用）在外荷载作用下的孔隙水压力消散缓慢，且消散规律无法利用现有土工设备实验得到等问题。
本成果提供一种测试黏性土中孔隙水压力消散规律的实验装置及方法，整套测试装置包括渗流测试系统（含数据采集软件）、固结压力施加系统和水压施加系统。其中渗流测试系统包括工作平台和设置在工作平台上的渗流筒，渗流筒侧面不同高度位置处设有水压传感器，上部设有固结压力和水压施加系统，底部设有泄水孔，所有进出水口连有测试仪表和传感器，且所有传感器均与计算机数据采集系统相连接。基于该装置和测试方法可得到复杂受力条件下的黏性土孔隙水压力消散规律。
对于黏性土渗透方面的参数获得，相关室内试验主要有渗透实验和固结实验两项，而这两项试验难以反映孔隙水压力的消散情况，如渗透实验存在不能给土体施加不同的固结压力和所施加的水压较小的问题，固结试验得不到土体中的孔隙水压力。
本成果能灵活改变固结压力和水压，模拟土样所处的实际压力环境，并直接测定土体中孔隙水压力的消散规律和渗透系数大小，解决了现有土工试验的不足。
南京工业大学
2021-01-12