清洁能源利用国家重点实验室(浙江大学)特色成果
该项目的成果属于电能领域,是一项具有完全自主知识产权的半干法烟气净化新技术,可实现电厂锅炉烟气中SO2、氮氧化合物、HCl、重金属和有机物的高效协同脱除。
通过研究增湿水量、级数、湿吸收剂干燥时间与物理化学吸收反应强度之间的内在规律,发明了多级增湿优化控制塔内吸收剂湿度的技术。通过研究污染物的反应、迁移和控制机理,以及氧化性和吸湿性添加剂对吸收剂物理化学吸收反应性能的影响规律,发明了一种具有吸湿性和氧合性的多组分高活性复合吸收剂,结合多级增湿,实现SO2、氮氧化合物、HCl、重金属和有机物的协同脱除。通过研究气固流动、传热、分离和气力回流特性,以及颗粒间的碰撞和磨损规律,发明了一种新型多元集成系统,提高了系统对锅炉负荷和高硫煤的适应性,保证了系统的可靠稳定运行。最终形成了具有完全自主知识产权的半干法烟气净化技术,可以达到“三高一多一少”(高脱硫率、高燃料高负荷适应性、多污染物去除、少用水节水)的效果。鉴定意见认为“研究成果达到国际先进水平,部分技术达到国际领先水平”。
该项目获得发明专利6项,先后获得中国专利优秀奖、浙江省科学技术奖一等奖、国家重点新产品奖、国家火炬计划项目、2008年国家重点环保实用技术(A类)。研究成果已在浙江、福建、安徽、河南、河北、山西、天津、广东、深圳、宁夏、昆明等十余个省市各种容量的1100余台200MW和135MW电厂和火电厂得到应用。是国内应用最广泛的烟气净化技术之一,在国内外产生了重要影响。
◆生活垃圾循环流化床清洁焚烧发电集成技术——国家科技进步二等奖(2006)
固体废物(如城市固体废物)的高效清洁处理不仅符合国家可持续发展和节能减排的重要战略要求,也是能源与环境领域面临的重大科学问题之一。2005年,中国城市生活垃圾年产量为654.38+0.56亿吨,居世界第二位。由于中国城市生活垃圾是一种具有极其复杂的形状、尺度和性质的混合物,与常规化石燃料有很大不同,化石燃料热解燃烧原有的经典理论和经验模型难以简单应用,处置技术的应用缺乏强有力的理论支撑。
基于以上认识,本研究以无害化、节能化垃圾为目标,在国家自然科学基金(重点项目)、国家重点基础研究发展计划、国家高技术研究发展计划、国际合作项目的支持下,对各省市生活垃圾高效清洁热处理过程中存在的一些重要科学问题进行了深入研究。在复杂组分燃烧、持久性有机污染物生成与控制等方面取得了一系列创新成果。,并形成了完整的具有完全自主知识产权的一体化垃圾焚烧技术,已应用于全国大中城市的11生活垃圾焚烧发电厂(25座焚烧炉),实现日处理垃圾7550吨,占国内已建垃圾焚烧发电厂的20%以上。到2007年,经济效益已超过20亿元。
工程中气固两相流几个关键基础问题的研究——国家自然科学奖二等奖(2005)
由于影响气固两相流的因素非常复杂,涉及到流体力学、热力学、传热传质、燃烧等许多相关的基础学科,所以对气固两相流的内在规律,尤其是气固两相湍流运动中气相和颗粒相之间的相互作用,还远未得到理解和认识。清洁能源利用和高效转化过程中两相复杂反应体系的理论模拟和数值实验在本学科中开展较早。
本研究在多个国家自然科学基金项目的持续支持下,系统深入地研究了气固两相流基础研究中的一些关键问题,即气固两相湍流中颗粒-气体相互作用的机理和数学模型、气固两相流边界层中颗粒-壁面相互作用和传热的强化机理、流化床中气固两相流的特性和影响因素。
在上述研究的基础上,还对燃烧工程中的气固两相流动、燃烧、传热、污染物生成、积灰结渣、气固两相分离、含灰气流对换热器管束的冲击磨损及防磨措施等基础应用问题进行了深入的探讨和研究,为解决实际工程问题提供了重要的理论依据,部分研究成果已在工程中得到应用。
◆煤粉浓度可调的低氮氧化合物燃烧和低负荷稳燃技术――2004年国家科技进步二等奖。
针对氮氧化合物排放高、煤种多变、电网峰谷差大等严重影响锅炉安全经济运行的主要问题,开发了多煤种低负荷无油锅炉可调煤粉浓度低氮氧化合物燃烧及低负荷稳燃技术。它的推广应用不仅节约了我国稀缺石油资源的消耗,也为我国的环境保护做出了贡献。
该技术具有燃烧稳定性强、调节方式多、喷嘴超温自动报警、首次电动遥控、氮氧化合物排放低等特点。采用的双稳燃烧、双调节、喷嘴壁温报警、电动遥控技术为国内外首创。该技术在提高锅炉对煤种和负荷的适应性方面具有创新性。其核心技术获得两项国家发明专利和实用新型专利,综合性能处于国际先进水平。
该技术已在沪、浙、京等地70余台锅炉上应用,并与两家锅炉厂建立了长期合作关系,减少氮氧化合物排放量4万吨/年,经济效益约6543.8亿元/年,经济效益和社会效益显著。通过长期广泛的应用,表明该技术:改造后的锅炉在40~100%负荷范围内脱油点火稳定,煤种和负荷适应性强;飞灰含碳量降低,锅炉效率提高。氮氧化合物排放量减少30%~50%,达到400毫克/立方米左右。
◆优化选煤、催化清洁燃烧及工业应用——国家科技进步二等奖,2001。
在对催化燃烧机理、高温固硫特性、多相燃烧流体动力学、各种燃料的着火特性、煤中不同组分之间的相互作用、高温下污染物的生成和降解等科学问题进行深入研究的基础上,综合应用非线性优化原理、人工智能神经网络、模糊数学、混合变量优化求解等现代数学方法,开发了多元优化洁净配煤专家系统。与传统的线性规划模型相比,基于神经网络的非线性优化配煤模型大大降低了配煤成本。这一成果解决了长期困扰我国的煤种多变给锅炉安全经济运行带来的一系列问题。同时,也解决了煤炭的高效清洁利用问题,为煤炭的综合利用开辟了新的途径。根据国家鉴定意见,“承担单位首次提出预混分层、预混喷粉等空间两段脱硫技术新思路,在层燃炉高温脱硫技术上取得突破;利用神经网络和非线性优化理论,开发的优化配煤专家系统已成功应用于杭州煤场。承担单位开展了大量细致的基础研究工作,取得了一批高水平的研究成果。该专项研究达到国内领先、国际先进水平。”
杭州建成了清洁优化配煤生产线,每年为浙江省各电厂配煤800万吨,新增产值654.38+0.5亿元,利税654.38+0.8亿元。
◆循环悬浮多级加湿半干法烟气净化技术——浙江省科学技术奖一等奖(2006年)
该项目的成果属于电能领域,是一项具有完全自主知识产权的半干法烟气净化新技术,可实现电厂锅炉烟气中SO2、氮氧化合物、HCl、重金属和有机物的高效协同脱除。
通过研究增湿水量、级数、湿吸收剂干燥时间与物理化学吸收反应强度之间的内在规律,提出了多级增湿优化控制塔内吸收剂湿度的技术。通过研究污染物的反应、迁移和控制机理以及氧化性和吸湿性添加剂对吸收剂物理化学吸收反应性能的影响规律,提出了一种具有吸湿性和氧合性的多组分高活性复合吸收剂,结合多级增湿,实现SO2、氮氧化合物、HCl、重金属和有机物的协同脱除。通过研究气固流动、传热、分离和气动反馈特性,以及颗粒间的碰撞和腐蚀规律,提出了一种新型多元集成系统,以提高系统对锅炉负荷和高硫煤的适应性,确保系统可靠稳定运行。最终形成了适合中国国情的循环悬浮多级加湿半干法烟气净化技术。认定一项“研究成果达到国际先进水平,部分技术达到国际领先水平”。
该项目获得发明专利6项,先后获得中国专利优秀奖、国家重点新产品奖、国家火炬计划项目和2008年度国家重点环保实用技术(A类)。研究成果已在浙江、山西、河北等全国十余个省市的77台200MW和135MW各种容量的电厂、火电厂推广,近三年累计销售合同金额达66978万元。
◆水煤浆代油清洁燃烧技术及其工业应用——浙江省科技进步一等奖(2007)
鉴于中国对石油的需求越来越大,供需缺口越来越大,寻求有效的清洁廉价的替代燃料,开发和应用清洁能源势在必行。因此,发展水煤浆燃料替代燃料油是中国能源长期稳定发展的战略选择。
水煤浆是一种新型的低污染代油燃料,由65%~75%的煤粉、30%~35%的水和少量添加剂组成。它可以像油一样储存、运输和雾化。浙江大学在国内率先研究水煤浆代油燃烧技术。通过多年的基础研究和技术开发,形成了具有完全自主知识产权的水煤浆代油清洁燃烧理论、技术和配套技术。电站锅炉燃烧效率和热效率可达99%和91%以上,工业锅炉可达97%和85%以上。研究成果已在70多台锅炉和窑炉上得到广泛应用,包括世界上最大的670t/h水煤浆锅炉和最大的8t/h水煤浆喷嘴。我国大部分类型锅炉的首次应用由浙江大学完成,多项技术指标或应用实例国际领先或首创,技术成果已经或正在出口意大利、俄罗斯、日本、印度尼西亚、马来西亚、泰国等国家,保持国际领先水平。
◆水煤浆浓淡床团聚燃烧技术——国家技术发明奖二等奖1997
在对煤炭生产中产生的特殊废弃煤泥等水煤浆机理进行大量研究的基础上,解决了不同形态物料的输送、不同比重形态的复杂流态化系统、各种复杂组分的燃烧气化反应、污染物的复杂反应机理等科学问题,提出了具有自主知识产权的水煤浆密相床团聚燃烧技术。该技术的基本思想是团聚燃烧和不同比重的流化床运行,即利用团聚特性,使0.5mm以下的小煤泥在炉内充分燃烧,达到较高的燃烧效率,而粒径相差几十倍的大煤泥团块和床料在床内均匀分布,保证稳定运行,在高效清洁焚烧和污染控制方面达到了国内领先和国际先进水平。
该研究成果已在国内洗煤污泥燃烧发电中得到广泛应用,国内已投入运行的洗煤污泥燃烧发电锅炉均采用了该技术发明。研究成果对世界产生了重要影响。这项技术已经以不同的方式出口到瑞士、美国、韩国等国家。