附件： 项目公示内容-工业高温高含尘烟气余热深度回收及净化技术.pdf

2022 年度重庆市技术发明奖提名公示材料 一、项目名称 工业高温高含尘烟气余热深度回收及净化技术 二、提名者及提名等级 重庆市教育委员会、技术发明奖一等奖。 三、项目简介 本项目属工程传热、传质学理论学科。 冶金、化工、建材等行业耗能占我国工业总能耗 70%以上，而工业炉窑平均 能源利用效率仅为 33%，其中高温烟气排放是最大热损失项。因此，冶金、化工、 建材等高耗能高排放工业中高温烟气余热回收和净化对我国节能减排基本国策 的实施和“双碳”目标的早日实现具有重要作用。但工业高温烟气（800-1200℃） 具有成分复杂、含尘量高（≥2000mg/m3）、腐蚀性强、工况变化大等特点，存 在含凝结性尘粒烟气粘附堵塞严重、高含尘烟气易积灰腐蚀、烟气中亚微米级尘 粒难以分离、余热回收率低等瓶颈问题。 本项目在国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的支持下，为突破工 业高温高含尘烟气净化与换热一体化技术瓶颈，研究了复杂孔隙流道内高温含尘 烟气多相传输和界面流固作用机制及尘粒分离与换热耦合关系，构建了烟气净化 与余热回收一体化技术理论体系基础，发明了除尘与换热协同强化技术，在对工 业高含尘烟气进行余热回收的同时能够净化废气，实现了高温烟气净化与换热一 体化的技术与装备集成，形成了以下主要技术发明点： （1）高温凝尘自适调控粘附捕集与动态定向置换脱附技术。建立了含凝尘 烟气在颗粒滤层内团聚、粘附、流动、分离及传热过程的输运模型，揭示了凝尘 捕获/脱附机理及沿层分布特征，发现了多级滤料颗粒床结构具有更好的过滤效 率-阻力损失性能以及更大容尘率的新原理，开发了粒径自动分层与滤料分层定 向置换的移动颗粒床凝尘过滤技术，解决了移动床内多级滤料颗粒自适应分层难 题，提出了采用低热容空心滤料替代原有技术的实心滤料颗粒，并通过换热管集 成布置回收余热，显著提高了单位质量滤料容尘量和脱附性能，降低了滤料置换 热损失，增大了热回收率。 （2）三维超大拓展表面蓄/换热高含尘烟气高效余热回收与净化技术。揭 示了三维超大拓展表面及换热器内的多相流动及传热机理和特性，建立了三维超 大拓展表面换热器内流动及传热理论模型及预测方法，阐明了三维超大拓展表面 换热表面积灰、磨损、腐蚀的机制及规律，开发了具有梯度孔隙结构三维超大拓 展表面蜂巢式蓄/换热体元件，提出了三维内外肋管复合强化传热方法，利用三 维肋管非均匀肋结构的加工工艺优势，创新了分别针对顺排和叉排三维肋管换热 器的轴向肋结构变化的防积灰高效换热器，并将三维肋管与梯级三维蜂巢体元件 有机结合，发明了三维超大拓展表面蓄\换热高含尘烟气余热回收与净化元件， 形成了高温高含尘烟气连续高效余热回收与净化一体化新技术和装备。 （3）梯度孔结构膜过滤元件制备及高温烟气深度净化技术。研究了陶瓷膜 对高温尘粒的超净分离机理及微细尘粒附着特性，提出了抗微细尘粒附着的膜表 面修饰技术及分离膜孔径调控方法，开发了满足高温低浓度亚微米级烟尘粒子深 度净化的新型膜过滤元件，突破了膜材料温度使用限制的瓶颈，发明了挤压及气 压辅助成型工艺，显著提高了陶瓷膜管强度及抗热震能力，攻克了陶瓷膜过滤管 一次性整体成型技术难题，发明了低维碳纤维补强的陶瓷/碳复合材料及增加过 滤精度技术，有效降低了材料制备的烧结温度和成本，发明了复合耐高温密封材 料，实现了刚性陶瓷膜管与金属基座的柔性连接和高温密封。 基于以上主要技术发明，实现了高温高含尘烟气深度净化和高效换热一体化 技术集成，同时首次实现了高温高含尘烟气深度净化与高效换热一体化技术装置 中试和示范装置，达到了余能回收率≥70%；含凝尘烟气净化后≤30 mg/Nm3； 高含尘烟气净化后≤30 mg/Nm3；亚微米级尘粒烟气净化后≤10 mg/Nm3 等关键 技术指标。整体技术达到国际领先水平。 授权发明专利 21 项（含国际发明专利 3 项），发表期刊论文 40 余篇。本项 目研究成果已在电力、冶金等行业得到了推广应用，解决了困扰了行业发展的瓶 颈性问题，取得了显著的经济社会效益。本项目研究成果的进一步推广应用将有 助于我国高耗能产业能耗的大幅降低，促进经济社会可持续发展；同时有助于实 现工业烟气余能回收产业的高端化和规模化，促进我国高耗能工业向资源节约型 和环境友好型转型，推进我国节能环保行业的产品升级。 四、主要知识产权和标准规范等目录: 序 知识 知识产权具 国家 号 产权 体名称 （地 类别 1 授权号 授权 证书 权利人 日期 编号 专利有 CN20171 2019. 重庆大学 06.07 34062 76 廖强， 有效 陈自勇， 程旻， 张俊楠， 丁玉栋， 付乾，张 亮，朱恂， 黄云 2021. 42289 重庆大学 廖强， 01.29 24 效状态 区） 中国 发明 可拆式模块 专利 化防磨除灰 0701541. 三维肋管换 0 热器 2 发明人 发明 周向变化肋 专利 结构的防积 中国 灰叉排三维 CN20191 1349107. 6 有效 丁玉栋， 谭颜斯 肋管束及管 阳，朱恂， 壳式换热器 付乾，程 旻，王宏 3 CN20191 2021. 44597 变化的防积 1347406. 06.01 06 灰顺排三维 6 发明 肋高沿周向 专利 中国 重庆大学 丁玉栋， 有效 谭颜斯 阳，廖强， 肋管束及管 朱恂，付 壳式换热器 乾，程旻， 王宏 4 发明 专利 5 发明 专利 勾配ハニカ ム体と三次 元リブ管に 基づく除 塵·換熱一体 化装置及び 方法 日本 特願 2019-538 330 2022. 02.04 特許 第 70191 54 号 Continuous filtering system for moving bed particle layer with adjustable thickness of filtering layer 欧洲 EP18171 667.1 2020. 05.06 34015 96 重慶大学； 廖強，付 有效 北京科技 乾，丁玉 大学 棟，程旻， 劉向軍， 陳自勇， 曲恒宇， 周芳 北京科技 大学 Yin Shaowu, Wang Li, Liu Chuanpin g, Tong Lige 有效 6 发明 专利 7 发明 专利 8 发明 专利 9 发明 专利 10 发明 专利 Moving granular bed dust filtration device with automatic particle size stratification and stratified filter material replacement 欧洲 粒径自动分 层与滤料分 层置换的移 动颗粒床粉 尘过滤装置 中国 一种对高温 含尘烟气的 除尘换热一 体化处理装 置及方法 中国 一种耐高温 的柔弹性密 封垫及其制 备方法和用 途 中国 一种多用途 含低维碳的 陶瓷/炭复合 材料及其生 产方法 中国 EP19181 474.8 2021. 03.24 37193 98 北京科技 CN20161 1064127. 5 2020. 05.08 37872 北京科技 79 大学 CN20171 2019. 01.01 32022 23 北京科技 CN20181 0529395. 2 2020. 37944 93 中国科学 院过程工 程研究所 刘开琪， 孙广超， 熊瑞， 陈运法 CN20171 0693269. 6 2020. 41486 唐山贝斯 陈永强， 12．1 37 特高温材 刘开琪， 料有限公 杨强， 司；中国科 张会军， 学院过程 苗正， 工程研究 任小勇 0012975. 大学 大学 X 05.12 1 Wang Li, Wu Ping, Tong Lige, Yin Shaowu, Liu Chuanpin g 王立， 吴平， 童莉葛， 尹少武， 刘传平 夏德宏， 曲恒宇， 刘向军， 蒋滨繁 有效 有效 有效 有效 有效 所 五、主要完成人 第一完成人：廖强，教授，工作单位：重庆大学，完成单位：重庆大学。为 项目负责人，负责项目总体研究方案和技术路线制定以及项目组织实施和管理， 同时承担三维肋管换热器强化传热机理与特性、积灰-磨损-腐蚀特性、烟气深度 余热回收及净化技术等研究工作。对于本项目的第二项和第三项技术发明点做出 了创造性贡献；在该项目研究中投入的工作量占本人总工作量的 70%。创造性贡 献主要有：建立了烟气净化与余热回收一体化技术理论基础，提出了具有超大拓 展表面防磨除灰三维肋管换热器强化传热技术和加工工艺，提出了高温高含尘烟 气余热深度回收与净化一体化的技术。 第二完成人：王立，教授，工作单位：北京科技大学，完成单位：北京科技 大学。在项目中负责高温凝尘自适调控粘附捕集与动态抑尘置换脱附技术研究。 对于本项目的第一项技术发明点做出了创造性贡献，研究中投入工作量占本人总 工作量的约 60%。创造性贡献主要有：提出了将分布粒径颗粒堆积流动自发分层 特性应用于高温含尘气体除尘净化的新方法，基于凝尘粘附特点和滤层内凝尘分 布规律提出了表层定向置换过滤技术，基于床层内多组分颗粒的运动与分离（分 布）规律提出了多级滤料自适调控技术，提出了粒径自动分层与滤料分层置换的 移动颗粒床粉尘过滤技术，提出了滤料温变脱附技术，提出了采用多级滤料自适 调控、表层定向置换过滤的除尘换热一体化结构和方法，实现了凝结性尘粒的自 适调控捕集与余热高效回收。 第三完成人：夏德宏，教授，工作单位：北京科技大学，完成单位：北京科 技大学。在项目中负责基于超大拓展表面传热部件的蓄/换热耦合高效连续余热 深度回收技术开发。对于本项目的第二项技术发明点做出了创造性贡献，在该项 目研究中投入的工作量占本人总工作量的 60%。创造性贡献主要有：发明了具有 超大拓展表面的三维金属蜂巢体强化换热元件，开发了由螺旋金属丝编制而成、 骨架为三维随机结构、孔隙为三维连通的螺旋编织型对流-辐射转化器及气体侧 强化传热方法，研发了以螺旋编织型对流-辐射转换器为骨架、以耐高温不锈钢 纤维布为滤面的套袋式除尘换热一体化元件，形成了免清灰的高温高含尘烟气连 续高效净化与余热回收一体化技术。 第四完成人：刘开琪，研究员，工作单位：中国科学院过程工程研究所，完 成单位：中国科学院过程工程研究所。主要负责耐高温梯度陶瓷过滤元件的制备 技术及异质管间密封技术。对于本项目的第三项技术发明点做出了创造性贡献， 投入工作量占本人总工作量的 70%。创造性贡献主要有：提出了陶瓷膜对微细尘 粒的捕捉净化机理及抗尘粒附着的膜表面修饰技术方法，提出了高性能低成本支 撑体和耐高温陶瓷膜制备方法，提出了分离膜孔径的调控方法，提出了大尺寸异 质管件间的高温密封方法。 第五完成人：程旻，副教授，工作单位：重庆大学，完成单位：重庆大学。 在项目中负责具有超大拓展表面三维肋管换热器的积灰、腐蚀机理和换热特性研 究。对于本项目的第二项技术发明点做出了创造性贡献，在该项目研究中投入的 工作量占本人总工作量的 80%。创造性贡献主要有：揭示了三维肋管换热器内的 多相流动及传热机理和特性，揭示了三维肋管换热器内的流固耦合机制，建立了 三维肋管换热器内流动及传热的理论模型及预测方法，阐明了三维肋管换热表面 积灰、腐蚀的机制及规律，为高温高含尘烟气净化和余热深度回收一体化集成装 置的优化设计提供了依据。 第六完成人：付乾，教授，工作单位：重庆大学，完成单位：重庆大学。在 项目中负责三维肋管的积灰磨损特性研究以及高温高含尘烟气余热深度回收及 净化集成技术中试和工业示范装置。对于本项目的第二项技术发明点做出了创造 性贡献，在该项目研究中投入的工作量占本人总工作量的 60%。创造性贡献主要 有：研究了三维肋管表面积灰磨损机制，揭示了工业含尘烟气在三维肋管表面的 气-固分离及传热特性，组织完成了廊坊中试综合测试平台和山西太钢不锈钢股 份有限公司 AOD 精炼炉高温高含尘烟气余热深度回收及净化集成技术工业示范 装置的设计、加工、总装及性能测试。 六、主要完成单位 重庆大学，北京科技大学，中国科学院过程工程研究所