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本成果提出了一種富氧燃燒高效低成本運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù)與其對(duì)應(yīng)示范裝置。著眼于發(fā)展經(jīng)濟(jì)、安全和可靠的富氧燃燒技術(shù)需求，本成果重點(diǎn)圍繞兩個(gè)關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題： (1)基于氧/燃料雙向分級(jí)的富氧燃燒火焰組織、傳熱調(diào)控與污染抑制原理； (2)基于靜/動(dòng)態(tài)仿真的富氧燃燒系統(tǒng)集成優(yōu)化和控制技術(shù)，組織共性技術(shù)研發(fā)和工程示范。 本成果建立了常壓與加壓富氧燃燒條件下的分級(jí)燃燒、傳熱和污染物控制理論，開發(fā)了常壓富氧燃燒的分級(jí)燃燒系統(tǒng)，研制了加壓富氧燃燒的燃燒、換熱及返料等關(guān)鍵裝備，突破了酸性氣體共壓縮純化等共性關(guān)鍵技術(shù)，掌握了常壓富氧燃燒的系統(tǒng)集成、優(yōu)化與控制方法，并提升富氧燃燒大型化設(shè)計(jì)能力。 其中，運(yùn)用富氧壓縮S/N/Hg一體化脫除技術(shù)，SO?/NOx/Hg脫除率分別達(dá)到99%，93%和98%；35MWth富氧燃燒工業(yè)示范連續(xù)運(yùn)行168h，鍋爐燃燒效率90.68%，煙氣中CO?濃度71-82%，NOx濃度（等效空氣燃燒）110mg/Nm³。相比空氣工況，富氧工況下脫汞效率（以ESP前為基準(zhǔn)）和ESP除塵效率進(jìn)一步提升。 圖1 應(yīng)城35MWth富氧燃燒工業(yè)示范裝置平面圖 圖2 應(yīng)城35MWth富氧燃燒工業(yè)示范系統(tǒng)及現(xiàn)場實(shí)時(shí)運(yùn)行 【技術(shù)優(yōu)勢(shì)】 與現(xiàn)有的其它碳捕集技術(shù)，包括燃燒前、燃燒后碳捕集技術(shù)，富氧燃燒碳捕集技術(shù)的改造成本更低，系統(tǒng)效率更高、生成成本更低、投資與碳減排成本更低。

本發(fā)明公開了一種富氧燃燒鍋爐熱力性能獲取方法，包括步驟：燃料的燃燒計(jì)算、煙氣和送風(fēng)模擬、熱平衡計(jì)算、爐膛熱力計(jì)算和對(duì)流受熱面熱力計(jì)算，其中爐膛熱力計(jì)算中的計(jì)算火焰黑度和爐膛黑度步驟，以及對(duì)流受熱面熱力計(jì)算中計(jì)算煙氣黑度并確定煙氣側(cè)輻射放熱系數(shù)步驟，其采用的三原子氣體輻射減弱系數(shù) ky 按照<imgfile=""DDA0000508403760000011.GIF"" wi=""356"" he=""108"" /> 計(jì)

【研究背景】 我國以煤為主的能源稟賦決定了煤電將會(huì)在未來一段時(shí)間內(nèi)充當(dāng)托底角色，燃煤發(fā)電過程中產(chǎn)生的CO?作為主要碳排放源，成為了“2030碳達(dá)峰、2060碳中和”愿景目標(biāo)的現(xiàn)實(shí)約束。開發(fā)具有大規(guī)模CO?捕集功能的新型低碳燃燒技術(shù)是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵。其中，富氧燃燒技術(shù)采用空分系統(tǒng)所產(chǎn)生的氧氣(純度>95%)代替助燃空氣，同時(shí)采用煙氣再循環(huán)調(diào)節(jié)爐膛內(nèi)的介質(zhì)溫度和傳熱特性，實(shí)現(xiàn)煙氣中CO?高濃度富集，便于CO?的分離與捕集，是最具發(fā)展前景的規(guī)?；疾都夹g(shù)。 【成果介紹】 本成果提出了一種富氧燃燒高效低成本運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù)與其對(duì)應(yīng)示范裝置。著眼于發(fā)展經(jīng)濟(jì)、安全和可靠的富氧燃燒技術(shù)需求，本成果重點(diǎn)圍繞兩個(gè)關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題： (1)基于氧/燃料雙向分級(jí)的富氧燃燒火焰組織、傳熱調(diào)控與污染抑制原理； (2)基于靜/動(dòng)態(tài)仿真的富氧燃燒系統(tǒng)集成優(yōu)化和控制技術(shù)，組織共性技術(shù)研發(fā)和工程示范。 本成果建立了常壓與加壓富氧燃燒條件下的分級(jí)燃燒、傳熱和污染物控制理論，開發(fā)了常壓富氧燃燒的分級(jí)燃燒系統(tǒng)，研制了加壓富氧燃燒的燃燒、換熱及返料等關(guān)鍵裝備，突破了酸性氣體共壓縮純化等共性關(guān)鍵技術(shù)，掌握了常壓富氧燃燒的系統(tǒng)集成、優(yōu)化與控制方法，并提升富氧燃燒大型化設(shè)計(jì)能力。 其中，運(yùn)用富氧壓縮S/N/Hg一體化脫除技術(shù)，SO?/NOx/Hg脫除率分別達(dá)到99%，93%和98%；35MWth富氧燃燒工業(yè)示范連續(xù)運(yùn)行168h，鍋爐燃燒效率90.68%，煙氣中CO?濃度71-82%，NOx濃度（等效空氣燃燒）110mg/Nm³。相比空氣工況，富氧工況下脫汞效率（以ESP前為基準(zhǔn)）和ESP除塵效率進(jìn)一步提升。 圖2 應(yīng)城35MWth富氧燃燒工業(yè)示范系統(tǒng)及現(xiàn)場實(shí)時(shí)運(yùn)行 【技術(shù)優(yōu)勢(shì)】 與現(xiàn)有的其它碳捕集技術(shù)，包括燃燒前、燃燒后碳捕集技術(shù)，富氧燃燒碳捕集技術(shù)的改造成本更低，系統(tǒng)效率更高、生成成本更低、投資與碳減排成本更低。 【技術(shù)指標(biāo)】 【資質(zhì)榮譽(yù)】 獲日內(nèi)瓦國際發(fā)明展金獎(jiǎng)(2017)、國際自動(dòng)化學(xué)會(huì)電力工業(yè)設(shè)施獎(jiǎng)(2017)、湖北省技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)(2018)。

針對(duì)可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中面臨的峰谷負(fù)荷差大，棄風(fēng)棄水嚴(yán)重的問題，提出了循環(huán)氧空位儲(chǔ)氫技術(shù)，以該技術(shù)為核心單元，耦合了電解水制氫和燃料電池發(fā)電兩項(xiàng)技術(shù)，有效的實(shí)現(xiàn)了氫-電兩種能量載體的相互轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)了常壓條件下基于廉價(jià)鐵基材料的高效儲(chǔ)氫，解決了電能難以大規(guī)模安全廉價(jià)存儲(chǔ)的問題。經(jīng)第三方檢測認(rèn)定：材料儲(chǔ)氫密度可達(dá)4wt%以上，系統(tǒng)儲(chǔ)能效率大于40%，儲(chǔ)氫材料制備成本約15萬元/噸。

項(xiàng)目研究的背景及用途:在工業(yè)循環(huán)水中需要使用大量的阻垢分散劑。 主要目的是阻止結(jié)垢。目前，工業(yè)上主要使用有機(jī)酸聚合物(聚丙烯酸、聚馬來 146天津大學(xué)科技成果選編 147 酸、二元或三元共聚物等)。實(shí)踐證明，現(xiàn)在使用的有機(jī)酸聚合物的降解率很低， 這些化合物最終將作為廢物排放，對(duì)環(huán)境造成污染。 聚環(huán)氧琥珀酸(PESA) 是一種綠色阻垢分散劑，無磷無氮、生物降解性 能好并適用于高堿、高金屬含量水系。美國 90 年代初就開發(fā)了這種藥劑。日本 及其他發(fā)達(dá)國家也相繼對(duì) PESA 及其衍生物進(jìn)行了研究。在我國，該項(xiàng)目作為國 家“十五”科技攻關(guān)項(xiàng)目于 2002 年立項(xiàng)。聚環(huán)氧琥珀酸是我國國家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委 員會(huì)制定的當(dāng)前國家鼓勵(lì)發(fā)展的節(jié)水設(shè)備(產(chǎn)品)之一。 技術(shù)原理及流程:天津大學(xué)自 1998 年開始進(jìn)行該項(xiàng)目的研究。目前，已 經(jīng)具備了進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)的技術(shù)。合成的工藝條件溫和(<100℃，1 大氣壓)，工 藝路線短。整個(gè)生產(chǎn)工藝中無任何污染物產(chǎn)生。該產(chǎn)品可以取代工業(yè)循環(huán)水領(lǐng)域 正在使用的聚丙烯酸、聚馬來酸、二元或三元共聚物等。特別適合于需要同膦酸 酯、有機(jī)磷酸等含磷緩蝕劑進(jìn)行復(fù)配。例如，海上石油、天然氣開采，工業(yè)循環(huán) 水等。 成果水平及主要技術(shù)指標(biāo):國際先進(jìn)水平，已經(jīng)申請(qǐng)了國家發(fā)明專利。 主要設(shè)備:搪瓷釜、加料罐、儲(chǔ)罐、泵等。建設(shè) 1200 噸(30%固含量)的 生產(chǎn)裝置，主要設(shè)備投資 40 萬元。此外，還需要蒸汽(4 kg 壓力)、循環(huán)冷卻水。 市場分析及效益預(yù)測:按每噸(30%固含量)產(chǎn)品計(jì)，原料成本:2150 元/噸。 綜合成本:3400 元/噸。預(yù)計(jì)售價(jià) 7000 元/噸，利稅:3600 元/噸。 

針對(duì)可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中面臨的峰谷負(fù)荷差大，棄風(fēng)棄水嚴(yán)重的問題，提出了循環(huán)氧空位儲(chǔ)氫技術(shù)，以該技術(shù)為核心單元，耦合了電解水制氫和燃料電池發(fā)電兩項(xiàng)技術(shù)，有效的實(shí)現(xiàn)了氫-電兩種能量載體的相互轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)了常壓條件下基于廉價(jià)鐵基材料的高效儲(chǔ)氫，解決了電能難以大規(guī)模安全廉價(jià)存儲(chǔ)的問題。經(jīng)第三方檢測認(rèn)定：材料儲(chǔ)氫密度可達(dá)4wt[[[[%]]]]以上，系統(tǒng)儲(chǔ)能效率大于40[[[[%]]]]，儲(chǔ)氫材料制備成本約15萬元/噸。 針對(duì)可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中面臨的峰谷負(fù)荷差大，棄風(fēng)棄水嚴(yán)重的問題，提出了循環(huán)氧空位儲(chǔ)氫技術(shù)，以該技術(shù)為核心單元，耦合了電解水制氫和燃料電池發(fā)電兩項(xiàng)技術(shù)，有效的實(shí)現(xiàn)了氫-電兩種能量載體的相互轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)了常壓條件下基于廉價(jià)鐵基材料的高效儲(chǔ)氫，解決了電能難以大規(guī)模安全廉價(jià)存儲(chǔ)的問題。經(jīng)第三方檢測認(rèn)定：材料儲(chǔ)氫密度可達(dá)4wt[[[[%]]]]以上，系統(tǒng)儲(chǔ)能效率大于40[[[[%]]]]，儲(chǔ)氫材料制備成本約15萬元/噸。 針對(duì)可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中面臨的峰谷負(fù)荷差大，棄風(fēng)棄水嚴(yán)重的問題，提出了循環(huán)氧空位儲(chǔ)氫技術(shù)，以該技術(shù)為核心單元，耦合了電解水制氫和燃料電池發(fā)電兩項(xiàng)技術(shù)，有效的實(shí)現(xiàn)了氫-電兩種能量載體的相互轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)了常壓條件下基于廉價(jià)鐵基材料的高效儲(chǔ)氫，解決了電能難以大規(guī)模安全廉價(jià)存儲(chǔ)的問題。經(jīng)第三方檢測認(rèn)定：材料儲(chǔ)氫密度可達(dá)4wt[[[[%]]]]以上，系統(tǒng)儲(chǔ)能效率大于40[[[[%]]]]，儲(chǔ)氫材料制備成本約15萬元/噸。 針對(duì)可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中面臨的峰谷負(fù)荷差大，棄風(fēng)棄水嚴(yán)重的問題，提出了循環(huán)氧空位儲(chǔ)氫技術(shù)，以該技術(shù)為核心單元，耦合了電解水制氫和燃料電池發(fā)電兩項(xiàng)技術(shù)，有效的實(shí)現(xiàn)了氫-電兩種能量載體的相互轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)了常壓條件下基于廉價(jià)鐵基材料的高效儲(chǔ)氫，解決了電能難以大規(guī)模安全廉價(jià)存儲(chǔ)的問題。經(jīng)第三方檢測認(rèn)定：材料儲(chǔ)氫密度可達(dá)4wt[[[[%]]]]以上，系統(tǒng)儲(chǔ)能效率大于40[[[[%]]]]，儲(chǔ)氫材料制備成本約15萬元/噸。

水是生命是源泉，是人類生存和發(fā)展的條件之一。我國是一個(gè)貧水國家，水的供需矛盾就成為我國工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的制約因素之一，保護(hù)水資源、合理使用水資源和節(jié)約水資源成為我國水法的主要目的，也是關(guān)系到我國經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵之一。在我國2000年工業(yè)用水占總用水量的18.6%，而在工業(yè)用水中80%是循環(huán)冷卻水，因此節(jié)約工業(yè)循環(huán)冷卻水是合理利用水資源的關(guān)鍵之一。各國逐漸認(rèn)識(shí)到提高工業(yè)循環(huán)冷卻水的濃縮倍數(shù)是降低工業(yè)用水量和污染排放的最好途徑，要解決有關(guān)問題就是開發(fā)和使用水處理藥劑，也就是水質(zhì)穩(wěn)定劑。我國七十年代后期開始較大規(guī)模研究和使用水質(zhì)穩(wěn)定劑，逐步在石化、化工、冶金、電力等工業(yè)得到了廣泛的使用。 我國水處理技術(shù)起步較晚，雖然經(jīng)過“八五”、“九五”攻關(guān)在水處理藥劑，在水處理劑開發(fā)方面達(dá)到了較高水平，但是目前在阻垢分散劑方面較好的品種主要有有機(jī)膦酸、聚丙烯酸及含膦酸基、磺酸基的二元、多元共聚物等，這些含膦酸基的水處理劑在使用和排放中會(huì)產(chǎn)生正磷酸鹽影響水體，隨著環(huán)保和節(jié)水意識(shí)的加強(qiáng)，“綠色阻垢劑”的概念已經(jīng)被提出，并成為21世紀(jì)水處理劑的發(fā)展方向，但是真正“綠色阻垢劑”還在開發(fā)之中。因此，在水處理藥劑的低磷化、無磷化、環(huán)?；矫妫谒幚硭巹┥a(chǎn)的連續(xù)化、自動(dòng)化、標(biāo)準(zhǔn)化方面，水處理藥劑生產(chǎn)過程中的監(jiān)測和控制技術(shù)方面相對(duì)滯后，影響了我國水處理技術(shù)的整體水平，與國際水平存在一定差距，難以適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)和保護(hù)水資源日益提高的要求。本專題以我們自主開發(fā)的新型無磷水處理劑聚環(huán)氧磺羧酸 (PECS)的工業(yè)化生產(chǎn)為目標(biāo)，產(chǎn)品無磷，含有羧酸基、磺酸基和聚醚等多種官能團(tuán)，產(chǎn)品的阻垢、分散性能優(yōu)良，所研究建立一套1000T/a的示范工程裝置及相應(yīng)的軟件包，可操作性強(qiáng)，對(duì)水處理藥劑的生產(chǎn)有示范作用，能夠提供成套生產(chǎn)技術(shù)對(duì)國內(nèi)外進(jìn)行技術(shù)轉(zhuǎn)讓。本專題的成功開發(fā)，可大大縮短在水處理劑的研究開發(fā)、生產(chǎn)方面我國與國外先進(jìn)水平的差距，極大地提高我國水處理技術(shù)的技術(shù)水平和技術(shù)含量，為保護(hù)水資源、節(jié)約水資源方面作出一定的貢獻(xiàn)。因此本專題具有較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。4. 設(shè)備或產(chǎn)品的應(yīng)用范圍新型無磷水處理劑聚環(huán)氧磺羧酸 (PECS)是一新型的水處理藥劑，該化合物分子中同時(shí)含有磺酸基、羧酸基和醚鍵等官能團(tuán)，這些官能團(tuán)是目前一般水處理劑的活性官能團(tuán)，該化合物將這些官能團(tuán)集于一體，利用它們之間的協(xié)同作用，使得它具有更好的阻垢、分散性能；同時(shí)該產(chǎn)品的無磷和氮，對(duì)保護(hù)環(huán)境有利；并且本產(chǎn)品原材料簡單易得，生產(chǎn)成本少，價(jià)格低，易被客戶接受，容易推廣。因此，本產(chǎn)品是一新型的水處理劑，是目前使用的有機(jī)膦酸、磺酸等水處理劑的更新?lián)Q代產(chǎn)品，可在在石化、化工、冶金、電力等行業(yè)的工業(yè)循環(huán)冷卻水處理中廣泛使用，具有非常好的推廣應(yīng)用前景。

近日，南方科技大學(xué)材料科學(xué)與工程系副教授谷猛課題組、物理系副教授徐虎課題組聯(lián)合俄勒岡大學(xué)教授馮振興團(tuán)隊(duì)在單原子催化領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，相關(guān)研究成果在國際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《美國化學(xué)會(huì)志》（Journal of the American Chemical Society）上在線發(fā)表，并被選為封面論文。論文題目為“高銥單原子負(fù)載氧化鎳用于高效電催化析氧（Ultrahigh-loading of Ir single atoms on NiO matrix to dramatically enhance oxygen evolution reaction）”。谷猛介紹，負(fù)載量難以提高是目前單原子催化劑發(fā)展的主要瓶頸之一，而這項(xiàng)研究不僅將單原子負(fù)載質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高至18%，獲得了目前同類材料報(bào)道中的最高負(fù)載量，還能使催化劑維持較高的活性和穩(wěn)定性。另外，谷猛課題組博士后王琦通過這種方法，進(jìn)一步獲得了高負(fù)載量的Mn、Fe、Co、Ru、Ir、Pt等單原子摻雜NiO，驗(yàn)證了該制備方法的普適性，為單原子催化劑的研究提供了更實(shí)用且可靠的研究思路。

所謂厭氧消化是指在無氧氣條件下，利用厭氧微生物的作用，有控制地使廢物中可生物降解的有機(jī)物分解，轉(zhuǎn)化為二氧化碳、甲烷和許多穩(wěn)定物質(zhì)的生物化學(xué)過程。該領(lǐng)域最常見的就是CSTR工藝，即連續(xù)攪拌反應(yīng)器系統(tǒng)（Continuous stirred tank reactor），其原理是在一個(gè)密閉罐體內(nèi)完成料液的發(fā)酵、沼氣產(chǎn)生的過程。反應(yīng)器內(nèi)安裝有攪拌裝置，使發(fā)酵原料和微生物處于完全混合狀態(tài)。投料方式采用恒溫連續(xù)投料或半連續(xù)投料運(yùn)行。新進(jìn)入的原料由于攪拌作用很快與反應(yīng)器內(nèi)的全部發(fā)酵液菌種混合，使發(fā)酵底物濃度始終保持相對(duì)較低狀態(tài)。

本實(shí)用新型公開了一種好氧顆粒污泥穩(wěn)定運(yùn)行的反應(yīng)器，屬于環(huán)保設(shè)備領(lǐng)域。反應(yīng)器本體的進(jìn)水口設(shè)置于底部，并與浸于出水桶液面以下的潛水泵相連；反應(yīng)器本體側(cè)壁上設(shè)置有出水口，出水口通過蠕動(dòng)泵連接出水桶；反應(yīng)器本體內(nèi)設(shè)置有連接空氣泵的多孔曝氣頭，多孔曝氣頭上方覆蓋有呈火山口狀的阻隔板，阻隔板中心開口且邊緣與反應(yīng)器本體內(nèi)壁之間存在空隙；阻隔板的開口上方設(shè)置有多孔布?xì)獍?。本?shí)用新型能夠維持好氧顆粒污泥的性狀穩(wěn)定，同時(shí)保持較低的曝氣功耗。