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1. 痛點問題 隨著人們環(huán)保意識的增強，以及“雙碳”目標(biāo)的提出，氣體燃料在工業(yè)生產(chǎn)中的比重越來越大。我國工業(yè)鍋爐污染物排放標(biāo)準(zhǔn)是世界上最嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，但我國氣體燃料清潔燃燒的研究相比歐美國家晚，雖然近幾年國產(chǎn)氣體燃燒器有了長足的發(fā)展，但大都局限在低功率的小型燃燒器范圍內(nèi)，燃料種類單一，燃燒器性能與國外知名燃燒器相比仍有較大差距。目前國內(nèi)市場，進口燃燒器占比在80 %以上，大功率燃燒器（＞25 MW）占比在90 %以上。急需開發(fā)高性能的國產(chǎn)燃燒器，以減少企業(yè)投資成本，提高企業(yè)綜合競爭力。 2. 解決方案 燃燒器采用特殊的結(jié)構(gòu)，卷吸高溫?zé)煔猓瑢⒖諝馀c燃料稀釋，降低燃燒強度，提高燃燒穩(wěn)定性，同時采用亞音速設(shè)計加強了燃料與空氣的混合，減少局部高溫區(qū)比例。 合作需求 合作需求：從事燃燒設(shè)備制造加工等企業(yè)，有一定的燃燒器制造/運行/調(diào)試經(jīng)驗，本燃燒器適用于燃燒天然氣、氫氣、高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、炭黑尾氣以及蘭炭尾氣等多種氣體，可用于工業(yè)供熱/蒸汽、水泥生產(chǎn)、陶瓷生產(chǎn)、石油冶煉等多個領(lǐng)域。

派恩新能將廣泛應(yīng)用于能源、化工、環(huán)境治理、生物醫(yī)療、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等行業(yè)，成為企業(yè)降低成本、提升效率、減少污染的好幫手。 一、項目進展 創(chuàng)意計劃階段 二、負責(zé)人及成員 姓名 學(xué)院/所學(xué)專業(yè) 入學(xué)/畢業(yè)時間 錢飛揚 信息與電子工程學(xué)院/信息工程專業(yè) 2021/2025 林映琦 公共管理學(xué)院/勞動與社會保障專業(yè) 2020/2024 三、指導(dǎo)教師 姓名 學(xué)院 職務(wù)/職稱 研究方向 徐象國 能源工程學(xué)院 副所長/教授 制冷空調(diào) 四、項目簡介 派恩新能擁有國內(nèi)唯一自主研發(fā)的高精度數(shù)值模擬流體仿真技術(shù)。團隊擁有1項國家發(fā)明專利授權(quán)，具有堅實的技術(shù)壁壘。 致力于成為中國最具技術(shù)自主權(quán)的工業(yè)仿真綜合技術(shù)服務(wù)提供商，為工業(yè)企業(yè)提供高精度流體仿真分析和專業(yè)化技術(shù)咨詢服務(wù)，通過模擬企業(yè)工業(yè)現(xiàn)狀，幫助企業(yè)識別工業(yè)問題，并提出智慧解決方案。 派恩新能將廣泛應(yīng)用于能源、化工、環(huán)境治理、生物醫(yī)療、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等行業(yè)，成為企業(yè)降低成本、提升效率、減少污染的好幫手。 目前派恩新能提供的服務(wù)主要分為兩大板塊：（1）流體仿真分析，（2）專業(yè)化技術(shù)咨詢服務(wù)，能為能源、環(huán)境等多個工業(yè)行業(yè)的實際工業(yè)問題提供一站式的技術(shù)服務(wù)支持，可以打通能源制備與運輸?shù)漠a(chǎn)業(yè)鏈，通過派恩新能技術(shù)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)集成化，從而大大降低新能源的普及與使用成本。 針對諸多工業(yè)領(lǐng)域，派恩新能可以在流體仿真分析的基礎(chǔ)上，為企業(yè)提供專業(yè)的定制化技術(shù)咨詢服務(wù)，涵蓋工業(yè)監(jiān)測、工業(yè)流程優(yōu)化、智慧管控優(yōu)化、安全生產(chǎn)管理系統(tǒng)等一系列技術(shù)咨詢服務(wù)。

本發(fā)明屬于燃煤鍋爐脫硝領(lǐng)域，并公開了一種燃盡風(fēng)與 SNCR 耦合的燃煤鍋爐脫硝系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括 SNCR、燃盡風(fēng)和 DCS 控制分系統(tǒng)，SNCR 分系統(tǒng)包括噴槍、熱電偶、電動調(diào)節(jié)閥和電子流 量計，該噴槍共設(shè)置有三層，熱電偶設(shè)于爐膛內(nèi)，其布置高度與三層 噴槍的布置高度對應(yīng)；燃盡風(fēng)分系統(tǒng)共設(shè)有兩層，每層包括燃盡風(fēng)風(fēng) 管、電動調(diào)節(jié)門和測速器；DCS 控制分系統(tǒng)用于接收各個分系統(tǒng)發(fā)送 的數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)各個分系統(tǒng)。所述方法利用上述系統(tǒng)進行脫 硝處理。本發(fā)明可實現(xiàn)溫度窗口寬范圍調(diào)節(jié)和脫氮效率最高化，降低 了還原劑使用量，提高鍋爐運行的安全性和經(jīng)濟性。

2021 年 1 月 27 日，由西南交大與中車大同聯(lián)合研制的我國首臺氫燃料電池混合動力機車，在中車大同電力機車有限公司成功下線，標(biāo)志著我國氫能軌道交通技術(shù)取得關(guān)鍵突破。該車采用西南交通大學(xué)陳維榮教授團隊研發(fā)的軌道交通大功率燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，突破了燃料電池混合動力系統(tǒng)集成、系統(tǒng)優(yōu)化控制以及能量管理等核心技術(shù)，電堆采用國際領(lǐng)先、可低溫啟動的日本豐田金屬電堆，這也是燃料電池金屬電堆在軌道交通領(lǐng)域的首次應(yīng)用。該車設(shè)計時速每小時 80 公里，滿載氫氣可單機連續(xù)運行 24.5 小時，平直道最大牽引載重超過 5000 噸，在不用改變?nèi)魏舞F路基礎(chǔ)線路條件下，可在各類機務(wù)段、車輛段、編組站以及大型工廠、礦山、港口等場所執(zhí)行運轉(zhuǎn)、調(diào)車、救援等多用途任務(wù)。 陳維榮教授團隊自 2008 年起，在我國率先開展氫燃料電池在軌道交通中的應(yīng)用研究，開拓了氫能軌道交通研究方向。歷時十余年的技術(shù)攻關(guān)，團隊突破了大功率燃料電池優(yōu)化控制、混合動力系統(tǒng)能量管理、故障診斷與壽命預(yù)測等關(guān)鍵技術(shù)，于 2013 年成功研制我國首輛燃料電池電動機車，并于 2016 年與中車唐山公司聯(lián)合研制成功世界首列燃料電池混合動力有軌電車，引領(lǐng)了我國氫能軌道交通技術(shù)發(fā)展。 

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)；分級燃燒裝置均勻分布在爐膛兩側(cè)的墻上，其進氣端的中 心設(shè)置有進風(fēng)管，進風(fēng)管的另一端設(shè)置有絕熱穩(wěn)焰鈍體，進氣端器壁 還設(shè)置有二次風(fēng)旋流器，遠離進氣端的一端還設(shè)置有穩(wěn)燃腔，將適量 煤粉或燃氣、新鮮空氣及循環(huán)煙氣的混合物通過該分級燃燒裝置噴入 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)，實現(xiàn)脫硝效率和熱效率的雙重提升，達到節(jié)能減排的目的。

燃料電池技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵在與新材料的開發(fā)，基于材料的優(yōu)化得到更好的燃料電池產(chǎn)電輸出性能。項目團隊基于固態(tài)離子理論，設(shè)計了一系列燃料電池電極新材料及新結(jié)構(gòu)，以提高電池輸出性能為目的，開發(fā)了一系列高性能的陽極功能材料，陰極層材料與新結(jié)構(gòu)。項目取得完整知識產(chǎn)權(quán)，申請發(fā)明專利15件，授權(quán)發(fā)明專利8件。

項目簡介： 項目內(nèi)容及規(guī)模： 本項目將廢塑料進行熱解得到燃油然后脫除雜質(zhì)，油品質(zhì)量得到 了明顯改善，達到燃料油的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。初步實施預(yù)計年生產(chǎn)規(guī)模 2000- 5000 噸。 市場分析： 本項目解決了廢塑料處理過程的困難，燃燒后嚴(yán)重污染大氣環(huán)境的問題，能夠產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟效益和社會效益，具有廣泛的應(yīng)用前景。 投資估計： 預(yù)計投資 100 萬。 經(jīng)濟和社會效益： 預(yù)計年銷售額 1000 萬，年產(chǎn)生效益 200 萬。 科研技術(shù)優(yōu)勢： 本項目具有投資少，操作成本低的特點，還可以應(yīng)用于其它有機 固廢回收利用，制備燃料油和可燃氣的各個領(lǐng)域。

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心及化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院的曾杰教授團隊和國家同步輻射實驗室鮑駿教授團隊合作，通過精準(zhǔn)的氧化刻蝕，調(diào)控鈀鉑合金的形貌和組分，設(shè)計并構(gòu)筑出了超立方體框架結(jié)構(gòu)催化劑，其在氫氧燃料電池陰極反應(yīng)中表現(xiàn)出高活性和高穩(wěn)定性。研究成果以 “Pd-Pt Tesseracts for the Oxygen Reduction Reaction”為題發(fā)表在《美國化學(xué)會志》上（J. Am. Chem.Soc. 2021,doi.org/10.1021/jacs.0c12282）。該研究團隊受三維立方體向四維超立方體演變的啟發(fā)，將鈀鉑均勻合金立方體進行氧化刻蝕，通過精準(zhǔn)調(diào)控鈀原子的去除和余下鈀原子與鉑原子的重排，得到鈀鉑合金超立方體框架結(jié)構(gòu)（圖 1）。此外，通過調(diào)節(jié)初始立方體中鈀、鉑兩種元素的比例，還可以得到八足體和立方框架結(jié)構(gòu)。在氫氧燃料電池陰極催化測試中，立方框架結(jié)構(gòu)、超立方體結(jié)構(gòu)和八足體結(jié)構(gòu)的單位質(zhì)量活性分別達到了商用鉑碳催化劑的 4.1 倍，11.6 倍和 8.3 倍。此外，超立方體結(jié)構(gòu)催化劑還表現(xiàn)出了最高的本征活性（2.09 安培每平方厘米）和優(yōu)異的性能穩(wěn)定性。密度泛函理論計算表明超立方體表面晶面的氧吸附能最接近于理論最優(yōu)值，這一趨勢與實際測試的氧還原活性順序相一致。這種新的超立方體框架催化劑設(shè)計理念為今后相關(guān)電催化劑的設(shè)計提供了新的思路。

本實用新型公開了一種液體燃料噴霧擴散燃燒特性研究系統(tǒng)。包括定容燃燒彈彈體、進氣系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、點火模塊、加熱模塊、高壓共軌系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集模塊、紋影成像系統(tǒng)、激光診斷系統(tǒng)、電控單元。本實用新型可以研究不同初始壓力和溫度下，不同液體燃料的噴霧擴散燃燒特性。實驗時，利用點火模塊將預(yù)先充入在定容燃燒彈內(nèi)的預(yù)混可燃氣體點燃，在定容彈內(nèi)產(chǎn)生高溫高壓的環(huán)境以模擬柴油機壓縮上止點附近缸內(nèi)高溫、高壓的環(huán)境，在定容彈壓力下降到設(shè)定值時，控制單元控制噴油器將高壓燃油噴入定容彈內(nèi)，燃油在定容燃燒彈內(nèi)迅速霧化并被壓燃，利用紋影成像系統(tǒng)同步記錄燃油壓燃燃燒火焰?zhèn)鞑ミ^程，結(jié)合激光診斷技術(shù)研究不同液體燃料的噴霧擴散燃燒特性。

01. 成果簡介 近年來，隨著氫能利用技術(shù)發(fā)展逐漸成熟，應(yīng)對氣候變化壓力持續(xù)增大，以及氫能市場前景巨大，氫能在世界范圍內(nèi)備受關(guān)注，世界發(fā)達國家均將氫能及綜合應(yīng)用作為未來能源發(fā)展的重點方向之一。燃料電池汽車融合了內(nèi)燃機汽車和純電動汽車的優(yōu)點，不僅具有零排放、高效與高功率密度的優(yōu)勢，而且續(xù)駛里程足夠長，被業(yè)界公認(rèn)為是新能源汽車的發(fā)展趨勢。經(jīng)過北京奧運會23輛、上海世博會的196輛燃料電池汽車的批量示范驗證和多輪技術(shù)迭代優(yōu)化，燃料電池汽車開始進入交通運輸領(lǐng)域的主戰(zhàn)場，從2013年開始，歐、美、日、韓的燃料電池汽車相繼上市銷售。與國外發(fā)展路徑不同，我國從燃料電池商用車切入推進氫能在交通領(lǐng)域的應(yīng)用，氫燃料電池商用車已實現(xiàn)小批量生產(chǎn)并在上海、北京、河北、廣東等地示范運營。氫能行業(yè)迎來了產(chǎn)品孕育的發(fā)展機遇。 膜電極作為燃料電池發(fā)動機的核心部件，代表企業(yè)如美國GORE公司、英國Johnson Matthey公司。本項成果提供了一種制備膜電極的技術(shù)，創(chuàng)新點為：1）采用“熱定型法”工藝制備催化層，優(yōu)化電化學(xué)三相界面和促進多相傳質(zhì)，解決了傳統(tǒng)膜電極性能低、壽命短瓶頸問題；2）發(fā)明了將質(zhì)子交換膜和催化層封裝在氣體擴散層內(nèi)的一體化膜電極產(chǎn)品，提升了燃料電池的一致性和可靠性,并提高了電堆生產(chǎn)效率。該項成果已應(yīng)用于示范項目，應(yīng)用情況良好。性能指標(biāo)：1）面電導(dǎo): >40S/cm22）拉伸強度: >35MPa3）H2滲透率:<2mA/cm24）0.6V@2.5A/cm2 (測試條件：1.5atm,70℃,空氣計量數(shù)2.3,濕度80%)5）壽命:20000小時（加速老化法,10%性能衰減）02. 應(yīng)用前景 燃料電池03. 知識產(chǎn)權(quán) 本項成果已申請專利22項。04. 團隊介紹 團隊在燃料電池應(yīng)用研究方面已有超過20年的技術(shù)積累，在技術(shù)開發(fā)和成果轉(zhuǎn)化過程中，先后獲得“第十九屆全國發(fā)明展覽會發(fā)明獎”金獎、北京市第三屆發(fā)明專利獎一等獎、“清華大學(xué)科研成果推廣應(yīng)用效益獎”二等獎、“第十屆國際發(fā)明展覽會發(fā)明獎”金獎、湖北省技術(shù)發(fā)明獎等多項獎勵。負責(zé)人為副教授、博士生導(dǎo)師，累計在多個國際權(quán)威期刊上發(fā)表SCI論文96多篇，申請發(fā)明專利60余項。05. 合作方式 技術(shù)許可。06.聯(lián)系方式 lijiaoli2016@tsinghua.edu.cn wangcheng@tsinghua.edu.cn