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热能工程实验室

成立背景


当今世界面临的两个主要问题是环境污染问题和化石能源的枯竭问题。环境污染问题是由于大量消耗以煤为主的化石能源和资源的粗放利用所带来的,而化石能源资源的日益枯竭,使寻找新的替代能源和解决环境问题已成为21世纪最为紧迫的任务。大力加强可再生能源和余热废热的开发与利用,是必要和不可缺少的,这有利于改变我国矿物能源储量不足、能源结构不合理、能源分布不均衡的现状,有利于减轻化石能源对环境的污染、减少温室气体排放,也有利于形成具有我国自主知识产权的能源科学理论与技术。新型能源技术和环保技术的开发可以创造巨大的经济和社会效益,可以创造就业机会,可以解决社会突出的能源、环境问题,极大促进地区和社会的可持续发展。

北京大学工学院在新能源系统开发与应用、热(冷、电)能综合高效利用、污泥干化、高效换热技术、能量存储材料与输运等方面都取得了突出的创新成果,在这些方面拥有国际一流的科研力量,先后承担了大量国家基础研究及工程技术开发任务,并取得了一大批具有国际先进水平的科研成果,培养了大批高端人才。为充分发挥北京大学工学院在热能工程及相关方面的学科优势,大幅提升企业产品技术附加值和核心竞争能力,全面服务于以包头为核心的能源环保行业,北京大学工学院于2012年12月在包头共建北京大学工学院工程技术研究院热能工程研究所。研究所瞄准当前世界的热点问题-能源利用与环境保护,面向传统化石能源和可再生能源的利用及在利用过程中的余热与废热问题,以当前的能源利用高新技术为依托,主要开展低品质能源开发利用,利用新型能源系统的开发来解决环境问题,力图在开发能源、利用资源和环境保护方面有开拓性的进展。

研究所的办所方针遵循面向应用、依托高新技术、服务经济社会发展的方针。以积极、务实、共赢、发展的工作理念开展工作。发展模式是以创新做驱动、以产业需求做引导。通过研究所的创立,旨在发展新型能源与环保领域系列实用技术,开发相关产品、工艺,实现新理论、新技术、新工艺的产业化,将创新的技术开发推向市场,创造巨大的经济与社会效益,创造就业机会,为和谐社会、为社会的可持续发展做出贡献。

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主要研究方向


热能工程研究所以工程应用技术研发为目标,确定了九个研究方向:

(1)低温废热发电技术研究 

通过研究新型功能性流体工质以及功能性流体的郎肯循环,实现从低温废热中提取热能发电。通过对系统集成的优化,能实现30%以上的废热利用效率。并根据废热资源的情况,压制各种级别低温废热发电系统。

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功能型流体朗肯热力学循环的p-h图 

(2) 污泥资源化利用技术研究

根据不同性质的污泥,研究温度、风速等参数对污泥干化的影响,得其干化曲线。通过干化曲线分析,研究污泥干化造粒设备和带式干化设备,使其能充分利用废热资源实现高效中低温污泥干化。根据不同企业污泥量的差别,研制出不同处理量级别的中低温污泥干化设备。对干化后的污泥,研究污泥焚烧技术与设备,对污泥减量的同时,实现污泥的资源化利用。

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       污泥干化热备示意图                                       污泥干化前后效果图

(3) 废热、余热回收技术研究

工厂和企业存在大量废热和余热,例如:热电厂、钢铁企业、印染企业的废水中存在大量的废热余热。根据废热/余热资源的不同,研究天然工质和功能性流体工质在热泵中的热力学循环性质以及热泵系统的结构优化技术,研制出不同功率、适应于不同温度废热的高效且能制取高温热水的新型热泵。并结合储能技术,实现废热、余热的高效回收利用。

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          天然工质h-T图                                   天然工质热废热回收泵示意图


研究实体


研究所下设3个中心,分别为废热资源化中心、污泥资源化处理中心以及系统集成中心,从事不同领域的技术开发和生产任务。

 废热资源化利用中心

该中心面向各类大型能耗企业,致力于企业运行过程中废热/余热资源的再利用,主要研究功能性流体工质和天然流体工质热泵等热回收技术、中低温储热与输运技术,并对废热回收系统和废热再利用系统进行整体优化。在废热资源的高效回收的同时,制取高温热源满足企业和民用需求,同时利用中低温储热技术,提高废热回收资源的使用广度与深度,实现企业和民用的节能、减排及能源高效利用。

 污泥资源化处理中心

该中心致力于污泥干化技术与干化后污泥资源利用的研究。根据不同污泥形态以及周边的热能资源,对污泥干化曲线等参数进行测试,结合周边热能资源设计、优化相应的干化系统,并根据实际需求情况,对干化后污泥设计污泥焚烧、污泥水泥窑协同处理等污泥资源化方案。

 系统集成中心

该中心致力于实际加工应用,可针对不同的用户需求,整合各个热利用系统,研制工艺参数,提供测试报告与优化方案,同时可以承接工程项目。


科研条件


热能工程研究所拥有多套太阳能集热器系统、热泵系统、中低温污泥干化实验样机等,并配备有相应的检测设备及软件,提供热能工程过程中的数据测试与分析。负责人及其领导的团队在太阳能热利用、废热高效利用、地热开发以及运用这些技术解决城市、地区可持续发展方面有丰富的经验,而且先后成功地主持开发了系列低温太阳能热水器、工业废水热泵利用工艺、CO2商用热泵机组及装备、耐高压太阳能集热管制作工艺、中低温废热污泥干化处理等技术,和国际此领域的公司有着长期良好的交流与合作,充分满足热能工程众多领域内的技术研究、设备研发和应用需求。


科研团队


热能工程研究所由北京大学工学院张信荣教授担任学术所长,拥有一支10多名知名院校相关专业博士后、博士等高端人才组成的技术骨干。研究所科研人员具有非常深厚的理论知识和丰富的工程项目经验,博士以上学历比例高达65%,研究所的人才实力居国内同行前列。