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清潔能源利用國家重點實驗室(浙江大學)特色成果

◆協同去除電站鍋爐多種汙染物的半幹法煙氣凈化技術——國家技術發明獎二等獎(2008年)

該項目的成果屬於電能領域,是壹項具有完全自主知識產權的半幹法煙氣凈化新技術,可實現電廠鍋爐煙氣中SO2、氮氧化合物、HCl、重金屬和有機物的高效協同脫除。

通過研究增濕水量、級數、濕吸收劑幹燥時間與物理化學吸收反應強度之間的內在規律,發明了多級增濕優化控制塔內吸收劑濕度的技術。通過研究汙染物的反應、遷移和控制機理,以及氧化性和吸濕性添加劑對吸收劑物理化學吸收反應性能的影響規律,發明了壹種具有吸濕性和氧合性的多組分高活性復合吸收劑,結合多級增濕,實現SO2、氮氧化合物、HCl、重金屬和有機物的協同脫除。通過研究氣固流動、傳熱、分離和氣力回流特性,以及顆粒間的碰撞和磨損規律,發明了壹種新型多元集成系統,提高了系統對鍋爐負荷和高硫煤的適應性,保證了系統的可靠穩定運行。最終形成了具有完全自主知識產權的半幹法煙氣凈化技術,可以達到“三高壹多壹少”(高脫硫率、高燃料高負荷適應性、多汙染物去除、少用水節水)的效果。鑒定意見認為“研究成果達到國際先進水平,部分技術達到國際領先水平”。

該項目獲得發明專利6項,先後獲得中國專利優秀獎、浙江省科學技術獎壹等獎、國家重點新產品獎、國家火炬計劃項目、2008年國家重點環保實用技術(A類)。研究成果已在浙江、福建、安徽、河南、河北、山西、天津、廣東、深圳、寧夏、昆明等十余個省市各種容量的1100余臺200MW和135MW電廠和火電廠得到應用。是國內應用最廣泛的煙氣凈化技術之壹,在國內外產生了重要影響。

◆生活垃圾循環流化床清潔焚燒發電集成技術——國家科技進步二等獎(2006)

固體廢物(如城市固體廢物)的高效清潔處理不僅符合國家可持續發展和節能減排的重要戰略要求,也是能源與環境領域面臨的重大科學問題之壹。2005年,中國城市生活垃圾年產量為654.38+0.56億噸,居世界第二位。由於中國城市生活垃圾是壹種具有極其復雜的形狀、尺度和性質的混合物,與常規化石燃料有很大不同,化石燃料熱解燃燒原有的經典理論和經驗模型難以簡單應用,處置技術的應用缺乏強有力的理論支撐。

基於以上認識,本研究以無害化、節能化垃圾為目標,在國家自然科學基金(重點項目)、國家重點基礎研究發展計劃、國家高技術研究發展計劃、國際合作項目的支持下,對各省市生活垃圾高效清潔熱處理過程中存在的壹些重要科學問題進行了深入研究。在復雜組分燃燒、持久性有機汙染物生成與控制等方面取得了壹系列創新成果。,並形成了完整的具有完全自主知識產權的壹體化垃圾焚燒技術,已應用於全國大中城市的11生活垃圾焚燒發電廠(25座焚燒爐),實現日處理垃圾7550噸,占國內已建垃圾焚燒發電廠的20%以上。到2007年,經濟效益已超過20億元。

工程中氣固兩相流幾個關鍵基礎問題的研究——國家自然科學獎二等獎(2005)

由於影響氣固兩相流的因素非常復雜,涉及到流體力學、熱力學、傳熱傳質、燃燒等許多相關的基礎學科,所以對氣固兩相流的內在規律,尤其是氣固兩相湍流運動中氣相和顆粒相之間的相互作用,還遠未得到理解和認識。清潔能源利用和高效轉化過程中兩相復雜反應體系的理論模擬和數值實驗在本學科中開展較早。

本研究在多個國家自然科學基金項目的持續支持下,系統深入地研究了氣固兩相流基礎研究中的壹些關鍵問題,即氣固兩相湍流中顆粒-氣體相互作用的機理和數學模型、氣固兩相流邊界層中顆粒-壁面相互作用和傳熱的強化機理、流化床中氣固兩相流的特性和影響因素。

在上述研究的基礎上,還對燃燒工程中的氣固兩相流動、燃燒、傳熱、汙染物生成、積灰結渣、氣固兩相分離、含灰氣流對換熱器管束的沖擊磨損及防磨措施等基礎應用問題進行了深入的探討和研究,為解決實際工程問題提供了重要的理論依據,部分研究成果已在工程中得到應用。

◆煤粉濃度可調的低氮氧化合物燃燒和低負荷穩燃技術――2004年國家科技進步二等獎。

針對氮氧化合物排放高、煤種多變、電網峰谷差大等嚴重影響鍋爐安全經濟運行的主要問題,開發了多煤種低負荷無油鍋爐可調煤粉濃度低氮氧化合物燃燒及低負荷穩燃技術。它的推廣應用不僅節約了我國稀缺石油資源的消耗,也為我國的環境保護做出了貢獻。

該技術具有燃燒穩定性強、調節方式多、噴嘴超溫自動報警、首次電動遙控、氮氧化合物排放低等特點。采用的雙穩燃燒、雙調節、噴嘴壁溫報警、電動遙控技術為國內外首創。該技術在提高鍋爐對煤種和負荷的適應性方面具有創新性。其核心技術獲得兩項國家發明專利和實用新型專利,綜合性能處於國際先進水平。

該技術已在滬、浙、京等地70余臺鍋爐上應用,並與兩家鍋爐廠建立了長期合作關系,減少氮氧化合物排放量4萬噸/年,經濟效益約6543.8億元/年,經濟效益和社會效益顯著。通過長期廣泛的應用,表明該技術:改造後的鍋爐在40~100%負荷範圍內脫油點火穩定,煤種和負荷適應性強;飛灰含碳量降低,鍋爐效率提高。氮氧化合物排放量減少30%~50%,達到400毫克/立方米左右。

◆優化選煤、催化清潔燃燒及工業應用——國家科技進步二等獎,2001。

在對催化燃燒機理、高溫固硫特性、多相燃燒流體動力學、各種燃料的著火特性、煤中不同組分之間的相互作用、高溫下汙染物的生成和降解等科學問題進行深入研究的基礎上,綜合應用非線性優化原理、人工智能神經網絡、模糊數學、混合變量優化求解等現代數學方法,開發了多元優化潔凈配煤專家系統。與傳統的線性規劃模型相比,基於神經網絡的非線性優化配煤模型大大降低了配煤成本。這壹成果解決了長期困擾我國的煤種多變給鍋爐安全經濟運行帶來的壹系列問題。同時,也解決了煤炭的高效清潔利用問題,為煤炭的綜合利用開辟了新的途徑。根據國家鑒定意見,“承擔單位首次提出預混分層、預混噴粉等空間兩段脫硫技術新思路,在層燃爐高溫脫硫技術上取得突破;利用神經網絡和非線性優化理論,開發的優化配煤專家系統已成功應用於杭州煤場。承擔單位開展了大量細致的基礎研究工作,取得了壹批高水平的研究成果。該專項研究達到國內領先、國際先進水平。”

杭州建成了清潔優化配煤生產線,每年為浙江省各電廠配煤800萬噸,新增產值654.38+0.5億元,利稅654.38+0.8億元。

◆循環懸浮多級加濕半幹法煙氣凈化技術——浙江省科學技術獎壹等獎(2006年)

該項目的成果屬於電能領域,是壹項具有完全自主知識產權的半幹法煙氣凈化新技術,可實現電廠鍋爐煙氣中SO2、氮氧化合物、HCl、重金屬和有機物的高效協同脫除。

通過研究增濕水量、級數、濕吸收劑幹燥時間與物理化學吸收反應強度之間的內在規律,提出了多級增濕優化控制塔內吸收劑濕度的技術。通過研究汙染物的反應、遷移和控制機理以及氧化性和吸濕性添加劑對吸收劑物理化學吸收反應性能的影響規律,提出了壹種具有吸濕性和氧合性的多組分高活性復合吸收劑,結合多級增濕,實現SO2、氮氧化合物、HCl、重金屬和有機物的協同脫除。通過研究氣固流動、傳熱、分離和氣動反饋特性,以及顆粒間的碰撞和腐蝕規律,提出了壹種新型多元集成系統,以提高系統對鍋爐負荷和高硫煤的適應性,確保系統可靠穩定運行。最終形成了適合中國國情的循環懸浮多級加濕半幹法煙氣凈化技術。認定壹項“研究成果達到國際先進水平,部分技術達到國際領先水平”。

該項目獲得發明專利6項,先後獲得中國專利優秀獎、國家重點新產品獎、國家火炬計劃項目和2008年度國家重點環保實用技術(A類)。研究成果已在浙江、山西、河北等全國十余個省市的77臺200MW和135MW各種容量的電廠、火電廠推廣,近三年累計銷售合同金額達66978萬元。

◆水煤漿代油清潔燃燒技術及其工業應用——浙江省科技進步壹等獎(2007)

鑒於中國對石油的需求越來越大,供需缺口越來越大,尋求有效的清潔廉價的替代燃料,開發和應用清潔能源勢在必行。因此,發展水煤漿燃料替代燃料油是中國能源長期穩定發展的戰略選擇。

水煤漿是壹種新型的低汙染代油燃料,由65%~75%的煤粉、30%~35%的水和少量添加劑組成。它可以像油壹樣儲存、運輸和霧化。浙江大學在國內率先研究水煤漿代油燃燒技術。通過多年的基礎研究和技術開發,形成了具有完全自主知識產權的水煤漿代油清潔燃燒理論、技術和配套技術。電站鍋爐燃燒效率和熱效率可達99%和91%以上,工業鍋爐可達97%和85%以上。研究成果已在70多臺鍋爐和窯爐上得到廣泛應用,包括世界上最大的670t/h水煤漿鍋爐和最大的8t/h水煤漿噴嘴。我國大部分類型鍋爐的首次應用由浙江大學完成,多項技術指標或應用實例國際領先或首創,技術成果已經或正在出口意大利、俄羅斯、日本、印度尼西亞、馬來西亞、泰國等國家,保持國際領先水平。

◆水煤漿濃淡床團聚燃燒技術——國家技術發明獎二等獎1997

在對煤炭生產中產生的特殊廢棄煤泥等水煤漿機理進行大量研究的基礎上,解決了不同形態物料的輸送、不同比重形態的復雜流態化系統、各種復雜組分的燃燒氣化反應、汙染物的復雜反應機理等科學問題,提出了具有自主知識產權的水煤漿密相床團聚燃燒技術。該技術的基本思想是團聚燃燒和不同比重的流化床運行,即利用團聚特性,使0.5mm以下的小煤泥在爐內充分燃燒,達到較高的燃燒效率,而粒徑相差幾十倍的大煤泥團塊和床料在床內均勻分布,保證穩定運行,在高效清潔焚燒和汙染控制方面達到了國內領先和國際先進水平。

該研究成果已在國內洗煤汙泥燃燒發電中得到廣泛應用,國內已投入運行的洗煤汙泥燃燒發電鍋爐均采用了該技術發明。研究成果對世界產生了重要影響。這項技術已經以不同的方式出口到瑞士、美國、韓國等國家。