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成果介紹 成果名稱：多元耦合燃料（生物質(zhì)/垃圾/高硫煤/高鈉煤）發(fā)電關(guān)鍵設(shè)備防腐蝕感應(yīng)熔焊與噴射復(fù)合涂層技術(shù) 成果參與單位：江蘇科環(huán)新材料有限公司、深圳能源環(huán)保股份有限公司、上?？岛悱h(huán)境股份有限公司 成果完成人：曲作鵬 知識(shí)產(chǎn)權(quán)情況：已申請(qǐng)專利87項(xiàng)，其中已授權(quán)發(fā)明專利17項(xiàng)，已授權(quán)實(shí)用新型專利27項(xiàng) 針對(duì)我國新能源與環(huán)?？萍嫉闹卮髴?zhàn)略，以解決垃圾與生物質(zhì)發(fā)電鍋爐高溫防腐的實(shí)際需求為目標(biāo)，本項(xiàng)目擬搭建應(yīng)用于生物質(zhì)與垃圾電站鍋爐腐蝕防護(hù)的高頻感應(yīng)熔焊系統(tǒng)技術(shù)平臺(tái)，在多元耦合燃料（生物質(zhì)/垃圾/高硫煤/高鈉煤）發(fā)電關(guān)鍵設(shè)備等受熱面，開發(fā)完成鎳基自熔合金高溫涂層的技術(shù)體系，包括涂層材料與工藝，形成針對(duì)各類客戶群體的系列解決方案。 隨著近年來我國生物質(zhì)和垃圾電站的迅猛發(fā)展，鍋爐高溫腐蝕問題日益突出，傳統(tǒng)熱噴涂技術(shù)由于易脫落、孔隙率高而應(yīng)用受限，前期用得較普遍的Inconel625合金堆焊，也逐漸暴露出由稀釋率高引起的高溫防腐性能受限等問題。因此，開發(fā)新型高溫防腐涂層技術(shù)已迫在眉睫。本項(xiàng)目在國家“十三五”重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目的支持下，經(jīng)過十余年的集智攻關(guān)，于2019年初研發(fā)成功了高頻感應(yīng)熔焊高溫腐蝕防護(hù)涂層技術(shù)，取得了系列創(chuàng)新性成果：首次在國內(nèi)構(gòu)建了生物質(zhì)與垃圾電站鍋爐高頻感應(yīng)熔焊系統(tǒng)技術(shù)平臺(tái)，開發(fā)了在水冷壁管排表面制備耐鎳基自熔合金高溫薄涂層的技術(shù)體系，解決了城市垃圾與生物質(zhì)電站鍋爐高溫腐蝕防護(hù)的技術(shù)瓶頸，打破了發(fā)達(dá)國家的技術(shù)封鎖，形成了系列針對(duì)城市垃圾與生物質(zhì)焚燒發(fā)電鍋爐高溫防腐的不同客戶群體的解決方案。 我國西部特別是新疆地區(qū)的高硫高鈉鹽等高腐蝕性煤在燃燒過程中產(chǎn)生高濃度硫化物和鈉鹽等腐蝕性氣體，造成水冷壁、過熱器受熱面的高溫腐蝕、尾部煙道空氣預(yù)熱器低溫腐蝕和受熱面結(jié)焦等，特別是對(duì)燃燒器區(qū)域水冷壁管來說，如果沒有防護(hù)涂層只能使用1—2年。傳統(tǒng)的熱噴涂，由于結(jié)合強(qiáng)度低孔隙率高，很少應(yīng)用；普通高頻感應(yīng)熔焊雖然有效，但壽命難以超過5年；目前用得最多的是堆焊高溫合金，但一般五年后就逐漸會(huì)發(fā)生涂層脫落和管壁減薄甚至爆管的現(xiàn)象，非計(jì)劃停爐維修給企業(yè)造成了極大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。針對(duì)我國西北地區(qū)高硫高鈉鹽燃煤發(fā)電鍋爐受熱面對(duì)高溫防腐的迫切需求，本項(xiàng)目擬開發(fā)感應(yīng)熔焊與超音速噴射復(fù)合金屬陶瓷涂層技術(shù)，從服役壽命、使用性能到性價(jià)比等方面都優(yōu)于堆焊，以期徹底終結(jié)困擾我國燃煤行業(yè)多年的高腐蝕性氣體對(duì)鍋爐管道造成的嚴(yán)重腐蝕的防護(hù)難題。 創(chuàng)新點(diǎn) 1、首次在國內(nèi)構(gòu)建垃圾電站鍋爐高頻感應(yīng)熔焊系統(tǒng)技術(shù)平臺(tái)，自主開發(fā)了在水冷壁管排表面制備耐高溫涂層的防腐技術(shù)體系，打破了發(fā)達(dá)國家對(duì)核心技術(shù)的封鎖，突破了垃圾電站鍋爐涂層防護(hù)系統(tǒng)核心技術(shù)瓶頸，形成了整體防腐的焚燒解決方案。 2、首次在國際上成功研發(fā)鎳基自熔合金與金屬陶瓷梯度復(fù)合涂層的防護(hù)技術(shù)，發(fā)明了基于重熔與噴射一體化的高溫全域防腐全套技術(shù)，鍋爐的高溫腐蝕防護(hù)性能與服役壽命顯著提升。 3、創(chuàng)新鍋爐管道鑲嵌陶瓷瓦的長效防護(hù)方法，發(fā)明了多項(xiàng)陶瓷高效低成本加工技術(shù)，填補(bǔ)了國際上硬脆材料特種加工技術(shù)的空白，突破了垃圾焚燒發(fā)電鍋爐高頻感應(yīng)熔焊系統(tǒng)核心技術(shù)瓶頸。 市場前景 磨損與腐蝕是工業(yè)生產(chǎn)中的共性問題，全世界能源消耗的1/3-1/2在摩擦上，每年各種機(jī)械零件失效的一半以上由于磨損，每年因金屬磨損、腐蝕造成的直接經(jīng)濟(jì)損失約達(dá)７萬億美元。垃圾焚燒電站鍋爐受熱面腐蝕問題，非常普遍，其腐蝕機(jī)理主要是所焚燒的垃圾中含有Cl,S以及堿金屬等元素，造成Cl，S化合氣體腐蝕和低熔點(diǎn)堿金屬鹽熔融腐蝕。據(jù)“十三五”規(guī)劃，2020年焚燒處理能力占無害化處理比例50%，預(yù)計(jì)復(fù)合增長率不低于20%，垃圾焚燒規(guī)模呈快速增長態(tài)勢(shì)，截至2018年，中國已運(yùn)行的垃圾焚燒廠約為380座，處理能力約為37萬噸/日，中國在建的垃圾焚燒廠約為200～250座，處理能力約為20～25萬噸/日，中國垃圾處理“起步晚、起點(diǎn)低、發(fā)展快”，垃圾焚燒發(fā)展極快，2025年行業(yè)總規(guī)模估計(jì)超過100萬噸/日，垃圾焚燒發(fā)電站超過2000家。余熱鍋爐高溫防腐蝕涂層市場規(guī)模100億以上，年增長率在20%以上，且防腐蝕涂層是消耗品，平均3—5年為一個(gè)周期。 另外，該技術(shù)不僅可以用于垃圾焚燒電廠，團(tuán)隊(duì)在農(nóng)機(jī)刀片耐磨、水泥建材行業(yè)耐磨、機(jī)械重工表面硬化耐磨處理、鋼軌耐磨涂層、高端球閥防腐、燃?xì)廨啓C(jī)熱障涂層、海上風(fēng)電鹽霧腐蝕、軍工等領(lǐng)域的新產(chǎn)品、新技術(shù)也逐步成熟，走向規(guī)模化應(yīng)用市場。 應(yīng)用案例 深圳能源環(huán)保公司寶安老虎坑垃圾焚燒發(fā)電廠4號(hào)、5號(hào)、6號(hào)鍋爐項(xiàng)目，工程地址：深圳市寶安區(qū)松崗鎮(zhèn)老虎坑，業(yè)主單位：深能環(huán)保寶安垃圾焚燒發(fā)電廠。 獲獎(jiǎng)情況 2021年中國商業(yè)聯(lián)合會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng) 一等獎(jiǎng) 2021年河北省科技技術(shù)獎(jiǎng) 二等獎(jiǎng) 2019年CCTV中國十大創(chuàng)業(yè)榜樣 2019年第八屆中國創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽 優(yōu)秀企業(yè)獎(jiǎng) 2019年第七屆創(chuàng)業(yè)江蘇科技創(chuàng)業(yè)大賽 三等獎(jiǎng) 2019年“創(chuàng)客中國”江蘇省中小企業(yè)創(chuàng)新大賽 優(yōu)勝獎(jiǎng) 2019年 淮安市第四屆企業(yè)科技創(chuàng)新大賽 一等獎(jiǎng)

本發(fā)明屬于鍋爐節(jié)能與環(huán)保的技術(shù)領(lǐng)域，并公開了一種層燃爐 氮氧化物排放量的復(fù)合控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括層燃爐本體，自帶煙氣 循環(huán)的分級(jí)燃燒裝置、SNCR 脫硝裝置、多功能煙氣在線監(jiān)測儀和 PLC 控制系統(tǒng)；分級(jí)燃燒裝置均勻分布在爐膛兩側(cè)的墻上，其進(jìn)氣端的中 心設(shè)置有進(jìn)風(fēng)管，進(jìn)風(fēng)管的另一端設(shè)置有絕熱穩(wěn)焰鈍體，進(jìn)氣端器壁 還設(shè)置有二次風(fēng)旋流器，遠(yuǎn)離進(jìn)氣端的一端還設(shè)置有穩(wěn)燃腔，將適量 煤粉或燃?xì)狻⑿迈r空氣及循環(huán)煙氣的混合物通過該分級(jí)燃燒裝置噴入 層燃爐內(nèi)。該發(fā)明的復(fù)合控制系統(tǒng)可顯著提高燃料氧化反應(yīng)速度和爐 膛溫度均勻性，能夠?qū)崿F(xiàn)燃料充分燃燒和低氮燃燒，減少空氣過剩系 數(shù)，實(shí)現(xiàn)脫硝效率和熱效率的雙重提升，達(dá)到節(jié)能減排的目的。

西安科技大學(xué)自 2003 年開始就對(duì)蛋白質(zhì)塑料進(jìn)行了研究，隨后將超細(xì)煤粉作為功能填料引入其中，對(duì)不同變質(zhì)程度的煤、煤的氧化預(yù)處理、灰分含量等對(duì)復(fù)合材料的影響進(jìn)行了系統(tǒng)性研究。目前此項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)成熟，獲批發(fā)明專利一項(xiàng)。

煤炭氣化，即在一定溫度、壓力下利用氣化劑與煤炭反應(yīng)生成潔凈合成氣（CO、H2的混合物），是實(shí)現(xiàn)煤炭潔凈利用的關(guān)鍵，可為煤基化學(xué)品（合成氨、甲醇、烯烴等）、整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電（IGCC）、煤基多聯(lián)產(chǎn)、直接還原煉鐵等系統(tǒng)提供龍頭技術(shù)，為現(xiàn)代能源化工、冶金等行業(yè)的技術(shù)改造和節(jié)能降耗提供技術(shù)支撐。 多噴嘴對(duì)置式干煤粉加壓氣化技術(shù)是世界上最先進(jìn)的氣流床氣化技術(shù)之一。干煤粉經(jīng)四個(gè)對(duì)置的噴嘴彌散后進(jìn)入氣化爐（可以是耐火磚為襯里，也可以以水冷壁做襯里）內(nèi)，與氧氣反應(yīng)生成含CO、H2和CO2的合成氣，從氣化爐出來的粗合成氣經(jīng)新型洗滌冷卻室、混合器、旋風(fēng)分離器和水洗塔等設(shè)備的洗滌和冷卻后進(jìn)入后序工段；氣體洗滌設(shè)備內(nèi)的黑水則經(jīng)高溫?zé)崴M(jìn)行熱量回收和除渣后成為灰水再返回氣體洗滌設(shè)備內(nèi)，全氣化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)零排放。 該技術(shù)煤種適應(yīng)性廣，如果采用水冷壁襯里，則可氣化灰熔點(diǎn)超過1500℃的煤種，具有廣闊的應(yīng)用前景。 該技術(shù)工藝指標(biāo)先進(jìn)，以耐火磚襯里氣化爐、北宿精煤進(jìn)料為例，其合成氣中（CO+H2）含量89%～92%，碳轉(zhuǎn)化率>98%，與水煤漿進(jìn)料相比，比氧耗降低16%～21%、比煤耗2%～4%。該技術(shù)生產(chǎn)強(qiáng)度大，專利實(shí)施許可費(fèi)低。

大型火電廠鍋爐燃燒的煤粉是由一次風(fēng)攜帶經(jīng)煤粉管進(jìn)入爐膛燃燒，煤粉的細(xì)度及各煤粉管之間煤粉濃度的不均勻性都會(huì)對(duì)鍋爐的燃燒有很大影響。若各個(gè)燃燒器中的煤粉濃度相差太大，則燃燒不能很好組織，會(huì)引起火焰偏斜、結(jié)焦、燃燒不穩(wěn)等。而煤粉細(xì)度過大或過小則會(huì)造成機(jī)械不完全燃燒損失增大、鍋爐效率下降、磨煤機(jī)能耗增加等。此外，在煤粉管道設(shè)計(jì)、安裝、運(yùn)行不當(dāng)時(shí)，還會(huì)引起煤粉管道的堵塞，嚴(yán)重時(shí)機(jī)組將被迫減負(fù)荷或甚至停機(jī)來消除堵塞。此外，各燃燒器的煤粉濃度不平衡還將大大增加NOX的產(chǎn)生，加重空氣污染。 LF－1000煤粉（粉體）顆粒在線監(jiān)測儀是一種專為解決上述問題而研制開發(fā)的基于光脈動(dòng)法原理和相關(guān)法原理的新型在線測量儀器。它可以測量煤粉顆粒的平均粒度、濃度和速度。儀器由主機(jī)、測量探針、計(jì)算機(jī)等組成，操作軟件具有良好的人機(jī)對(duì)話界面，使用簡單，測量時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，測量結(jié)果實(shí)時(shí)顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上，同時(shí)可與控制室或監(jiān)測中心通訊。 它還可用于粉體、水泥、石化、化工、醫(yī)藥等行業(yè)在線測量各種粉體顆粒以及環(huán)境排放監(jiān)測等。 有便攜式和固定式2種。固定式在線監(jiān)測儀可同時(shí)監(jiān)測多達(dá)24根管道的顆粒粒度、濃度和速度。 目前國際上還沒有能同時(shí)測量這些參數(shù)的儀器。 主要性能指標(biāo)1． 光           源：長壽命半導(dǎo)體激光器2． 顆粒粒徑測量范圍：10－500微米； 3． 顆粒濃度測量范圍：0.1－10kg/m3； 4． 重復(fù)測量誤差：   ＜5％ (用國家標(biāo)準(zhǔn)顆粒檢驗(yàn))； 5． 工作環(huán)境溫度：   0－90 ℃； 6． 可與其它系統(tǒng)通訊聯(lián)網(wǎng)； 7． 電           源：220 V；50 Hz。

本項(xiàng)成果以以急傾斜特厚煤層深部煤巖動(dòng)力失穩(wěn)防治為目標(biāo)，系統(tǒng)研究工程尺度采動(dòng)卸壓條件下煤巖體的破壞機(jī)理，揭示急傾斜特厚煤層深部綜放開采期間煤巖動(dòng)力失穩(wěn)致災(zāi)規(guī)律，建立了動(dòng)壓預(yù)報(bào)技術(shù)，制訂適合急傾斜煤層深部動(dòng)壓危險(xiǎn)預(yù)警與管理制度，實(shí)現(xiàn)安全開采。項(xiàng)目通過中國煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)鑒定達(dá)到國際先進(jìn)水平。

對(duì)于火力發(fā)電廠，燃料成本占發(fā)電成本的70％以上。因此，加強(qiáng)燃料管理，在復(fù)雜的煤價(jià)波動(dòng)體系下在線指導(dǎo)購煤，實(shí)行無人值守優(yōu)化配煤，保證入爐煤煤質(zhì)，最大限度降低生產(chǎn)成本，快速、準(zhǔn)確地計(jì)算、顯示和輸出燃料有關(guān)參數(shù)，對(duì)燃料成本進(jìn)行有效的控制和管理就顯得十分重要。

本實(shí)用新型公開了一種非均等配風(fēng)煤粉前后墻對(duì)沖燃燒器。本實(shí)用新型包括兩側(cè)燃燒器、中間燃燒器、次中間燃燒器。燃燒器結(jié)構(gòu)包括二次風(fēng)通道、二次風(fēng)風(fēng)門、一次風(fēng)通道。燃燒器的二次風(fēng)通道和二次風(fēng)風(fēng)門流通面積由兩側(cè)至中間依次減小。二次風(fēng)風(fēng)門在相同開度下，二次風(fēng)流量由兩側(cè)至中間依次減小。在非均等流量控制下，所有燃燒器的相應(yīng)通道的出口風(fēng)速基本一致。二次風(fēng)通道、二次風(fēng)風(fēng)門的具體設(shè)計(jì)參數(shù)根據(jù)不同鍋爐的燃燒器結(jié)構(gòu)與布置來確定。本實(shí)用新型在同層燃燒器二次風(fēng)風(fēng)門等開度下，燃燒過程中風(fēng)煤合理匹配，燃燒后氧量分布均勻，有效降低CO排放濃度。同時(shí)，對(duì)于預(yù)防鍋爐兩側(cè)墻水冷壁高溫腐蝕和結(jié)渣也具有顯著效果。

煙氣再循環(huán)煤粉鍋爐燃燒系統(tǒng)及其工況切換方法，屬于煤粉鍋爐富氧燃燒調(diào)節(jié)及控制方法，解決煤粉鍋爐從空氣燃燒向富氧燃燒工況切換過程中的調(diào)節(jié)難題。本發(fā)明的煤粉鍋爐燃燒系統(tǒng)，包括給煤機(jī)、燃燒器、鍋爐、脫硝器、空預(yù)器、除灰裝置、脫硫裝置和引風(fēng)機(jī)；本發(fā)明的工況切換方法，包括布置檢測設(shè)備、再循環(huán)閥和進(jìn)氣閥控制、控制送風(fēng)機(jī)出口流量以及控制注氧量步驟；本發(fā)明從燃燒系統(tǒng)中的相關(guān)檢測點(diǎn)，獲得工況切換過程的變化參數(shù)，以再循環(huán)煙氣量來確定循

近日，中國科大俞書宏院士團(tuán)隊(duì)與工程科學(xué)學(xué)院丁航教授課題組和吳恒安教授課題組合作，在間歇式水熱合成的流體行為研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。研究人員首次利用氧化石墨烯（GO）的液晶行為和凝膠化能力，借助酚醛樹脂（PF）的固化定型作用，獲得具有環(huán)形極向結(jié)構(gòu)的凝膠（GO / PF 凝膠），根據(jù)凝膠的微觀結(jié)構(gòu)來揭示水熱合成中的流體行為。該成果發(fā)表于Cell Press材料學(xué)旗艦期刊Matter上。研究人員發(fā)現(xiàn)，在水熱條件下，GO納米片在流體剪切力的作用下可以沿著流場的方向進(jìn)行排列（圖1）。此外，GO納米片能夠通過與酚醛樹脂的原位交聯(lián)固定形成具有環(huán)形結(jié)構(gòu)的軸對(duì)稱（類似于地球磁場分布結(jié)構(gòu)）凝膠。研究人員可以通過對(duì)凝膠形貌和結(jié)構(gòu)的直接觀察分析，進(jìn)而推測出水熱合成中的流體行為。據(jù)此，研究人員開展了加熱溫度、溶液粘度和反應(yīng)釜尺寸/形貌等多個(gè)因素進(jìn)行了研究。