2012CB720400 鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程高效節(jié)能基礎(chǔ)研究

項(xiàng)目名稱(chēng)：鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程高效節(jié)能基礎(chǔ)研究首席科學(xué)家：張欣欣北京科技大學(xué)起止年限：2012.1-2016.8依托部門(mén)：教育部一、關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題及研究?jī)?nèi)容1面向鋼鐵工業(yè)節(jié)能減排的重大需求，針對(duì)“煉鐵工序焦比高、能耗高、CO2大技術(shù)瓶頸，本項(xiàng)目提出以下三個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題（科學(xué)問(wèn)題凝練思路參見(jiàn)圖國(guó)家重大需求主要技術(shù)瓶頸鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程高效節(jié)能基礎(chǔ)研究關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題技術(shù)應(yīng)用對(duì)象圖2鋼鐵工業(yè)節(jié)能減排技術(shù)瓶頸與關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題（）高溫多元多相體系熱化學(xué)反應(yīng)與能質(zhì)傳遞的協(xié)同強(qiáng)化理論程的影響及其耦合原理，構(gòu)建能質(zhì)傳遞與多相復(fù)雜熱化學(xué)反應(yīng)協(xié)同強(qiáng)化理論。（）多形態(tài)余熱高效轉(zhuǎn)換回收與梯級(jí)利用過(guò)程多場(chǎng)耦合傳輸機(jī)制的非線性系統(tǒng)。本關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題要闡明強(qiáng)沖擊、非均勻、多物化耦合驅(qū)動(dòng)下固/熔相高溫沉降堆積顆粒體系余熱高效轉(zhuǎn)換與回收過(guò)程的能質(zhì)傳遞與反應(yīng)機(jī)理，余能高效轉(zhuǎn)換與儲(chǔ)存方法。（）鋼鐵生產(chǎn)流程物流－能流－環(huán)境作用機(jī)理及其多目標(biāo)集成優(yōu)化理論理論和流程調(diào)控策略。2研究?jī)?nèi)容：高溫?zé)峄瘜W(xué)反應(yīng)與能質(zhì)傳遞協(xié)同強(qiáng)化理論的高效能質(zhì)傳遞與氣固液相分離機(jī)理，熱化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)與能質(zhì)傳遞耦合機(jī)制煉鐵新工藝系統(tǒng)的構(gòu)建奠定科學(xué)基礎(chǔ)。研究?jī)?nèi)容：固、熔相余熱回收與品質(zhì)調(diào)控中的能質(zhì)耦合傳輸機(jī)理以鋼鐵生產(chǎn)流程中鋼鐵熔融渣及固體散料等物料余熱回收和固相品質(zhì)調(diào)控鋼鐵工業(yè)中關(guān)鍵固熔相物料余熱回收技術(shù)的發(fā)展提供科學(xué)支撐。研究?jī)?nèi)容：氣相余熱梯級(jí)蓄存、回收中的能質(zhì)輸運(yùn)理論余熱梯級(jí)蓄存回收與質(zhì)熱協(xié)同輸運(yùn)理論，為氣相余熱回收及利用奠定科學(xué)基礎(chǔ)。研究?jī)?nèi)容：鋼鐵生產(chǎn)流程多層次物流－能流網(wǎng)絡(luò)理論與系統(tǒng)集成優(yōu)化環(huán)境綜合協(xié)調(diào)優(yōu)化為目標(biāo)，主要研究：流程整體系統(tǒng)、功能子系統(tǒng)、工序模塊、理論，為鋼鐵生產(chǎn)流程高效節(jié)能的系統(tǒng)集成和運(yùn)行調(diào)控奠定科學(xué)基礎(chǔ)。二、預(yù)期目標(biāo)14方面進(jìn)行系統(tǒng)研究，解決“高溫多元多相體系熱化學(xué)反應(yīng)與能質(zhì)傳遞協(xié)同強(qiáng)化理論”、程物流－能流－環(huán)境作用機(jī)理及其多目標(biāo)集成優(yōu)化理論”等3個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。原型62流程能耗降低－4000萬(wàn)噸標(biāo)煤現(xiàn)CO減排9000萬(wàn)噸年；結(jié)合技術(shù)原型和工程示范，驗(yàn)證新理論和新方法，為2增強(qiáng)我國(guó)鋼鐵工業(yè)節(jié)能減排領(lǐng)域的自主創(chuàng)新能力和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力做出實(shí)質(zhì)性貢獻(xiàn)。22.1科學(xué)理論層面（）多相復(fù)雜高溫?zé)峄瘜W(xué)反應(yīng)與能質(zhì)傳遞的協(xié)同強(qiáng)化理論。闡明鐵氧碳反積反應(yīng)器能效提供理論基礎(chǔ)。（）多層次流程體系物流－能流－環(huán)境綜合協(xié)調(diào)的廣義熱力學(xué)優(yōu)化理論。明晰鋼鐵生產(chǎn)流程整體系統(tǒng)－功能子系統(tǒng)－工序模塊－單體組件各層次不同機(jī)境作用機(jī)理，發(fā)展全流程低熱值伴生氣蒸汽綜合梯級(jí)利用方法，形成多層次流效、低排放的系統(tǒng)集成優(yōu)化奠定科學(xué)基礎(chǔ)。（）多場(chǎng)耦合驅(qū)動(dòng)多形態(tài)余能高效轉(zhuǎn)換與儲(chǔ)存方法。揭示帶有物相轉(zhuǎn)化與品質(zhì)調(diào)控的高溫固體熔體顆粒能質(zhì)傳遞與轉(zhuǎn)化機(jī)理，闡明余熱回收率和物料物相轉(zhuǎn)化品質(zhì)調(diào)控的協(xié)同機(jī)制，拓展基于能量梯級(jí)利用原理和新型復(fù)合相變材料余熱回收方法，為鋼鐵工業(yè)中各種難回收余能資源的回收和利用提供科學(xué)基礎(chǔ)。2.2節(jié)能技術(shù)層面（）在“協(xié)同強(qiáng)化理論”和“余能高效轉(zhuǎn)換與儲(chǔ)存方法”指導(dǎo)下，取得以梯級(jí)利用。使能耗降低綜合效果達(dá)到－。（）在“廣義熱力學(xué)優(yōu)化理論”的指導(dǎo)下，完善鋼鐵生產(chǎn)流程多聯(lián)產(chǎn)大系運(yùn)行優(yōu)化調(diào)控，實(shí)現(xiàn)能源高效配置和余能梯級(jí)利用。使系統(tǒng)能耗降低－。2.3工程應(yīng)用層面聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)工業(yè)化應(yīng)用，達(dá)到工程示范水平。2.4人才培養(yǎng)和基地建設(shè)層面減排基地群，提升我國(guó)在工業(yè)節(jié)能減排領(lǐng)域的科技創(chuàng)新能力與綜合競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。－2部；發(fā)表論文300篇以上，其中SCI/EI收錄的論文120篇以上；申報(bào)發(fā)明專(zhuān)利20項(xiàng)以上，軟件著作權(quán)登記20項(xiàng)以上；組織召開(kāi)具有較大影響力的國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議1－2次；培養(yǎng)造就－3－2名國(guó)家級(jí)人才獎(jiǎng)勵(lì)計(jì)劃獲得者，－10名中青年學(xué)術(shù)帶頭人，博士生－60名，碩士生－50名。三、研究方案11.1學(xué)術(shù)思路尋求突破關(guān)鍵技術(shù)瓶頸問(wèn)題的解決辦法。從設(shè)備尺度而言程多場(chǎng)耦合，也反映了流程工業(yè)余熱余能回收－利用過(guò)程中的時(shí)空和品質(zhì)特征，體現(xiàn)為余熱余能回收時(shí)空耦合和用能品位對(duì)口耦合。從工序尺度而言術(shù)、固體散料運(yùn)動(dòng)床余熱回收過(guò)程和需兼顧產(chǎn)物品質(zhì)的高溫鋼鐵渣余熱回收過(guò)為物質(zhì)轉(zhuǎn)化過(guò)程控制機(jī)制和能量轉(zhuǎn)化傳遞過(guò)程控制機(jī)制的協(xié)調(diào)一致。從流程尺度而言，物質(zhì)與能量的“高效耦合”和“協(xié)同強(qiáng)化”貫穿于鋼鐵生業(yè)提高效率、降低能耗、減少排放的有效途徑。1.2技術(shù)路線物質(zhì)流與能量流時(shí)空品質(zhì)高效耦合和轉(zhuǎn)化過(guò)程協(xié)同強(qiáng)化”核心理論的突破與發(fā)310－12%4000萬(wàn)噸標(biāo)煤年、減排9000萬(wàn)噸CO年。2目標(biāo)2創(chuàng)新技術(shù)方法理論圖3總體技術(shù)思路1.3可行性本項(xiàng)目的學(xué)術(shù)思路和技術(shù)途徑來(lái)源于項(xiàng)目承擔(dān)單位在冶金、建材、工程熱物理、材料科學(xué)、信息科學(xué)及管理學(xué)領(lǐng)域扎實(shí)的工作基礎(chǔ)和研究經(jīng)驗(yàn)。（）項(xiàng)目承擔(dān)單位具備堅(jiān)實(shí)的研究基礎(chǔ)本項(xiàng)目參加單位承擔(dān)或參與了多項(xiàng)國(guó)家重大科技項(xiàng)目，包括國(guó)家973計(jì)劃、863重點(diǎn)項(xiàng)目和科技支撐計(jì)劃等30優(yōu)化研究項(xiàng)目、高爐噴煤催化助燃節(jié)能技術(shù)、高溫傳熱蓄熱過(guò)程多尺度結(jié)構(gòu)中流動(dòng)與傳遞規(guī)律等項(xiàng)目為本項(xiàng)目提供了扎實(shí)的前期工作基礎(chǔ)。（）項(xiàng)目承擔(dān)單位在相關(guān)領(lǐng)域已取得大批高水平研究成果本項(xiàng)目申請(qǐng)和合作單位在國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家973863計(jì)劃和科技支撐計(jì)劃資助下，已在冶金、材料及能源科學(xué)等領(lǐng)域開(kāi)展了大量基礎(chǔ)研究，并在相關(guān)研究領(lǐng)域已獲得11項(xiàng)國(guó)家級(jí)科技獎(jiǎng)勵(lì)，如干熄焦引進(jìn)技術(shù)消化吸收“一供了豐富的研究經(jīng)驗(yàn)和充分的知識(shí)儲(chǔ)備。（）項(xiàng)目承擔(dān)單位具備從事本項(xiàng)目研究的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)條件進(jìn)、實(shí)驗(yàn)手段齊全，為項(xiàng)目實(shí)施提供了優(yōu)質(zhì)的實(shí)驗(yàn)研究基礎(chǔ)和條件。（）項(xiàng)目承擔(dān)單位具有很好的國(guó)際合作基礎(chǔ)目前，項(xiàng)目承擔(dān)單位與美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)、法國(guó)、瑞典、日本和韓國(guó)等國(guó)家域，項(xiàng)目承擔(dān)單位于2010年5月與美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和橡樹(shù)嶺國(guó)家估技術(shù)、軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)及人員交流培訓(xùn)等方面開(kāi)展了長(zhǎng)期長(zhǎng)效的全面合作。2（）針對(duì)全氧高爐煉鐵技術(shù)，揭示其冶煉過(guò)程物理機(jī)制，構(gòu)建高溫、大通量、大容積反應(yīng)器內(nèi)熱化學(xué)反應(yīng)與能質(zhì)轉(zhuǎn)換協(xié)同強(qiáng)化理論，提高碳熱能源利用效率，為形成高效節(jié)能減排的全氧高爐冶煉技術(shù)提供理論基礎(chǔ)。（）針對(duì)鋼鐵工業(yè)中部分余能資源難于回收和低效利用的問(wèn)題，揭示多形能高效轉(zhuǎn)換與儲(chǔ)存方法”新方法。（）針對(duì)鋼鐵生產(chǎn)流程的復(fù)雜性和整體性，深刻認(rèn)識(shí)其生產(chǎn)流程資源－能源－環(huán)境作用機(jī)理，提出能耗及環(huán)境效應(yīng)綜合評(píng)價(jià)方法，構(gòu)建鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程多層次物流－能流－環(huán)境綜合協(xié)調(diào)的廣義熱力學(xué)優(yōu)化理論。3本項(xiàng)目針對(duì)目前鋼鐵生產(chǎn)中的技術(shù)瓶頸，以個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題為核心，設(shè)置了以下個(gè)課題：課題1.全氧條件下高爐高溫?zé)峄瘜W(xué)反應(yīng)與能質(zhì)傳遞協(xié)同原理課題2.高溫運(yùn)動(dòng)床層異形顆粒堆積體系內(nèi)的能質(zhì)傳遞與轉(zhuǎn)化機(jī)制課題3.基于物料品質(zhì)調(diào)控的高溫熔渣余熱回收能質(zhì)傳輸機(jī)理課題4.氣相余熱高效梯級(jí)儲(chǔ)存與轉(zhuǎn)換的理論和方法課題5.鋼鐵流程系統(tǒng)的能耗排放特征及其廣義熱力學(xué)優(yōu)化課題6.鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程能源高效配置與余能梯級(jí)利用核心學(xué)術(shù)思想、關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題與課題之間的關(guān)系參見(jiàn)圖。課題1.全氧條件下高爐高溫?zé)峄瘜W(xué)反應(yīng)與能質(zhì)傳遞協(xié)同原理研究?jī)?nèi)容能質(zhì)傳輸?shù)膮f(xié)同強(qiáng)化規(guī)律。主要內(nèi)容包括：（）礦相結(jié)構(gòu)及熔體特性演變及調(diào)控機(jī)制化學(xué)勢(shì)強(qiáng)化及調(diào)控機(jī)制。（）高還原勢(shì)條件下高溫多相碳熱還原反應(yīng)動(dòng)力學(xué)高溫碳熱還原體系復(fù)雜多相熱化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中固－液－氣界面結(jié)構(gòu)變化規(guī)化等反應(yīng)體系的本征動(dòng)力學(xué)特征，高溫多元多相復(fù)雜反應(yīng)機(jī)理。（）高溫大容積反應(yīng)器內(nèi)多相體系的質(zhì)能分布規(guī)律碳熱還原過(guò)程高溫多相非均質(zhì)反應(yīng)體系的能質(zhì)傳遞與反應(yīng)規(guī)律及相應(yīng)數(shù)學(xué)時(shí)空多尺度特征，能質(zhì)傳遞與化學(xué)反應(yīng)的耦合機(jī)制。（）碳熱還原過(guò)程的能質(zhì)傳遞與化學(xué)反應(yīng)的協(xié)同強(qiáng)化C-CO-CO）分布特點(diǎn)和變化規(guī)律，碳熱還2熱能、提高碳素利用效率提供理論依據(jù)。（）碳素循環(huán)及CO分離和利用的關(guān)鍵工程技術(shù)基礎(chǔ)2CO分離過(guò)程能量分布與耗散特點(diǎn)，CO22理集成。研究目標(biāo)高爐煉鐵系統(tǒng)的構(gòu)建提供科學(xué)支撐。鐵工序碳耗下降25。承擔(dān)單位：北京科技大學(xué)重慶大學(xué)課題負(fù)責(zé)人：張欣欣主要學(xué)術(shù)骨干：薛慶國(guó)、郭占成、王靜松、李俊經(jīng)費(fèi)比例：%24.3課題2.高溫運(yùn)動(dòng)床層異形顆粒堆積體系內(nèi)的能質(zhì)傳遞與轉(zhuǎn)化機(jī)制研究?jī)?nèi)容強(qiáng)耦合傳遞過(guò)程機(jī)制。主要內(nèi)容包括：（）高溫相變條件下單顆異形顆粒及堆積體系內(nèi)氣固能質(zhì)傳遞特性研究高溫相變條件下單顆球團(tuán)顆粒內(nèi)孔隙結(jié)構(gòu)的瞬態(tài)變化及氣－固能質(zhì)傳-固兩相之間的能質(zhì)傳遞規(guī)律。（）高溫相變條件下異形顆粒體系反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特性場(chǎng)溫度分布等條件下不同成分顆粒體系化學(xué)反應(yīng)速率的變化特性，揭示高溫相變條件下異形顆粒體系的能質(zhì)轉(zhuǎn)化規(guī)律。研究高溫回轉(zhuǎn)條件下三維異形顆粒隨機(jī)瞬態(tài)堆積幾何拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的生成方法，熱－質(zhì)－力”的相互影響機(jī)理及與幾何參數(shù)的關(guān)系并確立其能質(zhì)協(xié)同強(qiáng)化方法。（）高溫運(yùn)動(dòng)床層能質(zhì)傳遞、轉(zhuǎn)化理論及評(píng)價(jià)體系體系宏觀能質(zhì)傳遞的影響規(guī)律，研究氣相燃燒反應(yīng)、動(dòng)量熱量傳輸行為與多孔論與評(píng)價(jià)體系，為球團(tuán)、燒結(jié)、煉焦熱工系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供理論支持。研究目標(biāo)研究高溫移動(dòng)及回轉(zhuǎn)條件下異形顆粒堆積體系內(nèi)的各種復(fù)雜能質(zhì)傳遞效應(yīng)，及熱邊界條件下高溫顆粒反應(yīng)單元內(nèi)多物理場(chǎng)耦合數(shù)值分析模型及能質(zhì)協(xié)同強(qiáng)球團(tuán)、燒結(jié)及煉焦過(guò)程中的高效高質(zhì)生產(chǎn)與節(jié)能減排提供科學(xué)支撐。形成固相余熱高效回收技術(shù)原型。承擔(dān)單位：西安交通大學(xué)北京工業(yè)大學(xué)海軍工程大學(xué)課題負(fù)責(zé)人：王秋旺主要學(xué)術(shù)骨干：王景甫、曾敏、吳一寧、王文華經(jīng)費(fèi)比例：16.6%課題3.基于物料品質(zhì)調(diào)控的高溫熔渣余熱回收能質(zhì)傳輸機(jī)理研究?jī)?nèi)容強(qiáng)化及物料品質(zhì)的有效調(diào)控方法。主要內(nèi)容包括：（）高溫物料顆粒相變冷卻與物相結(jié)構(gòu)演變及性能程與物相結(jié)構(gòu)變化的相互作用規(guī)律。（）高溫熔渣?；瘷C(jī)制、顆粒成型及分布沉降特性互作用規(guī)律。（）高溫非均質(zhì)顆粒體系中多元多相流動(dòng)和相變傳熱傳質(zhì)機(jī)理及特性理及耦合作用特性，顆粒局部熔融和部分流化等相態(tài)和流場(chǎng)非均勻性的影響規(guī)傳熱傳質(zhì)理論模型，熱質(zhì)傳遞和物料品質(zhì)變化的規(guī)律及耦聯(lián)關(guān)系。（）高溫熔渣余熱回收系統(tǒng)中多場(chǎng)耦合驅(qū)動(dòng)的熱質(zhì)傳遞強(qiáng)化與物料品質(zhì)調(diào)控高溫熔渣余熱回收系統(tǒng)中多場(chǎng)耦合驅(qū)動(dòng)的熱質(zhì)傳遞強(qiáng)化方法及物料品質(zhì)調(diào)的協(xié)同優(yōu)化理論，適用于高溫熔渣高效余熱回收系統(tǒng)的相似性準(zhǔn)則關(guān)系。研究目標(biāo)揭示鋼鐵生產(chǎn)工業(yè)過(guò)程中熔融鋼鐵渣物料余熱回收中的復(fù)雜多相流動(dòng)和傳的協(xié)同機(jī)制及特性，建立高溫非均質(zhì)熔融顆粒體系中具有相變及化學(xué)反應(yīng)的氣-依據(jù)。形成鋼鐵渣余熱回收和品質(zhì)調(diào)控技術(shù)原型，高溫熔渣熱回收率大于。承擔(dān)單位：重慶大學(xué)北京工業(yè)大學(xué)北京科技大學(xué)課題負(fù)責(zé)人：朱恂主要學(xué)術(shù)骨干：高小強(qiáng)、崔素萍、林林、王宏經(jīng)費(fèi)比例：13.7%課題4.氣相余熱高效梯級(jí)儲(chǔ)存與轉(zhuǎn)換的理論和方法研究?jī)?nèi)容究間歇性氣相余熱高效蓄存與轉(zhuǎn)換的新原理、新方法和新裝置。主要內(nèi)容包括：（）間歇性余熱蓄存的非穩(wěn)態(tài)特性和梯級(jí)連續(xù)利用的原理與方法物質(zhì)轉(zhuǎn)化工業(yè)中典型溫域區(qū)段（－1000C、－C、－C）歇性余熱高效蓄存和連續(xù)利用的原理及過(guò)程控制方法。（）多孔功能相變材料內(nèi)流固耦合輸運(yùn)模型及異相異質(zhì)界面效應(yīng)相變態(tài)與突變演化規(guī)律及其對(duì)傳遞和反應(yīng)性能影響，時(shí)空多尺度結(jié)構(gòu)及相變吸附熱質(zhì)傳遞過(guò)程及模型。（）多孔功能相變蓄傳熱材料的設(shè)計(jì)、性能調(diào)控與表征團(tuán)簇的組裝與表征，基材與填充材料復(fù)合的基本模式及物理機(jī)制；復(fù)合材料宏系和數(shù)理描述，影響材料儲(chǔ)熱性能的關(guān)鍵參數(shù)，宏觀熱物性的可控性變量。（）梯級(jí)蓄傳熱系統(tǒng)構(gòu)建、強(qiáng)化蓄傳熱特性及機(jī)理多孔功能相變材料在典型強(qiáng)化管道和孔隙結(jié)構(gòu)體系中的流固耦合輸運(yùn)傳熱特性，針對(duì)不同溫域、具有強(qiáng)化蓄傳熱結(jié)構(gòu)、并能實(shí)現(xiàn)間歇輸入/連續(xù)輸出的復(fù)傳熱效率、綜合傳熱系數(shù)、非穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性等參數(shù)與蓄熱材料、蓄熱結(jié)構(gòu)、輸入/輸出參數(shù)間的相變材料的間隙性余熱高效蓄傳熱機(jī)理及連續(xù)利用新方法。研究目標(biāo)用的理論和方法；明晰多孔功能相變材料的設(shè)計(jì)、制備、表征與控制的基本方存與轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)提供理論依據(jù)和新方法。形成轉(zhuǎn)爐煤氣高效蓄傳熱回收和中低溫余熱熱質(zhì)綜合利用技術(shù)原型。承擔(dān)單位：上海交通大學(xué)中山大學(xué)北京科技大學(xué)課題負(fù)責(zé)人：吳慧英主要學(xué)術(shù)骨干：丁靜、王戈、劉振華、陸建峰經(jīng)費(fèi)比例：15.1%課題5.鋼鐵流程系統(tǒng)的能耗排放特征及其廣義熱力學(xué)優(yōu)化研究?jī)?nèi)容次物流-能流網(wǎng)絡(luò)模型及流程體系的廣義熱力學(xué)優(yōu)化，主要內(nèi)容包括：（）鋼鐵生產(chǎn)流程的普適性物理模型及整體行為特征統(tǒng)的整體行為特征。（）鋼鐵生產(chǎn)流程資源、能源與環(huán)境效應(yīng)評(píng)價(jià)方法以能值為表征參數(shù)的特征化模型，計(jì)算礦物資源、能源及可利用廢棄物原料的能值特征化因子；碳、氮、硫等元素向多形態(tài)廢棄物轉(zhuǎn)換及排放的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，復(fù)雜流程多目標(biāo)集成的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。（）鋼鐵生產(chǎn)流程多層次物流、能流網(wǎng)絡(luò)及運(yùn)行時(shí)序特征源消耗、排放限制等對(duì)系統(tǒng)整體運(yùn)行效果的影響規(guī)律。（）生產(chǎn)流程系統(tǒng)構(gòu)型及運(yùn)行調(diào)控的廣義熱力學(xué)優(yōu)化分配、余能綜合利用方式以及熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)等；物流-能流-環(huán)境的作用機(jī)能的共性問(wèn)題及本課題研究成果移植創(chuàng)新的主要途徑。研究目標(biāo)的廣義熱力學(xué)普適模型，建立流程資源、能源與環(huán)境效應(yīng)的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，及決策，提出流程整體的系統(tǒng)集成技術(shù)與運(yùn)行策略，形成多層次流程體系物流-能流-環(huán)境綜合協(xié)調(diào)的廣義熱力學(xué)優(yōu)化理論，為鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程節(jié)能減排的系統(tǒng)集成和構(gòu)建鋼鐵企業(yè)能源環(huán)保中心提供科學(xué)技術(shù)支撐。降低約－。承擔(dān)單位：中國(guó)人民解放軍海軍工程大學(xué)北京科技大學(xué)課題負(fù)責(zé)人：陳林根主要學(xué)術(shù)骨干：馮妍卉、姜澤毅、謝志輝、魏曙寰經(jīng)費(fèi)比例：16.0%課題6.鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程的能源高效配置與余能梯級(jí)利用研究?jī)?nèi)容置與綜合梯級(jí)利用研究，達(dá)到示范應(yīng)用水平。主要內(nèi)容包括：（）生產(chǎn)過(guò)程的能量轉(zhuǎn)化與優(yōu)化配置方法系統(tǒng)能源形式轉(zhuǎn)換、熱量存儲(chǔ)與傳遞、質(zhì)量存儲(chǔ)與傳遞的機(jī)理；能量轉(zhuǎn)化、化與優(yōu)化配置方法。（）生產(chǎn)過(guò)程蒸汽與伴生氣系統(tǒng)全網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)調(diào)控方法伴生氣系統(tǒng)調(diào)節(jié)規(guī)律和優(yōu)化策略。（）生產(chǎn)過(guò)程伴生氣梯級(jí)利用關(guān)鍵技術(shù)的科學(xué)問(wèn)題等對(duì)潔凈穩(wěn)定燃燒的影響機(jī)理，發(fā)展新的潔凈穩(wěn)燃方法。（）基于生產(chǎn)過(guò)程的余能全工況分析與系統(tǒng)集成驗(yàn)證聯(lián)合循環(huán)發(fā)電方法，進(jìn)行系統(tǒng)集成驗(yàn)證研究。研究目標(biāo)“”徑，完成系統(tǒng)集成驗(yàn)證。。承擔(dān)單位：中科院工程熱物理所北京科技大學(xué)課題負(fù)責(zé)人：譚春青主要學(xué)術(shù)骨干：王立、張華良、袁怡祥、童麗葛經(jīng)費(fèi)比例：14.3%4課題間相互關(guān)系如圖41和課題2的研究對(duì)象均是以物理化學(xué)反12層顆粒堆積體系的能質(zhì)傳遞規(guī)律，發(fā)展復(fù)雜條件下氣固體系換熱理論。課題、3和4均圍繞多形態(tài)余熱高效轉(zhuǎn)換與梯級(jí)回收過(guò)程多場(chǎng)耦合傳輸機(jī)制開(kāi)展研究，課題2和334題5和6均研究流程層面的高效節(jié)能問(wèn)題，但課題5側(cè)重流程物流-能流耦合與協(xié)調(diào)，研究鋼鐵流程物流-能流-環(huán)境作用機(jī)制，發(fā)展鋼鐵生產(chǎn)流程多層次物流-6則基于總能系統(tǒng)思想和鋼鐵流程集成優(yōu)化方法，進(jìn)行鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程能源配置與余能綜合梯級(jí)利用試驗(yàn)驗(yàn)證。圖4課題間相互關(guān)系四、年度計(jì)劃研究?jī)?nèi)容預(yù)期目標(biāo)1高還原勢(shì)下?tīng)t料礦相結(jié)構(gòu)及固熔1掌握全氧高爐條件下?tīng)t料礦相結(jié)構(gòu)及冶金性能演變規(guī)律。演變規(guī)律及含鐵爐料還原反應(yīng)動(dòng)力2獲得高溫相變條件下單顆球團(tuán)顆粒內(nèi)能質(zhì)傳遞特性。2高溫相變條件下單顆球團(tuán)顆粒內(nèi)3獲得單個(gè)高溫熔融顆粒冷卻特性、構(gòu)的瞬態(tài)變化及氣-固能質(zhì)傳遞特高溫熔融物料顆粒內(nèi)部相變傳熱理論模型。3單個(gè)高溫熔融顆粒可視化實(shí)驗(yàn)平4功能吸附材料熱質(zhì)傳遞特性理論規(guī)4律。5建立包含熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)的的廣義熱力學(xué)模型；獲得工序模塊、5工序模塊和單體組件等層次單元構(gòu)。6建立系統(tǒng)物理能與化學(xué)能的能轉(zhuǎn)中單元操作過(guò)程的廣義熱力學(xué)建模流程時(shí)空特性，各層次單元間物流、6鋼鐵工業(yè)全時(shí)空多品位能量流組特性。7發(fā)表論文40篇以上，SCI/EI收錄論文10篇以上；申請(qǐng)專(zhuān)利1項(xiàng)。熱值伴生氣燃燒特性實(shí)驗(yàn)裝置和燃?xì)馀錃?、調(diào)節(jié)控制和測(cè)量機(jī)構(gòu)。研究?jī)?nèi)容預(yù)期目標(biāo)1全氧高爐條件下含鐵爐料還原反1揭示高還原勢(shì)下含鐵爐料還原反應(yīng)動(dòng)力學(xué)及多相化學(xué)反應(yīng)固-液-氣反應(yīng)耦合模型及能質(zhì)傳遞與化學(xué)反立含鐵爐料還原動(dòng)力學(xué)模型。2確立高溫相變條件下球團(tuán)堆積體2構(gòu)造異形顆粒堆積幾何拓?fù)浣Y(jié)系內(nèi)的能質(zhì)傳遞規(guī)律。3揭示單個(gè)高溫熔融顆粒內(nèi)部相變及傳遞過(guò)程與物相結(jié)構(gòu)變化的相互3單個(gè)高溫熔融顆粒傳熱及物相轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)特性等參數(shù)對(duì)熔渣顆粒成型特化的實(shí)驗(yàn)及單個(gè)高溫熔融物料顆粒性的影響。內(nèi)部相變傳熱理論模型；氣淬-轉(zhuǎn)杯4獲得復(fù)合相變蓄熱材料的制備方相變蓄熱材料的輸運(yùn)特性分析模型；4配置獲得合適的相變蓄熱材料，完善時(shí)空多尺度結(jié)構(gòu)及多孔吸附熱質(zhì)傳遞過(guò)程數(shù)值模型。5建立包含熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)的功能子系統(tǒng)各層次單元的廣義熱力立時(shí)空多尺度結(jié)構(gòu)及吸附熱質(zhì)傳遞學(xué)模型，獲得功能子系統(tǒng)的行為特分析模型；質(zhì)熱交換系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)；棄物轉(zhuǎn)換及排放的作用機(jī)制和特征5功能子系熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征，規(guī)律。包含熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)的功能子6獲得鋼鐵流程中能量轉(zhuǎn)換間相互系統(tǒng)廣義熱力學(xué)建模方法；碳、氮、硫等元素向多形態(tài)廢棄物轉(zhuǎn)換及排6和利用過(guò)程中系統(tǒng)與各單元相互耦燃方法。7發(fā)表論文60篇以上，SCI/EI收錄論文15篇以上；申請(qǐng)專(zhuān)利5項(xiàng)；軟統(tǒng)與部件特性及低熱值伴生氣燃燒件著作權(quán)登記2項(xiàng)。貧熄實(shí)驗(yàn)；設(shè)計(jì)多種燃燒穩(wěn)定裝置。研究?jī)?nèi)容預(yù)期目標(biāo)1氣固換熱與化學(xué)反應(yīng)耦合模型及1掌握全氧高爐爐內(nèi)溫度場(chǎng)、濃度與化學(xué)反應(yīng)的耦合模型。2明確高溫運(yùn)動(dòng)復(fù)雜邊界條件對(duì)異C-CO-CO形顆粒體系能質(zhì)傳遞特性的影響。3揭示?；瘷C(jī)制與熔渣顆粒特性相2移動(dòng)及回轉(zhuǎn)條件下高溫異形顆粒互作用規(guī)律和顆粒局部熔融與部分動(dòng)力邊界條件下高溫異形顆粒堆積出高溫非均質(zhì)熔渣顆粒體系中多元多相傳熱傳質(zhì)模型。3高溫熔渣?；瘷C(jī)制、顆粒成型及4掌握多孔異質(zhì)復(fù)合相變材料蓄傳相變材料熱質(zhì)輸運(yùn)分析模型和多孔質(zhì)熔渣顆粒體系中的多元多相傳熱換實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)的搭建和測(cè)試工作。4設(shè)計(jì)并制造相變蓄熱裝置，進(jìn)行5建立包含熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)的流程系統(tǒng)各層次單元廣義熱力學(xué)模熱材料輸運(yùn)特性分析模型和多孔吸境影響的生命周期評(píng)價(jià)方法和復(fù)雜5整體流程系統(tǒng)熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)特鋼鐵流程節(jié)能減排需求的分析和評(píng)參數(shù)的整體流程系統(tǒng)的廣義熱力學(xué)型和一般鋼鐵生產(chǎn)流程系統(tǒng)仿真平臺(tái)。境間作用機(jī)制及綜合評(píng)價(jià)方法和減6提出總能效率優(yōu)化的多途徑系統(tǒng)高效蓄熱和利用的協(xié)同優(yōu)化調(diào)節(jié)方科工程最優(yōu)化理論及數(shù)學(xué)求解方法。6鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程的能量轉(zhuǎn)化與優(yōu)化熱值伴生氣余能利用系統(tǒng)的變工況配置方法，余能系統(tǒng)全工況特性研規(guī)律和耐磨損高效壓縮機(jī)葉片設(shè)計(jì)的影響機(jī)制，發(fā)展低污染燃燒方法。間扭曲方法和多級(jí)動(dòng)靜部件干涉及其優(yōu)化匹配方法；低熱值伴生氣成論文25篇以上；申請(qǐng)專(zhuān)利7項(xiàng)；軟分、濃度等對(duì)潔凈燃燒的影響。件著作權(quán)登記3項(xiàng)。7發(fā)表論文60篇以上，SCI/EI收錄研究?jī)?nèi)容預(yù)期目標(biāo)11掌握全氧高爐內(nèi)碳素（C-CO-CO）2C-CO-CO系統(tǒng)仿真模型。2環(huán)關(guān)系；全氧高爐冶煉過(guò)程仿真模2揭示高溫相變條件下異形顆粒體系內(nèi)的能質(zhì)轉(zhuǎn)化規(guī)律。2高溫相變條件下異形顆粒體系內(nèi)3揭示高溫相變?nèi)墼w粒體系熱傳的氣相組成、氣相流場(chǎng)溫度分布實(shí)參數(shù)對(duì)余熱回收率及物料品質(zhì)的影3高溫非均質(zhì)顆粒體系流動(dòng)和傳熱響。4建立用于間隙性氣相余熱回收的中的多元多相傳熱傳質(zhì)理論模型計(jì)合驅(qū)動(dòng)的熱質(zhì)傳遞強(qiáng)化方法及物料論的組合式復(fù)合相變蓄熱材料和強(qiáng)化蓄傳熱系統(tǒng)。4熱電轉(zhuǎn)換性能測(cè)試，熱電轉(zhuǎn)換分5合式復(fù)合相變蓄熱材料的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)；整體物理-能流耦合的系統(tǒng)集成技術(shù)基于材料添加和結(jié)構(gòu)優(yōu)化的相變蓄傳熱強(qiáng)化理論和相應(yīng)的傳熱強(qiáng)化方力學(xué)最優(yōu)參數(shù)選擇。5工序模塊和功能子系統(tǒng)等層次的6提出新的蒸汽系統(tǒng)的節(jié)能調(diào)節(jié)和系統(tǒng)構(gòu)型及運(yùn)行調(diào)控的廣義熱力學(xué)優(yōu)化方法和新型高效聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設(shè)計(jì)方法和低熱值伴生氣穩(wěn)燃并兼顧低污染排