科研部门

循环流化床实验室

  循环流化床实验室成立于1981年,面向能源环境领域的重大需求,辛勤耕耘40年,在固体燃料的高效清洁利用、综合节能减排方面,开展应用基础研究和高技术开发工作,提出原创技术理论、突破核心关键技术、完成技术集成和工程示范,为技术产业化应用提供强有力的支撑。循环流化床燃煤锅炉、循环流化床生物质直燃发电锅炉、循环流化床煤气化炉等科技成果成功实现产业化,达到国际领先/先进水平。曾荣获中国科学院杰出成就奖、中国科学院科技促进发展奖、国家能源科技进步二等奖、教育部科学技术进步一等奖、中国科学院科学技术进步一等奖等省部级奖项。 

  实验室完成的技术创新已申请超过300件国内外专利,授权超过150件,包括二十余件美国、日本、欧洲、印度、加拿大、澳大利亚授权专利。近十年来,实验室共发表论文500余篇,其中,SCI收录179篇,EI收录224篇。 

  研究领域    

  面向国家能源、境领域的重大需求,开展煤的高效清洁低碳燃烧和分质分级利用、燃煤锅炉深度灵活调峰、低碳工业流程、固废处置和综合节能减排等领域的应用基础研究、技术研发与工程化开发。 

  研究方向  

  1.煤清洁高效燃烧:煤粉预热燃烧技术;煤、生物质等多种燃料的循环流化床锅炉技术;循环流化床富氧燃烧技术;燃煤污染物控制技术。 

  2.煤气化及热解:面向工业燃气、合成氨、焦化和现代煤化工的循环流化床煤气化技术;流化-熔融气化技术;生物质大规模清洁高效气化技术;煤炭深度分级分质利用技术。 

  3.燃煤锅炉调峰:电站领域和工业领域的煤粉锅炉和循环流化床锅炉快速、深度、灵活调峰技术。 

  4.固废处置与利用:大规模低成本的煤基工业固废处置及高值材料化利用技术。 

  5.工业低碳:冶金窑炉和水泥低碳高效生产及系统节能提效技术、工业低碳流程再造技术。 

  6.多相流动过程数值计算与测量、热反应过程定量分析研究。   

  人员组成  

  现有职工43人,其中正高级岗位人员10人,副高级岗位人员14人;在站博士后2人,在读研究生44人。 

  2022年项目情况  

  2022年度在研包括国重点研发计划、院先导专项等项目共24项,新争取各类项目6项,其中包括中国科学院战略性先导科技专项1项、国家重点研发计划项目1项、中科院科技帮扶项目1项、横向企业委托项目3项。结题并通过验收项目3项。。

   2022年主要成果与工作进展   

  燃煤发电调峰方面,在MW级试验台上实现20%-100%负荷的稳定运行,变负荷速率达到3.75%/min;在60t/h煤粉预热锅炉中间工程上实现10%超低负荷无助燃稳定高效运行;正在开展170t/h煤粉锅炉调峰、110t/h循环流化床锅炉调峰两项中间工程,以及300MW煤粉及循环流化床电站锅炉灵活调峰技术示范。 

  煤清洁高效燃烧方面,投运90t/h煤粉预热燃烧锅炉,60t/h煤粉预热燃烧锅炉实现10%-100%超宽负荷稳定运行和超低NOx原始排放;450t/h高温后燃循环流化床锅炉同时实现超高效率(锅炉热效率94.48%)和超低NOx原始排放。 

  煤气化及热解方面,煤气化制合成气技术经中国石油和化学工业联合会鉴定,“在高碱性煤气化方面达到国际领先水平”;提出基于固相活化+非催化热还原CO2新思路,中试CO2热还原利用率达到11.4%;开发生物质分级气化制合成气技术,正在推进技术示范。 

  固废处置与利用方面,完成气流床气化细渣高效焚烧与超低NOx原始排放中试研究,正在开展30万吨/年级气流床气化灰渣碳燃烧资源化利用技术工程示范;“2000吨/年气化细灰流化-熔融燃烧技术”经鉴定“达到国际领先水平”,实现气化细灰矿相重构、制取铝硅基产品,开辟煤化工固废的高值化利用新途径。 

  新技术研发和工业低碳方面,开展煤炭纯化-燃烧近零排放研究,揭示煤炭纯化过程中N、S和无机组分的转化及调控机理,在30kW实验台上实现NOx原始排放低至11mg/m3;开发水泥低碳流态化烧成技术,提出2CaO·SiO2预煅烧+回转窑熟料烧成技术路线,实现流态化2CaO·SiO2预煅烧稳定运行控制,生成率达到48%;开发冶金窑炉还原焙烧技术,正在开展25万吨/年镍铁还原焙烧示范。 

  多相流动过程测量和诊断以及热反应过程解析方面,通过喷动床复杂气固流动过程多模态电学/声/光学可视化测量的融合,实现颗粒制备过程CFD和DEM的耦合计算分析,揭示流型/流态演变规规律与过程参数的关联规律;针对热化学反应过程的物质变化特点,理论上重构基于反应进程的矢量热力学方程,形成反应过程热力学参数的随机检测分析方法;利用分级气动分离方式,开发适合于灰尘环境的质谱采样接口,拓展了质谱的工作与应用范围。 

  本年度共发表学术论文54篇,其中39篇被SCI收录,41篇被EI收录;申请发明专利47件,其中核心重要专利21件,授权发明专利20件,其中国际发明专利授权3件 

  主  任:朱治平   副主任:任强强  黄粲然