成果介绍 成果名称：锅炉炉膛温度场声学可视化技术 成果参与单位：华北电力大学 成果完成人：沈国清 炉内温度场的分布是反映燃烧过程的重要参数，直接影响到锅炉的安全性和经济性。炉膛温度作为反应炉膛内部燃烧情况最直接、最及时、最重要的参数，是燃煤锅炉安全高效环保运行最主要的控制参数，是垃圾焚烧炉二噁英排放最主要的控制手段，是SNCR优化最直接的运行依据，是钢铁、冶炼等工艺环节提高成品率最关键的控制参数。 由于炉膛处于高温、高尘、超大空间、湍流等复杂恶劣的测量环境，接触式测量技术不断出现结焦、温度漂移、短时间内烧毁等问题，更换频繁、维护工作量大。常规接触式测量技术难以在炉膛高温测量上持久应用，以致炉膛温度测量难以实现连续准确实时监测，燃烧调整赖以依靠的炉膛温度参数处于“缺失”状态，炉膛燃烧成为了运行调整的“黑匣子”。现有的垃圾焚烧炉脱硝普遍采用SNCR脱硝工艺，没有精确的温度窗口检测手段，喷氨调节无温度场分布数据依据，脱硝效率低，氨逃逸量高。 温度场声学可视化技术作为一种非接触式测量方法，对测量环境要求不苛刻，能直观、及时的反应炉内温度场分布，实现炉内高温、多尘、湍流等恶劣环境下的实时在线测量，也可以为喷氨调整提供最直接的温度窗数据，提高脱硝效率，减少氨逃逸量。 创新点 能够给出实时的二维温度场信息，包括区域温度图、等温线图和三维温度立体图，运行稳定可靠。便于运行人员及时判断温度分布和火焰中心是否偏移，防止水冷壁局部过热超温。通过使用该技术，为机组的燃烧优化调整提供了参考，降低煤耗，节省燃料成本；延长面命，节省换管费用；减少锅炉NOx排放，节省脱硝成本。 市场前景 自主研发的声学测温系统性能价格比优于国外同类系统。系统价格仅为国外同类产品的一半，系统的测量精度、温度场分辨率、稳定性等性能指标均优于采用国外产品和技术。在系统软硬件升级、备品备件供应、售后服务与人员培训等方面具有明显的优势与市场竞争力。 应用案例 获奖情况

提出采用规则几何纳米结构和掺杂来实现光场在纳米尺度上的精确局域化和调控，实现了单层石墨烯规则几何纳米结构剪裁中红外电磁场在单原子二维平面的局域分布、波长与强度调控。通过构建单层石墨烯规则几何纳米结构，利用边界对表面等离激元波的反射，形成多重干涉效应，实现了对10.7 μm入射波的光场局域化，并且通过纳米结构的几何形状调控其空间分布，结果以封面文章发表在Light: Science & Applications 2017, 6, e17057上。另外，通过对单层石墨烯进行硝酸根化学掺杂，实现了单层石墨烯表面等离激元强度提高了约2倍、波长由150 nm提高到了280 nm还发现了二维层状范德华α-MoO3晶体的中红外双曲声子极化激元效应，将声子极化激元体系推广至半导体。二维层状α-MoO3晶体具有丰富的光学声子模式，该研究揭示了它们能够与中红外电磁场进行有效地耦合激发声子极化激元，从而实现二维平面上高度的电磁场局域。另外，该研究利用α-MoO3晶体较大的层间间距，通过金属离子插层的方法，实现了对其声子极化激元的传播调制以及“关闭”

成果与项目的背景及主要用途： 流场板（双极板）是质子交换膜燃料电池中的重要部件。目前，质子交换膜燃料电池广泛采用的流场板（双极板）主要有机加工硬质石墨板、机加工金属板和注塑碳-塑复合材料双极板三种类型。这三类流场板各有显著的优点，但是各自的缺点也较突出。为实现燃料电池商品化，需要更低成本和更适应批量化生产的流场板。为此，我们开发了基于天然鳞片石墨材料和模压成型工艺的复合石墨流场板技术。经过努力研究，现在形成的技术可以大幅度降低流场板的材料成本和加工成本，实现高生产率，同时使导电率（>10S/cm）、氢气透过系数（<1×10-4 cm3 /s.cm2）、热传导系数（>20W/m.K）以及抗压强度（>10MPa）等指标均满足双极板材料性能的要求。复合石墨流场板的主要用途是作为质子交换膜燃料电池的双极板。 技术原理与工艺流程简介： 技术原理： 复合石墨流场板主要由天然鳞片石墨和聚合物组成。天然鳞片石墨具有良好的导电和导热性能，且化学稳定性好，耐腐蚀，从而保证复合流场板具有良好的导电及导热性能。聚合物的添加可以提高复合流场板的强度，并且使复合板阻气性能得到改善，以实现双极板分隔氧化剂和还原剂的功能和满足燃料电池堆对双极板机械性能的要求。 工艺流程：配料→装料→升温→模压→降温→脱模→成品 技术水平及专利与获奖情况： 目前已开发和制备出工作面积为 100mm×100mm 的流场板。并可根据需要加工具有不同尺寸和流场形式的流场板。 应用前景分析及效益预测： 随着能源的消耗持续增长，能源短缺问题日益凸现。燃料电池的发展必然受到越来越广泛的重视。质子交换膜燃料电池是目前应用前景最广且发展最快的一类燃料电池。随着质子交换膜燃料电池的发展和普遍应用，复合石墨流场板因价格低和适应批量生产的优势显示出巨大的市场潜力和经济竞争力。 应用领域：质子交换膜燃料电池、直接甲醇燃料电池及其它电化学反应器。 合作方式及条件：面议

PIV粒子图像测速技术一般用于小尺度流场测定，研究团队研发了大尺度PIV气流速度测试装置，利用电导轨对PIV片光源和相机实现精确定位，实现室内测量无人化操作，对室内空间流场关键区域精细测量和全场流动拼接技术，将测定范围扩大至1.2m×2.2m。

本技术应用于钢铁企业中有带式烧结机的烧结厂，使之配料成分稳定，配料成本最低。 烧结矿配料是冶金生产中最基本同时也是最重要的工序之一。尤其对于铁前系统的生产，涉及到的原料种类多、成份复杂，而且原料成本占生产成本的很大一部分，因此研究各种原料之间的合理搭配，既要满足生产产品成份要求又要降低混合料成本，具有很重要的现实意义。多年以来，冶金配料一直使用解方程或试算方法，只能满足几个重要成份的要求而无法考虑成本或更多的成份要求。    “最优化”指的是在有限的资源内确定最佳的决策方案。对于冶金配料而言，是否“最佳”可以用配料成本是否最低来衡量，“有限的资源”包括有限的单种原料供应量、对混合料的各种化学成份限制等等。它与传统配料方法的本质区别在于，它能够一步到位得到所有可行方案中最优的配料方案，即：在满足所有化学成份要求、各种原料允许用量要求的基础上，配料成本最低；而传统配料方法无论经过多少次计算得到的都是无数个可行的配料方案中的一种，只有通过多计算、多比较，才能找到相对较优的方案，而且由于计算量的限制，考虑的混合料成份数有限。七十年代，国外有些钢铁生产配料已采用了最优化技术，例如美国学者先后将线性规划方法用于高炉配料问题的研究，又如电炉装料和补加合金的配料计算系统也采取线性规划模型，但有关详细技术资料没有见到报道。在国内，本课题组首先将线性规划技术应用到冶金配料工作中，并做了系统的研究和应用。    目前在该技术的应用方面取得了突破性进展，不仅仅局限于进行配料计算，还能通过模拟各种条件下的生产过程，将生产和产品信息反馈到决策层，实现计算机辅助决策。由人为经验转为科学决策，使生产管理制度更为科学合理。    本技术的主要优点有四：(1)技术投入很少，采用优化配料技术原则上无需改动流程、装备和基建，故技术投人资金很少；(2)经济效益大，每吨烧结矿配料成本约可降低l元人民币，另外由于烧结矿成分稳定性有一定的提高，有利于高炉炼铁技术经济指标的改善；(3)配料岗位实现计算机辅助操作；(4)实施方便、见效快，根据现场装备和原料条件，约半年至一年即可实现正常运行，无需停产减产进行安装调试，当年可回收投入。    本技术已应用于工业化生产。北京科技大学与太原钢铁公司从1987年开始进行烧结矿优化配料技术应用性开发研究，1990年6月通过冶金部技术鉴定。1993年与石家庄钢铁厂合作进行了再开发研究，1994年10月通过河北省技术鉴定，获1995年河北冶金科技进步二等奖。唐钢一铁烧结车间应用该项技术2000年全年与1999年相比，品位稳定率提高0.58个百分点，碱度稳定率提高13.65个百分点，综合合格率提高8.98个百分点；烧结矿品位提高2.62个百分点；烧结矿可比成本平均降低1.74元／吨矿，全年创效益166万元。该成果已通过国家教育部技术鉴定。

该技术的应用方面取得了突破性进展，不仅仅局限于进行配料计算，还能通过模拟各种条件下的生产过程，将生产和产品信息反馈到决策层，实现计算机辅助决策。由人为经验转为科学决策，使生产管理制度更为科学合理。本技术的主要优点有四：(1)技术投入很少，采用优化配料技术原则上无需改动流程、装备和基建，故技术投人资金很少；(2)经济效益大，每吨烧结矿配料成本约可降低 l 元人民币，另外由于烧结矿成分稳定性有一定的提高，有利于高炉炼铁技术经济指标的改善；(3)配料岗位实现计算机辅助操作；(4)实施方便、见效快，根据现场装备和原料条件，约半年至一年即可实现正常运行，无需停产减产进行安装调试，当年可回收投入。

1 成果简介大型复杂的设备（如船舶、飞机等）或工厂产房（如化工、炼油）设计中的管线布置是一项复杂而又耗时的工作，特别是同时考虑管线成本、设计要求和空间约束等。现有的 CAD系统软件还不具备同时考虑上述因素的自动布管功能，基于经验和试错(Trial and Error)的方法仍为目前此类设计的主流。 清华大学自行研发的具有自动布管功能的软件引擎，可以在同时考虑管线成本、设计要求和空间约束的情况下快速找出较优的管线布置方案。 简单示例如下： （ 1） 原始设备  （ 2） 用鼠标选定起始点  （ 3） 通过菜单设定设计边界  （ 4） 自动产生管线路径 2 应用范围应用于船舶和飞机制造设计或炼油化工企业的工厂布局等，也可以应用于城市地下管线的布置。3 效益分析软件的应用可以提高布管的效率， 以及节省管线的成本，具有良好的经济效益和社会效益。4 合作方式技术投资、转让等多种形式的合作。可以按照用户具体要求，为用户定制设计、开发、安装、维护及培训的交钥匙工程。

本发明公开了一种能够帮助船舶驾驶员核算船舶浮态、稳性和强度，优化船舶航行纵倾，实时模拟船舶装载过程的船舶专业装载计算系统，即船舶装载仪。本发明包括船舶性能数据的计算，船舶性能校核，船舶纵倾优化和船舶装载过程实时模拟四个子计算系统。通过选择不同的子计算系统及其它们之间的相互配合，输入相应的船舶参数，可以得到船舶安全、经济航行的基本数据条件。本发明还提供了利用上述软件进行船舶浮态调整，稳性和强度核算、纵倾优化和实时模拟船舶装载过程的方法。本发明能够确保船舶装载和航行安全，简化船舶装载作业和节约能源，从而改善船舶运输的安全性和经济性，在很大程度上减轻了船舶驾驶人员的负担。

物流调度、航班规划等复杂应用场景中，设计方案的评价随着时间动态改变。这类优化问题在现实中广泛存在并且求解困难。为了推动该领域的发展，亟待提出能反映动态优化问题复杂特性并且可控的测试集，从而推动动态优化算法在现实问题中的应用。课题组在

物流调度、航班规划等复杂应用场景中，设计方案的评价随着时间动态改变。这类优化问题在现实中广泛存在并且求解困难。为了推动该领域的发展，亟待提出能反映动态优化问题复杂特性并且可控的测试集，从而推动动态优化算法在现实问题中的应用。课题组在IEEE Transactions on Cybernetics上发表了一种生成连续动态优化问题的测试集，同时对现有的测试集进行了全面的综述，并探讨了它们在捕获不同问题特征方面的缺点。