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【研究背景】 我國以煤為主的能源稟賦決定了煤電將會在未來一段時間內充當托底角色，燃煤發電過程中產生的CO?作為主要碳排放源，成為了“2030碳達峰、2060碳中和”愿景目標的現實約束。開發具有大規模CO?捕集功能的新型低碳燃燒技術是實現“雙碳”目標的關鍵。其中，富氧燃燒技術采用空分系統所產生的氧氣(純度>95%)代替助燃空氣，同時采用煙氣再循環調節爐膛內的介質溫度和傳熱特性，實現煙氣中CO?高濃度富集，便于CO?的分離與捕集，是最具發展前景的規?；疾都夹g。 【成果介紹】 本成果提出了一種富氧燃燒高效低成本運行關鍵技術與其對應示范裝置。著眼于發展經濟、安全和可靠的富氧燃燒技術需求，本成果重點圍繞兩個關鍵科學技術問題： (1)基于氧/燃料雙向分級的富氧燃燒火焰組織、傳熱調控與污染抑制原理； (2)基于靜/動態仿真的富氧燃燒系統集成優化和控制技術，組織共性技術研發和工程示范。 本成果建立了常壓與加壓富氧燃燒條件下的分級燃燒、傳熱和污染物控制理論，開發了常壓富氧燃燒的分級燃燒系統，研制了加壓富氧燃燒的燃燒、換熱及返料等關鍵裝備，突破了酸性氣體共壓縮純化等共性關鍵技術，掌握了常壓富氧燃燒的系統集成、優化與控制方法，并提升富氧燃燒大型化設計能力。 其中，運用富氧壓縮S/N/Hg一體化脫除技術，SO?/NOx/Hg脫除率分別達到99%，93%和98%；35MWth富氧燃燒工業示范連續運行168h，鍋爐燃燒效率90.68%，煙氣中CO?濃度71-82%，NOx濃度（等效空氣燃燒）110mg/Nm³。相比空氣工況，富氧工況下脫汞效率（以ESP前為基準）和ESP除塵效率進一步提升。 圖2 應城35MWth富氧燃燒工業示范系統及現場實時運行 【技術優勢】 與現有的其它碳捕集技術，包括燃燒前、燃燒后碳捕集技術，富氧燃燒碳捕集技術的改造成本更低，系統效率更高、生成成本更低、投資與碳減排成本更低。 【技術指標】 【資質榮譽】 獲日內瓦國際發明展金獎(2017)、國際自動化學會電力工業設施獎(2017)、湖北省技術發明一等獎(2018)。

凝膠電解質具有電導率高，界面電阻小，安全性高，穩定性好等優勢，有望替代傳統鋰金屬電池液體電解液，解決鋰金屬電池的電解液泄露、高溫脹氣、鋰枝晶等安全問題。 納米纖維具有纖維直徑小、比表面積大、孔隙率高、柔軟、耐高低溫及有機溶劑腐蝕等特點，保證納米纖維鋰離子電池凝膠電解質具有很強的吸液和保液能力。納米纖維作為凝膠電解質支撐層不僅保證具有足夠的吸收聚合物液體的能力，而且保證電解質的柔性，為可穿戴電子設備提供柔性電源。

發展了高性能、低功耗碳基CMOS集成電路技術，性能和功耗全面超越現有技術，有望成為未來主流信息器件。發表了包括兩篇Science在內的SCI論文150余篇；相關成果兩獲國家自然科學二等獎以及其他重要獎勵，多次被NatureIndex等專題報道。

水泥基壓電智能復合材料是近年來才剛剛發展起來的一種新型的功能復合材料，它能克服傳統的壓電材料（壓電陶瓷、壓電聚合物和聚合物基壓電復合材料）與土木工程領域中最主要的結構材料——混凝土相容性差的問題，可有效對重大土木工程建筑（如大跨橋梁、高聳建筑和核建筑等）實施在線健康監測和預報，避免一些災難的發生。

眾所周知，硫對大多數鋼的性能有多種不良的影響，如硫降低鋼的塑性和韌性，影響鋼的表面及內部質量。鐵水爐外脫硫是鋼鐵產品生產過程去除硫最為行之有效而又經濟的辦法。鎂基鐵水爐外脫硫技術是目前鐵水爐外脫硫處理的最新進展，它具有處理溫度低(最適合鐵水溫度)、脫硫效率高、脫硫速率快、單位耗量很小(如噸鐵水僅耗0.3～0.8kg鎂，這將帶來脫硫渣量小、金屬損耗低、溫降小等一系列好處)、能將硫脫到很低的水平(如達到0.002～0.005％以下的水平)，同時工藝簡單、投資相對較少、脫硫效果穩定等優點。它是繼蘇打或碳酸鈉、石灰、碳化鈣基脫硫劑后的第四代脫硫技術，也是鐵水爐外脫硫處理今后發展的方向。在整個鋼鐵生產工藝流程中，該技術的應用既可大幅度地降低鋼鐵生產的成本，又可為生產各種潔凈鋼提供最基本的技術保障。從某種意義上來說，該技術是優化鋼鐵生產流程的關鍵技術之一。因此，具有廣闊的應用前景。 鎂基鐵水爐外脫硫技術的基本工藝是采用噴吹或喂線的方法將鎂基脫硫劑或純鎂加入到鐵水中，使其將鐵水中的硫去除的一種操作過程。其工藝可根據不同鋼鐵企業的生產條件，選用不同技術路線，如鐵水包容量較小的企業可采用喂線技術路線；而鐵水包容量較大的企業則選用噴吹技術路線；中等鐵水包容量的企業可根據自身情況決定技術路線。 北京科技大學鎂基鐵水爐外脫硫(MDS)研究組是由長期從事鋼鐵冶金、傳輸傳熱、機械設計等涉及多學科的專門人才組成，具有深厚的理論基礎、設計能力和豐富的實踐經驗。自1996年開始以來，先后進行了基礎理論研究、冷態和熱態模擬實驗、半工業試驗和在天津鋼廠30t鐵水包內進行了工業試驗。工業試驗共處理鐵水5l0t，耗鎂250kg，將化鐵爐鐵水的硫含量穩定地從0.075％左右降至0.025％以下；同時獲得鎂基鐵水爐外脫硫工藝成本24元／t—iron的結果，開創了小噸位(容量小于30t)、淺熔池(深度小于1.4m)使用鎂基脫硫劑對鐵水進行爐外脫硫的先河。工業試驗的工藝設計、關鍵設備(包括自控系統)的設計與制造及熱試車均由課題組自主完成，同時工業試驗所用脫硫劑生產技術也由課題組提供。該技術可以進行工程化運作。國家專利局已于1999年11月2日受理了該技術的專利申請，專利號為99122342x。 該技術可應用于煉鋼鐵水的脫硫和化鐵爐鑄造用鐵水的脫硫等領域。

隨著微電子行業等微型化科技的快速發展，薄膜材料得到廣泛應用。薄膜電池作為微型電源器件具有廣闊發展空間。薄膜材料對于硅基負極而言，其短程儲鋰深度和單向膨脹的優勢能夠有效克服硅基材料的本征導電率低和體積膨脹大的問題。開發無需粘結劑的硅基負極薄膜材料對于薄膜負極發展意義深遠。項目通過物理沉積方法，實現電極結構設計與導電型材料復合，改善硅基材料低導電率問題，優化硅基材料體積膨脹緩沖空間，從而完成無粘結劑硅基材料制備和倍率、循環等性能的提高。

在化工等行業存在既有強的酸堿腐蝕又有磨料磨損的工況，這些工況下常用的金屬材料很難同時具有抵抗腐蝕和磨損的能力，本成果將耐腐蝕性很好的樹脂與耐磨性很好的陶瓷顆粒復合，彌補了這一不足，這是本成果的特點之一。本成果的另一特點是用于局部磨損的大型工件的修復（如水輪機葉片），該工藝操作簡單，實施容易，可在現場進行。因此具有很好的應用前景。本成果技術創新在于陶瓷顆粒的

本項目是針對目前存在的顆粒增強鋁基復合材料進行的改進研究的成果。當前對于顆粒增強尤其是SiC顆粒增強鋁基復合材料的研究較多，制備方法多種多樣，但都存在孔隙率和含鐵量高及強度低的缺點。北京交通大學機械電子與控制工程學院材料成型研究室采用自行研發的真空雙攪拌技術有效的改進了材料的上述性能，制備出高質量的SiC顆粒增強鋁基復合材料，并在國家“863計劃”（高速客車用金屬基復合材料制動件的研究及應用）中得到應用。本課題組制備的顆粒增強鋁基復合材料的斷口照片和金相照片如下圖。   功能及用途: 本項目具有高的比強度、比剛度、低密度、優異的抗蠕變性與耐磨損性，具有良好的熱穩定性及可控制的熱膨脹系數等。本項目在航空、航天、軍工、鐵路、汽車、光學、電子、體育器械等領域中有著廣闊的應用前景。 主要技術指標: 鋁基復合材料的性能見下表。 鋁基復合材料力學性能 材料 sb/MPa s0.2/MPa d/% E/GPa 20vol.%SiC/A356 330 305 1.0 106 15vol.%SiC/A356 303 286 1.3 96 孔隙率：≤0.9％含鐵量：≤0.2％ 投入產出分析: 本項目生產所需的設備簡單，材料的制備工藝便于控制，制備費用低。以20vol.%SiC/A356材料為例加以說明。 主要材料的市場價格：A356 的市場價格按3萬元/噸，SiC顆粒的價格按2.5萬元/噸計算。 生產1噸20vol.%SiC/A356復合材料的成本約為（3×0.8+2.5×0.2）/0.7=4.2萬/噸，而1噸20vol.%SiC/A356復合材料的市場價格大約是15萬元，經濟效益明顯。 市場應用前景： 環保和節能已經成為當今各行業發展的主流。本項目的SiC顆粒增強鋁基復合材料是以工業上用的ZL101A為基體，以工業磨料SiC顆粒為增強體而制備的，制備成本較低，材料的價格大幅低于購買國外同類產品的價格；本項目較好的制備質量和力學性能使其能夠在航空、航天、軍工、鐵路、汽車、光學、電子、體育器械等領域中得到廣泛的應用。因此，使用本項目能夠取得良好的社會和經濟效益。