某直辖市自然科学基金项目申请书.docx
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某直辖市自然科学基金项目申请书.docx
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某直辖市自然科学基金项目申请书
重庆市自然科学基金计划项目
立项申请书
项目名称
劣质煤循环流化床高效清洁燃烧与控制
所属专项
其它
申报单位
重庆大学(签章)
申请者
唐强
联系电话
65103114
组织部门
重庆大学
起止年限
2007年7月至2008年12月
填报日期
2007年3月15日
重庆市科学技术委员会
二ΟΟ七年元月制
填写说明
请不要修改本申请书模板中表格的结构,结构的改变可能导致申报系统拒绝受理。
1、凡申报重庆市自然科学基金计划的项目须填写此立项申请书。
2、立项申请书由项目的主承担者填写,经项目主承担者工作单位审查同意后,一般项目一式三份、重点项目一式七份(含查新报告)并附申报软盘一张报送重庆市科委。
3、填写申请书前,请先查阅《重庆市自然科学基金计划项目管理办法》及有关规定,其中重点项目应围绕当年“项目指南”内容撰写。
4、立项申请书所列内容都要据实填写,表达应明确、完整、严谨、扼要(外文名词要同时用中文表达)。
5、项目组主要成员本人应在申请书上亲自签名以示同意合作。
6、立项申请书一律要求用A4纸张打印,否则不予受理。
7、所有申报材料恕不退还,请注意留底。
8.自然科学基金项目分两个个层次给予资助:
重点项目(20-40万元)、一般项目(2-4万元)。
9.项目负责人具有良好的信誉和完成项目的能力,无逾期未结题的科技项目,在研科技项目不超过1项,且同一年度内只能申请1项市级科技项目。
10.项目负责人应当具备《重庆市科技计划项目管理办法》规定的基本条件。
一、基本信息
项目名称
劣质煤循环流化床高效清洁燃烧与控制
所属专项
其它
承担单位
重庆大学
组织部门
重庆大学
单位地址
沙坪坝区(县、市)沙正街174号
邮编
400030
单位性质
1
1.高等院校2.科研院所3.企业4.其它
工商注册登记类型
1
1.国有2.集体3.股份合作4.联营企业5.有限责任公司6.股份有限公司7.私营企业8.港澳台商投资企业9.外资企业10.其它企业
单位法定代表
姓名
李晓红
联系
电话
65105590
手机
133********
单位
传真
65106704
项目负责人
姓名
唐强
联系
电话
65103114
手机
139********
tangqiang@
项目主要合作单位
计划类别
1
1.自然科学基金2.院士专项
项目主要服务行业
5
1.农业2.制造业3.电子信息4.医药化工5.交通、能源6.建筑建材7.冶金8.轻工纺织9.社会事业10.其它
项目所属技术领域
8
1.电子信息2.生物医药3.现代农业4.环境保护5.新材料6.光机电7.交通8.能源资源9.社会事业10.其它
项目研究所属主要学科
一级学科代码及名称
二级学科代码及名称
三级学科代码及名称
代码:
470
名称:
动力与电气工程
代码:
470.10
名称:
工程热物理
代码:
470.1030
名称:
燃烧学
起止时间
2007年7月至2008年12月
总投资
4万元
申请资助
4万元
主要研究内容
(限100字)
针对高硫高灰分劣质煤的特点,通过试验研究和数值模拟,重点研究劣质煤循环流化床高效燃烧机理、炉内干法脱硫机理和NOx生成机理与控制,得到循环流化床燃烧系统的优化方法和关键参数。
预期成果形式或达到的目标
(限100字)
得到劣质煤循环流化床高效低污染燃烧机理和控制技术,掌握循环流化床主要部件优化设计的关键共性技术。
建立循环流化床燃烧试验台,培养硕士1-2名,在核心期刊上发表研究论文1-2篇,申请专利1-2项。
注:
此简表的选择项均为单选项。
学科代码及名称按国家标准(可在市科委网站上查询)至少填至二级学科。
二、项目组主要成员(含项目负责人)
编号
姓名
出生年月
学历
专业技术职称
工作单位
联系电话
从事专业
项目中
的分工
每年工作
时间(月)
签字
1
唐强
1973.6
博士
讲师
重庆大学能源与环境研究所
65103114
动力工程及工程热物理
项目负责人
6
2
石洋
1972.3
硕士
讲师
重庆大学动力工程学院
65112410
工程热物理
试验设计
6
3
周家平
1965.10
硕士
研究员
重庆大学能源与环境研究所
65103114
动力工程
试验方案与理论研究
6
4
刘洪涛
1978.4
硕士
博士生
重庆大学动力工程学院
65103114
动力工程及工程热物理
数值模拟
6
5
李钦朋
1983.7
学士
硕士生
重庆大学动力工程学院
65112612
动力工程及工程热物理
数值模拟
试验测试
6
6
李健雄
1981.5
学士
硕士生
重庆大学动力工程学院
65112612
动力工程及工程热物理
试验测试
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
三、经费预算(单位:
万元)
经费来源预算
经费支出预算
科目
预算数
科目
预算数
其中市科技
计划拨款部分
1、市科技计划拨款
4.0
1、设备费
0.7
0.7
2、国家部委拨款
2、材料费
1.2
1.2
3、行业主管部门拨款
3、测试化验加工费
0.4
0.4
4、区县科委拨款
4、燃料动力费
0.6
0.6
5、单位自筹
5、差旅费
0.2
0.2
6、其他资金
6、会议费
0.2
0.2
7、国际合作与交流费
8、出版/文献/信息传播/知识产权事务费
0.3
0.3
9、劳务费
0.4
0.4
10、专家咨询费
11、管理费
来源预算合计
4.0
支出预算合计
4.0
4.0
市科技计划预算拨款
年度
2007年
20年
20年
合计
经费
4.0
4.0
注:
1、市科技计划资助强度为:
一般项目2-4万元,重点项目20-40万元。
2、一般项目不得提取管理费。
四、申请书正文
参照以下提纲撰写,要求内容翔实、清晰,层次分明,主题突出。
(一)立项依据与研究内容
1、项目的立项依据(重点项目须附主要参考文献详细目录)
循环流化床锅炉燃煤发电和供热技术具有突出的高效低污染优点,而且适合燃烧劣质煤,是一项实用的洁净煤技术。
国家科技部、国家发改委等部门一直将循环流化床锅炉技术研发作为重点科技攻关计划内容。
国际著名的锅炉制造公司无一例外地加入到了循环流化床燃烧技术产品开发和生产的行列。
随着国民经济的飞速发展,环境问题已成为经济发展的瓶颈。
在这种形势下推广应用循环流化床锅炉,将给企业和地区带来巨大的经济效益。
我国循环流化床燃烧技术发展很快,各种形式的循环流化床锅炉不断出现,并逐渐向大型化发展,循环流化床锅炉的优势已得到了广大用户的认可。
由于炉内物料的高热容量、强掺混和低温燃烧的特点,循环流化床燃料适应性好,NOx排放少,炉内温度低,适合采用低成本的炉内干法脱硫技术,为高硫高灰分劣质煤的合理利用提供了重要途径。
从洁净煤燃烧角度看,也是我国近期解决燃煤污染问题的一个重要出发点。
循环流化床燃烧技术是近二十年发展起来的一种新型燃煤技术,是对传统的炉排炉和煤粉炉的一个重大革新。
但是,循环流化床锅炉也经历了十分艰难的历程,在循环流化床技术推广利用方面还存在着较多问题技术障碍,主要表现在:
一是循环流化床锅炉的漏风、点火等问题未得到良好解决,安装投运后出现漏风、点火困难、磨损严重、甚至带负荷能力差等问题;二是循环流化床燃烧技术还处在迅速发展阶段,燃用高硫高灰分劣质煤时,燃烧调整和燃烧控制难度大,容易出现燃烧不稳定现象;三是部分循环流化床依然没有很好地解决磨损等问题,故障停炉多,开停车频繁,用户正常生产受到不同程度的影响;四是炉内干法脱硫效率低,燃煤中含硫量很高时,排放烟气难以达到环保要求;五是循环流化床NOx排放中,尽管NO和NO2浓度很低,但是N2O的浓度较高,将会导致温室气体排放增加。
解决这些问题,必须从循环流化床燃烧机理出发,研究高硫高灰分劣质煤的燃烧特性,并采取积极的手段,提高炉内干法脱硫效率,控制循环流化床NOx的排放。
本课题拟针对重庆市以及西南地区高硫高灰分劣质煤的特点,基于循环流化床两相流动与燃烧机理,通过试验研究和数值模拟,深入探索劣质煤循环流化床高效燃烧技术,提高燃烧过程的火焰稳定性和燃烧效率;深入研究运行参数对燃烧的影响,完善旋风分离器结构,优化设计燃烧系统,改进炉内温度场分布规律,降低NOx的排放量,并开发相应的燃烧控制技术;进一步研究炉内干法脱硫机理、影响因素和影响规律。
课题的研究成果应用于工业实践,既可提高劣质煤的利用效率,又可治理二氧化硫等污染和控制NOx排放,真正实现循环流化床高效清洁运行,提高工业装置的能源效率,改善大气环境和减少温室效应,而且对促进重庆市清洁能源行动和国民经济的可持续发展有积极作用,具有显著的经济、社会、环境效益和极大的产业化应用前景。
2、项目的研究内容、研究目标、以及拟解决的关键问题
研究目标:
针对高硫高灰分劣质煤的特点,重点研究循环流化床高效低污染燃烧技术。
研究内容包括循环流化床劣质煤高效燃烧机理和NOx生成机理,炉内石灰石干法脱硫技术,流化床布风装置、分离器和返料器三大主要部件的关键参数和燃烧系统优化。
研究内容:
本课题采用试验研究、数值模拟和理论分析相结合的方法,研究以下内容:
(1)循环流化床高效燃烧机理与控制技术
循环流化床锅炉主要以劣质煤为燃料,但高硫高灰分劣质煤势必会使锅炉的磨损更加严重,飞灰含炭量大,燃烧效率降低。
因此针对高硫高灰分劣质煤特点,分析炉内温度场、氧气浓度场、颗粒浓度场和颗粒直径的分布规律,重点研究高温灰分离效率和循环倍率对燃烧的影响机理和影响规律,找出燃烧效率和燃烧稳定性的影响因素和控制方法,得到循环流化床内煤的燃烧机理和关键控制技术。
(2)循环流化床SO2和NOx控制技术
根据循环流化床燃烧的研究结果,重点研究循环流化床炉内NOx的生成机理和控制方法,分析燃料特性、炉内温度场、气体浓度场和湍流流场等因素对NOx生成机理的影响规律,控制和减少NOx排放。
进一步研究炉内干法脱硫机理和影响因素,试验分析固硫剂颗粒尺寸、性质、微观结构等对脱硫效率的影响,分析固硫剂特性、燃料特性、炉内温度场、气体浓度场和湍流流场等对脱硫效率的影响规律。
试验研究无机添加剂对脱硫效率的影响规律,优化和筛选适合高硫高灰分煤炉内脱硫的固硫剂和添加剂。
(3)关键部件的优化和运行参数
循环流化床燃烧技术的三个关键部件是布风装置、分离器、返料器。
由这三个关键部件构成的燃烧系统决定了循环流化床的燃烧效果,并且分离器和返料器构成的高温灰主循环回路不仅直接影响整个循环流化床锅炉的总体设计、系统布置,而且与其运行性能有直接关系。
布风装置:
研究不同燃烧负荷下,布风板结构对布风均匀性的影响和流化质量稳定性。
分离器和返料器:
研究气固两相流动的分离效率。
通过试验和模拟,研究分离器结构、布置方式、湍流流场、颗粒浓度、颗粒直径分布等因素对分离效率的影响规律,改进分离器和返料器结构,减小系统磨损,提高循环流化床运行稳定性。
通过系统的研究,得到布风装置、分离器、返料器等关键部件的优化设计方法和循环流化床的关键运行参数。
拟解决的关键问题
A.高硫高灰分劣质煤循环流化床高效燃烧机理和控制技术
B.高硫煤循环流化床炉内干法脱硫关键控制技术与脱硫添加剂的作用及机理
C.布风装置、分离器和返料器三大关键部件的优化设计方法和关键运行参数
D.循环流化床NOx生成机理和NOx炉内控制技术
3、拟采取的研究方案及可行性分析
研究方案:
拟采用实验研究和理论分析相结合的方法进行研究,技术路线和实验方案如下:
拟利用重庆大学热工重点实验室的实验台架、设备条件和重庆大型科学仪器资源共享平台的测试仪器进行实验测试和研究。
在已发表文献的基础上进行理论分析和数值模拟,结合实验数据,得到循环流化床高效清洁燃烧机理和关键技术。
实验部分:
1.首先进行理论分析和模拟,研究高硫高灰分劣质煤循环流化床燃烧机理。
通过理论分析和数值模拟,研究高硫高灰分劣质煤循环流化床内燃烧反应的机理、着火特性、热力特性及控制参数;
分析循环流化床炉内两相流动、燃烧和传热特性对劣质煤燃烧的影响规律;
研究高硫高灰分劣质煤循环流化床内燃烧特性、强化燃烧的方法、火焰稳定机理及措施;
重点研究高温灰循环倍率的对燃烧的影响机理和影响规律,找出燃烧效率和燃烧稳定性的影响因素和控制方法,得到循环流化床内煤的燃烧机理和主要影响因素,为理论分析和实验研究循环流化床燃烧组织方法提供理论依据。
2.建立小型模化实验台,进行循环流化床燃烧特性的研究。
通过大量的国内外文献调研及已有的循环流化床研究经验及成果,提出实验的初步方案,设计和完成新型循环流化床燃烧系统。
通过模化实验,研究劣质煤物性、送风方式、风率分配与流动特性和燃烧过程的关系;
研究劣质煤着火与燃烧过程、燃烧区域流动、传热特性和高温灰循环倍率等的影响;
高温灰分离器的结构、运行参数、高温灰颗粒特性对高温灰分离效率的影响;
返料器的结构、送风方式及参数对炉内燃烧的影响;
布风板的结构、风帽结构、炉内颗粒特性、热空气温度和运行参数对炉内燃烧的影响;
研究炉内流场流动、颗粒浓度、氧气浓度和温度场的分布规律和主要影响因素;
燃烧区域气固两相流动特性、颗粒特性和运行参数等对传热和燃烧特性的影响等;
结合实验结果,研究分析循环流化床燃烧系统优化设计、最佳运行参数、控制技术和变负荷调节能力等;得到适合高硫高灰分劣质煤高效燃烧的新型循环流化床燃烧系统。
3.研究煤层气清洁燃烧机理和控制技术。
研究高硫高灰分劣质煤循环流化床清洁燃烧机理,通过实验研究和数值模拟,重点研究炉内干法脱硫机理、NOx生成机理和影响因素。
试验分析固硫剂颗粒尺寸、性质、微观结构等对脱硫效率的影响;
分析固硫剂特性、燃料特性、炉内温度场、浓度场和湍流流场对脱硫效率的影响规律;
试验研究无机添加剂对脱硫效率的影响规律,优化和筛选适合高硫高灰分煤炉内脱硫的固硫剂和添加剂。
进一步研究循环流化床炉内NOx的生成机理和控制方法,通过实验研究和数值模拟,分析燃料特性、炉内温度场、气体浓度场和湍流流场对NOx生成机理的影响规律;
深入研究流场组织、温度场分布、空气温度对NOx和CO等二次污染物的影响,减少NOx排放。
4.建立高硫高灰分劣质煤循环流化床燃烧系统。
通过实验确定最佳的高硫高灰分劣质煤循环流化床燃烧系统、运行参数与控制技术;得到高硫高灰分劣质煤循环流化床高效清洁燃烧机理,实现近零排放;结合实验研究结果,开发和设计先进的高硫高灰分劣质煤循环流化床燃烧成套技术。
理论分析部分:
拟从宏观和微观两个方面着手,研究以下内容:
a.根据循环流化床颗粒流动和动态团聚的特点,基于两相流动与燃烧过程的物理和化学机制,建立循环流化床内燃烧过程的分析模型;
b.利用分析模型和实验数据,计算整理得到循环流化床颗粒运动、碰撞、燃烧的动力学模型;研究颗粒和湍流流场之间的相互影响以及对燃烧的影响;
c.根据循环流化床燃烧的实验结果,分析高温灰分离器、返料器、布风板和炉内结构对高硫高灰分劣质煤高效清洁燃烧机理的影响;
d.根据实验结果,分析颗粒特性和燃烧系统对高温灰分离特性的影响规律,得到循环流化床高效清洁燃烧关键控制技术。
可行性分析:
申请人在气固两相流动机理和燃烧方面已有丰富的实验设计、理论研究和工业应用经验,并在旋转气固两相流动与颗粒分离方面取得了一系列成果,尤其是课题组研究和开发的固体颗粒分离技术在贵州、重庆等地的多家电厂推广应用,取得显著的经济效益和环境效益。
在实验研究中,建立和完善循环流化床模化实验台,并结合理论分析与数值模拟方法,优化循环流化床燃烧系统,研究循环流化床高效清洁燃烧机理和关键技术。
研究方法、技术路线和实验方案是建立在课题组成员多年相关经验积累,及综合分析循环流化床燃烧技术研究现状后拟订的,其可行性强、容易操作等特点,有利于课题顺利实施。
课题组根据多年的研究经验提出的实验方案和测试手段具备可操作性。
重庆大学重庆市热工重点实验室和重庆大型科学仪器资源共享平台可以满足研究所需的实验条件和各种测试仪器设备,包括实验所需的各种仪器设备,具有良好的实验条件。
从课题组成员的研究及学习经历来看,具备完全的实验研究和理论分析能力。
4、本项目的特色与创新之处
研究循环流化床燃烧机理和关键控制技术,基于两相流动、燃烧与气固分离原理,研究循环流化床的布风装置、分离器和返料器三大关键部件的优化和改进,提高劣质煤的燃烧效率,得到适合重庆及西南地区高硫高灰分劣质煤高效燃烧的循环流化床技术。
研究循环流化床炉内固硫机理和控制技术,试验研究固硫添加剂对脱硫效率的影响,得到适合高硫煤燃烧的炉内脱硫技术与参数,筛选固硫添加剂,提高脱硫效率。
基于两相流动与燃烧机理,研究循环流化床燃烧的NOx生成机理与控制技术,降低循环流化床NOx排放。
5、预期研究成果及项目的考核内容与指标
1、主要技术指标:
包括形成的新技术、新工艺、新装置、新产品、专利、标准(技术标准、企业标准)、论文专著数量及其水平等
完成循环流化床高效燃烧机理与污染控制关键技术研究,得到适合高硫高灰分劣质煤高效清洁利用的循环流化床燃烧技术。
申请中国专利1-2项,SCI、EI期刊源和中文核心期刊发表研究论文1-3篇,标明“重庆市科委自然科学基金”资助。
2、经济考核指标
3、项目实施中形成的实验室、研究室等
形成循环流化床高效燃烧技术与污染控制技术研究实验室。
4、人才培养指标
通过本课题的实施,形成一个循环流化床燃烧技术的研究团队,培养硕士1-2名。
6、年度研究计划及年度考核指标
2007.7-2007.12
研究计划:
查阅近期的相关文献,分析国内外循环流化床关键技术研究现状和动态,确定实验研究实施方案、技术路线和可行性,完成循环流化床试验台搭建和改造工作。
考核指标:
建立循环流化床试验台
2008.1-2008.6
研究计划:
开展循环流化床技术高效燃烧技术试验研究和模拟研究,进行循环流化床SO2和NOx生成与控制技术试验和理论分析,进一步试验研究和模拟循环流化床关键部件的优化和主要运行参数。
考核指标:
获得循环流化床高效燃烧机理与污染控制技术,发表研究论文1-2篇。
申请专利1-2项。
2008.7-2008.12:
研究计划:
深入开展理论研究,补充部分试验内容,得到循环流化床燃烧特性和关键控制技术。
编写研究报告。
考核指标:
发表论文1篇,完成研究报告,结题验收。
(二)研究基础与工作条件
1、工作基础
课题组由具有丰富研究经验和富于创新的中青年科技人员组成;主要研究人员在循环流化床燃烧理论、两相流动、大气污染控制等相关领域的理论与实验研究方面有多年的研究实践,并取得了大量研究成果。
a.课题组已掌握和深入分析了国外同类研究有关文献。
b.课题组成员从事动力工程、燃烧科学、两相流动和环境保护的科研和教学多年,发表相关论文二十多篇,在两相流动、燃烧技术、颗粒分离技术等方面具有较丰富的研究经验。
c.经过多年的前期研究,本研究项目涉及的各项实验方法经过充分的可行性验证;本项目开展研究必需的各种大型仪器设备全部具备。
因此,总体上看已经具备顺利开展和完成本项目所需的软件和硬件条件。
2、工作条件
本项目将依托重庆大学“重庆市热工重点实验室”、以及国家“十五”“211工程”建设项目“先进能源动力技术及系统”的学科基地开展研究工作。
实验室拥有一批先进的测试、分析仪器设备,包括气相色谱分析仪、热重分析仪、元素分析仪、燃料特性分析实验室、testo350烟气成分分析仪、LancomSeriesII烟气分析仪、3011H自动烟尘采样分析仪、BP210D自动分析天平等,完全能够满足本课题的进行所需的条件,能够完成本项目研究所必须的调查、采样、分析及各种专业试验。
重庆市热工重点实验室拥有各类大型热工实验台架近10座,并拥有较为完善的实验条件和测试手段,如高速摄像仪、多通道数据采集系统、各种速度/压力测量仪器等设备,满足本项目的测量实验条件。
利用已有实验条件及手段,合理组织人力物力,能够保障本课题的顺利实施和完成。
3、申请人简历
唐强:
1973年6月出生,讲师,工学博士。
任教于重庆大学动力工程学院,主要从事能源转换和环境保护方面的科研、教学工作。
1995年获西安交通大学工学学士学位;1995.7-1997.8在浙江杭州锅炉厂产品开发部从事电站锅炉和余热锅炉设计,助理工程师;2000年3月获西安交通大学工学硕士学位;2003年12月毕业于西安交通大学动力工程及工程热物理专业,获工学博士学位。
国内外发表科研论文12篇,SCI、EI收录6篇,主持国家自然科学基金项目一项(批准号:
50606038,在研),主持省部级科研项目2项(中国博士后基金1项、重庆市自然科学基金1项,已结题),参与国家级和省部级科研和横向课题5项。
部分代表性的研究论文:
1.QiangTang,Zhigang,Zhang,Wenpei,Zhu,Zidong,Cao,SO2andNOselectiveadsorptionpropertiesofcoal-basedactivatedcarbons,FUEL,84(4):
461-465,SCI、EI收录
2.唐强,曹子栋,王盛,刘义,活性炭吸附法脱硫实验研究和工业性应用,现代化工,2003,23(3),37-40,EI收录
3.JingyuRan,LiZhang,QiangTang,MingdaoXin,Numericalsimulationoftheparticalmotioncharacteristicsinboundarylayerofgas-solidrotaryflow,JournalofFluidsEngineering,2006,128(3):
596-601,EI收录
4.唐强,张力,旋转气固两相流动与分离数值模拟[C],中国高等学校工程热物理学会,重庆,2006
5.刘义,唐强,曹子栋,王盛,有效脱附在活性炭法烟气脱硫中的作用.西安交通大学学报,2003,37
(1):
96-99,EI收录
6.刘义.曹子栋.唐强.王盛,水涤脱附条
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