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气液分离技术的研究现状论文

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气液分离技术的研究现状论文

膜分离技术综述一 膜分离技术是近三十多年来发展起来的高新技术,是多学科交*的产物,亦是化学工程学科发展新的增长点。它与传统的分离方法比较,具有如下明显的优点:1.高效:由于膜具有选择性,它能有选择性地透过某些物质,而阻挡另一些物质的透过。选择合适的膜,可以有效地进行物质的分离,提纯和浓缩;2.节能:多数膜分离过程在常温下*作,被分离物质不发生相变, 是一种低能耗,低成本的单元*作;3.过程简单、容易*作和控制;4.不污染环境。二.膜分离技术简介 1.分离膜的种类:膜是膜技术的核心,膜材料的性质和化学结构对膜分离性能起着决定性的影响。膜的种类很多,其中按材料分有高分子膜、金属膜、无机膜。高分子膜用途最广,其所使用的材料见后面附件Ⅰ。按结构分有七类:(1)均质膜或致密膜,为结构均匀的致密薄膜,见附件Ⅱ图1。(2)对称微孔膜,平均孔径为0.02~10。按成膜方法不同,有三种类型的微孔膜,即核孔膜、控制拉伸膜和海绵状结构膜(见附件Ⅱ图2、图3、图4)。(3)非对称膜。(见附件Ⅱ图5),膜断面为不对称结构,是工业上应用最多的膜。(4)复合膜,如图6。在多孔膜表面加涂另一种材料的致密复合层。(5)离子交换膜(6)荷电膜(7)液膜、包括支撑液膜和乳状液膜2.膜分离设备(组件)板框式,见图8,结构类似板框式压滤机。卷式,见图9,结构类似出螺旋板换热器。管式,见图10,结构类似列管式换热器。中空纤维式,图11,结构类似列管式换热器,由几千根甚至几百万根中空纤维组成。3.膜分离过程 膜分离过程是以选择性透过膜为分离介质,当膜两侧存在某种推动力(如压力差、浓度差、电位差、温度差等)时,原料侧组分选择性地透过膜,以达到分离,提纯的目的。不同的膜过程使用不同的膜,推动力也不同。目前已经工业化应用的膜分离过程有微滤(MF)、超滤(UF)、反渗透(RO)、渗析(D)、电渗析(ED)、气体分离(GS)、渗透汽化(PV)、乳化液膜(ELM)等八种。 反渗透、超滤、微滤、电渗析这四大过程在技术上已经相当成熟,已有大规模的工业应用,形成了相当规模的产业,有许多商品化的产品可供不同用途使用。 气体分离和渗透汽化是正在发展中的技术。其中气体分离相对较为成熟一些。目前已有工业规模的气体分离体系是, 空气中氧和氮的分离;合成氨厂中氨、氮、甲烷混合气中氢的分离;天然气中二氧化碳与甲烷的分离。渗透汽化是这些膜过程中唯一有相变的过程,在组件和过程设计中均有特殊的地方。它主要用于有机物/水,水/有机物,有机物/有机物分离,是最有希望取代某些高能耗的精馏技术的膜过程。80年代中期进入工业化应用阶段。 除了以上八种已工业应用的膜分离过程外,还有许多正在开发研究中的新膜过程,它们是膜萃取、膜蒸馏、双极性膜电渗析、膜分相、膜吸收、膜反应、膜控制释放、膜生物传感器等。这些膜过程目前尚处在小型试验和中试阶段。五.目前基础研究的前沿课题1.以水处理为主的膜材料及膜研究大通量、高表面积的反渗透膜研究 截留分子量低于1000, 高于100万的超滤膜及透过机理; 抗污染膜制造孔径从0.1m到75m 微孔膜系列化研究 界面缩聚法制备纳滤膜活性层的方法 2. 大通量高选择性气体分离膜研究二氧化碳分离 有机废气(VOCS)处理 3. 渗透汽化膜从水中分离有机物的高选择性膜研究 有机物/有机物分离膜研究 4. 无机膜超薄化, 超微孔化复合膜研究; 多组分复合膜研究 电导移动膜研究 无机与有机材料接枝膜 5. 膜催化反应器的传质、传热模型6. 膜过程在环境保护及治理、水资源再生、燃料电池隔膜的理论和应用研究7.膜中的分子模拟

化工分离技术是通过采用化工设备的专有作用,对相应的化合物质利用其表现出来的物理特性和化学特性对整体化合物就行有效分离的一个技术,下面是由我整理的化工分离技术论文,谢谢你的阅读。

化工分离技术新技术研究与进展

[摘 要]本文主要从现今化工分离技术的应用范围和化工分离技术的新进展方向进行分析,并结合市场社会的要求,对化工分离技术的成本要求进行评价,并最终以活性炭纤维(ACF)投入市场应用的例子来阐明化工分离技术新技术的具体应用。

[关键词]化工分离技术;新技术;应用前景

中图分类号:TQ028 文献标识码:A 文章 编号:1009-914X(2014)20-0380-01

化工分离技术是通过采用化工设备的专有作用,对相应的化合物质利用其表现出来的物理特性和化学特性对整体化合物就行有效分离的一个技术,是化工研究整体的一个重要分支,在所有的化工生产中,化工分离这一技术都贯穿在整个的生产过程中。从化工分离技术的发展历史来看,化工分离技术逐渐原来的单一理论研究逐渐转变为理论和实践的有效结合,并在能源、生物、环境等领域进行切实有效的化工分离技术实践,把理论知识利用到现实生活中,方便人们的生活和工作效率的提高。而在此基础上,化工分离技术又产生了新的分离技术方式,可以运用于更多的领域,这种更大程度上的化工分离技术的普及使得化工分离技术的发展逐渐变得成熟。

一、现今化工分离技术新技术的应用范围

1、环境保护工程

随着人类社会发展的原来越成熟和科技运用的越来越普及,人们的生活水平得到了极大的提升,但环境污染的现实情况却是很让人担忧。各种废水及其他污染物的肆意排放使得人们的生活环境质量不断下降,甚至因为有些废气、废水的慢性污染,人们还会因此患上一些不治之症。例如上世纪很有名的日本水俣病。从化工分离的角度来看,在很多工业制造过程中排出的各种废气、废水并不是别无它用的,无论是硫化物质或者二氧化碳,还是其他具有放射性的废物,如果采用合理地化工分离处理 方法 都能得到很好的回收利用。这样就能使得废物在减少环境污染的同时能够进行工业生产的再循环利用,而不像生化处理或肆意排放那样的简单处理方法,无论是对人还是对环境都没有任何有效利用价值。

2、能源资源利用

能源供给是现如今我们生存发展的必需之物,没有了能源的供给,我们人类就不能生存,企业也无法生存,可以说能源的合理利用是国家和社会优良发展的基础,利用的好,节能减排;利用的不好,对整个社会各个方面的影响都是巨大的。综合来看,如今的能源主要以石油、天然气、煤炭为主,而随着化工技术的发展,相关石油产物如塑料等乙烯合成物都普及出现在了我们的生活中。因为这些资源都是不可再生的,所以我们必须要对其化学分离过程进行进一步的节能降耗,充分利用现有资源。

3、生物制药

生物制药技术是一种伴随上世纪70年代出现的DNA重组等新生物技术诞生而出现的一种高新技术,它的发展必须有效的依靠化工分离技术来高效、纯净地提取生物的活性。同时,也对化工分离技术中分离剂、分离设备和分离技术的革新也提出了新的要求。生物制药技术和化工分离技术之间是相互影响的关系,人们对生物制药技术的需求,必须要在很大程度上以来化工分离技术的发展,这样才能在保证生物活性的过程中提升生物制药技术的发展。

二、化工分离技术新技术开发现状

1、结晶分离

对于结晶分离,传统的化工分离都是采用冷冻、浓缩等方式,在这种方式下,由于效率低、需求大,所以能耗效率显得非常不客观。而根据目前最新的化工结晶分离技术,萃取、高压和融合的方式都能有效的代替原有的冷冻、浓缩等传统方式。

在萃取分离下,利用沸点等物理性质相近的混合物,把要提取的物质用萃取的方式提取出来。对于萃取这个分离技术来说,不论是有机物还是无机物,都可以用这种方法。

在高压分离下,因为压力的上升,物质本身的熔点就会下降,结晶就会不断形成,而在此过程中,由于液相杂质的浓度上升,相变压力也会不断上升,在共晶压力下,排出母液减压蒸发,就能得到分离的结晶物质。

2、膜分离

膜分离技术主要是根据特定膜的渗透作用,利用外界的压力,对气相或液相的混合物进行分离、分级、提纯和富集。对于膜分离技术来说,其所需的成本较小,相应的污染排放也较小,适合大面积的开发利用。而膜分离技术具体细分,又可以分为离子膜技术、气体分离膜技术、膜萃取技术、膜蒸馏技术、微滤膜技术等。比如,在离子膜技术中,因为节能效果显著,所以在很大程度上可以取代传统的隔膜法生产烧碱。这种技术同样也可以应用于医疗和食品工业及海水淡化工程。

3、变压吸附分离

变压吸附主要用于气体的分离,在混合气体中用特定的吸附剂对特定的气体细分能力的差异进行分离。这种方法适用范围广泛,操作流程相对简单,在对气体的分离中起到了很好的效果。比如,从天然气中净化甲烷或者从一氧化碳的混合气体中制取一氧化碳等,变压吸附分离的方法都能很好的对目标气体进行分离,这种利用特定吸附剂的相对便捷的方法使得其展现的节能效果和经济效益都十分可观。

4、化工分离新技术与现实冲突

化工方法的创新发展给这个技术领域的人们都带来了领域的前景,但是一项技术是否成熟,其最终标志不是它有多优秀、多高端,而是是否能以相对较低的成本进行市场的普及应用。新兴的化工分离技术的确在很多化工分离实例方面都展现了他们的优越,但是有的新技术所需要的高成本并不是每个企业都能够承受的,相对应企业的高成本,产品流通到消费者手上的时候,其中的高价格顾客是否能接受也是一个存在的风险。

在考虑化工分离技术革新的同时,必须要以成本低廉、步骤简单的思想为前提,若不能达到此要求,即使化工分离技术再优秀,都只能利用在很少的范围内,不能真正的将这种技术普及于社会,做到促进社会的发展进步。所以,化工分离技术在革新的同时,必须要考虑成本的因素,要在低成本的前提下进行科技创新,把新技术普及应用放在创新的首位,真正做到技术服务于大众。

三、以活性炭纤维吸附家装有毒气体为例阐述化工分离技术新技术的实际利用情况

活性炭是种新型高效吸附材料,与传统的粒状活性炭相比,具有吸附能力强、速度快的特点。而且,由于活性炭纤维是粒状体,不易粉碎而造成不必要的污染,所以对于家装等污染物质的吸附有很好的效果。在家庭装修的过程中,由于各种装修材料的使用,会有各种各样的有毒金属气体的产生,而活性炭纤维(ACF)对金属离子有很好的吸附效果,可分离出空气里混合的有毒气体并进行吸附,净化空气。在ACF的吸附过程中,会将高价的金属离子还原为低价的金属离子,如Au3+、Ag+、Pt+、Hg2+、Fe3+分别还原成Au、Ag、Pt2+或者Pt、Hg+、Fe2+,而且在大多数的氧化还原反应中,吸附量会大大提高。Au3+和Hg2+的还原吸附量分别为1200―2000mg/g和600―800mg/g。

综合来看,化工分离技术新技术的研究成果逐渐得到拓展,从原来的单一理论研究逐渐转变为理论和实践的有效结合,并在能源、生物、环境等领域进行切实有效的化工分离技术新技术实践,把理论知识利用到现实生活中,方便相关工作效率的提高,这在更大程度上使得化工分离技术的创新发展逐渐变得成熟。

参考文献

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[2] 徐智策.张雪梅.张志艳.黄永茂.化工分离过程节能的现状与发展[J]. 江苏化工.2008年第6期

[3] 朱家文.纪利俊.房鼎业.化工分离工程与高新科技发展[J].化学工业与工程技术.200年第21卷第2期

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···莱特··莱德···膜是具有选择性分离功能的材料。利用膜的选择性分离实现料液的不同组分的分离、纯化、浓缩的过程称作膜分离。膜分离与传统过滤的不同在于,膜可以在分子范围内进行分离,并且这过程是一种物理过程,不需发生相的变化和添加助剂。膜的孔径一般为微米级,依据其孔径的不同(或称为截留分子量),可将膜分为微滤膜(MF)、超滤膜(UF)、纳滤膜(NF)和反渗透膜(RO)等;根据材料的不同,可分为无机膜和有机膜:无机膜主要还只有微滤级别的膜,主要是陶瓷膜和金属膜,有机膜是由高分子材料做成的,如醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚氟聚合物等等。膜分离都采用错流过滤方式。膜分离是一门新兴的跨学科的高新技术。膜的材料涉及无机化学和高分子化学;膜的制备、分离过程的特征、传递性质和传递机理属于物理化学和数学研究范畴;膜分离过程中涉及的流体力学、传热、传质、化工动力学以及工艺过程的设计,主要属于化学工程研究范畴;从膜分离主要应用的领域来看,还涉及生物学、医学以及与食品、石油化工、环境保护等行业相关的学科。膜分离过程已成为工业上气体分离、水溶液分离、化学品和生化产品的分离与纯化的重要过程。广泛应用于食品、饮料加工过程、工业污水处理、大规模空气分离、湿法冶金技术、气体和液体燃料的生产以及石油化工制品生产等。膜从广义上可以定义为两相之间的一个不连续区间。这个区间的三维量度中的一度和其余两度相比要小的多。膜一般很薄,厚度从几微米、几十微米至几百微米之间,而长度和宽度要以米来计量。膜可以是固相,液相,甚至是气相的。用各种天然或人工材料制造出来的膜品种繁多,在物理、化学和生物性质上呈现出多样的特性。膜可以对双组分或多组分体系进行分离,分级,提纯或浓缩。大部分的分离膜都是固体膜,其中尤以有机高分子聚合物材质制成的膜及其分离过程为主。但仍有待发展。气体在理论上可以构成分离膜,但研究它的人很少。物质选择透过膜的能力可分为两类:一种是借助外界能量,物质发生由低位向高位的流动;另一种是以化学位差为推动力,物质发生由高位向地位的流动。

高温空气燃烧技术的研究现状论文

柴油发动机是燃烧柴油来获取能量释放的发动机。我为大家整理的柴油发动机新技术论文,希望你们喜欢。 柴油发动机新技术论文篇一 柴油发动机燃烧技术及汽车新能源 摘要:汽车无疑是21世纪发展最为迅速,对人类影响最大的机械。近几十年来,面对地球能源的日益短缺和环境保护的严重形势,人们对车用发动机的燃油经济性更加重视,节能减排受到广泛关注。本文针对近年来柴油发动机燃烧技术以及其他汽车替代燃料的新能源开发应用进行了介绍和评论。最后对柴油发动机燃烧新技术的今后发展进行了展望,指出了汽车科技在21世纪的发展方向,即改善燃烧技术并且研发应用新能源。 关键词:柴油发动机 燃烧技术 燃料 新能源 0 引言 随着机动车保有量的迅速增加,全球石油能源临近枯竭。同时,排放法规日益严格,要求大幅降低汽车尾气中NOx和PM等排放。因此,燃油的经济性、节能减排受到广泛关注。改善燃烧技术,研发汽车新能源渐渐成为一项重要的课题。 汽车的动力来源于发动机气缸内燃料燃烧所放出的热能。传统的汽车发动机根据所用燃料种类区分,可分为柴油发动机和汽油发动机。近年来,由于世界能源短缺和环保低碳的要求,人们开始开发新型清洁燃料,如甲醇、乙醇、液化石油气(LPG)、压缩天然气(CNG)等。现在又大力开发混合动力汽车、电池电动汽车、电容电动汽车和太阳能汽车等。 1 柴油发动机燃烧技术 柴油机汽车因压缩比高,燃油消耗平均比汽油机汽车低30%左右,所以燃油经济性较好、热效率较高。但是传统的柴油机燃烧过程,是采用高压喷射将燃油喷入气缸,形成混合气,并借缸空气的高温自行发火燃烧。如果燃烧不充分,极易产生NOx 、PM。随着排放标准的提高,政府对节约能源与减少排放日益重视。为达到排放法规和降低油耗的要求,应该加强新的燃烧方式的探索,开发出高性能低成本的先进柴油机。近些年应运而生的先进的燃烧技术有:均质充量压缩点燃(HCCI)和低温燃烧(LTC)等。他们与传统的燃烧模式相比有很多自身的优势,有足够的提高效率和降低排放的潜力,但还需要进一步的深入讨论和完善。 1.1 均质充量压缩着火(HCCI)燃烧 自20世纪70年代末,均质充量压缩着火(HCCI)燃烧这一新概念被报道,国际上学术界和工业界一直高度重视这一燃烧技术,是世界内燃机燃烧研究领域中的热点之一。 均质充量压缩着火燃烧,就是柴油机在着火前像汽油机那样形成均质混合气,消除扩散燃烧,采用较高压缩比,压缩可控着火,实现近似等压燃烧;同时要具有良好的化学反应动力学效应,实现低温火焰快速燃烧,燃烧持续期短,燃烧效率高,可以同时保持较高的动力性和燃油经济性,达到高效、低污染的目标。与传统的点燃式发动机相比,它取消了节气门,泵气损失小,混合气多点同时着火,燃烧持续期短,可以得到与压燃式发动机相当的较高的热效率;与传统柴油机相比,由于混合气是均质的,有效的解决了传统均质稀混合气燃烧速度慢的缺点,燃烧反应几乎是同步进行,没有火焰前锋面,燃烧火焰温度低,可以同时降低NOx 和PM排放。另外,实施HCCI燃烧模式可以简化发动机燃烧系统和喷油系统的设计。因为HCCI燃烧的着火和燃烧速率只受燃料氧化反应的化学反应动力学控制,受缸内流场影响较小,同时均质预混的混合气组织也比较简单。HCCI的优点还包括它的燃料灵活性高,它能使用包括汽油、柴油、天然气、液化石油气(LPG)、甲醇、乙醇、二甲醚以及混合燃料等多种燃料。 HCCI这一燃烧方式具有重要的理论意义和广阔的应用前景。目前已在化学反应动力学机理、燃烧控制、负荷拓展等多个方面有了很大的进步。不过,业内多数研究机构认为该技术成熟至少应在2015年后,要想实用化在还技术上还存在很多弊端。这些弊端主要包括:均质混合气的制备;CO和HC排放的降低;低负荷下的燃烧不稳定和失火;高负荷下的燃烧粗暴;着火相位和燃烧速率的控制等。 1.2 低温扩散燃烧 对于柴油机来说,燃烧技术的关键是同时降低微粒和 NOx 排放,基本思想是加速燃油与空气混合,尽量燃烧“均匀”混合气,同时还需要降低燃烧温度,实现“低温”燃烧。柴油机低温燃烧,就是控制缸内燃烧温度低于NOx和碳烟的生成温度,从而有效降低NOx和碳烟排放。均质充量压缩着火(HCCI)燃烧属于低温燃烧,另一种低温燃烧技术是低温扩散燃烧。 与均质充量压缩着火(HCCI)燃烧不同,低温扩散燃烧的着火仍是由燃油喷射来控制。着火时,缸内存在燃空当量比大于1的区域,因此也就存在扩散火焰,燃烧速率受控于燃油空气混合速率,其较低的燃烧温度是通过采用相当大的冷却EGR率、低压缩比以及推迟喷射定时等措施来实现的。 1.3 富氧燃烧技术 发动机气缸内燃料的燃烧是靠空气中的氧气来助燃的, 因此改善发动机燃烧技术可以从进入发动机气缸助燃的空气入手。发动机富氧燃烧就是用比通常空气(含氧21%)含氧浓度高的富氧空气为发动机进气的燃烧。富氧燃烧可增加发动机的功率密度,提高柴油机的动力性和经济性,降低碳烟、CO和HC的排放,它是一项高效节能的燃烧技术。 早在 20世纪60年代末Karim等就已经开始了对柴油机富氧进气燃烧的研究[2]。我国于80年代中期开始富氧技术的研究。从20世纪90年代开始,通过研究人员的大量研究,富氧燃烧技术取得了一系列实质性进展。 由于富氧燃烧提高了柴油机的燃烧速率,优化了燃烧过程,提高了燃料能量释放率,所以使柴油机具有更好的动力性和经济性。富氧燃烧降低了碳烟、CO和HC的排放, 却增加了NO的排放。近年来研究人员提出了更为先进的燃烧技术――膜法富氧燃烧, 膜法富氧技术其基本原理主要是扩散和溶解,利用供应的气体分离膜两边的压力差以及各气体组分对于特定高分子膜的相对通过率不一样,而实现渗透和分离,获得某种高浓度气体[3]。 对于柴油发动机来说,膜法富氧不但可以提高发动机动力性能,最重要的是能够降低NOx和碳烟,达到降低排放的目的。膜法富氧技术被称为“资源的创造性技术”。 1.4 当量比燃烧 最近几年,为了适应更加苛刻的环保法规,柴油机产品上都使用了尾气后处理器,使柴油机的成本增加,也降低了可靠性。为降低后处理成本,Reitz等人[4]-[6]开展了柴油机当量比燃烧的研究,以便使用三元催化器。在一台单缸机上进行了试验。研究发现,在一定条件下,柴油机当量比燃烧可以实现极低的NOx和碳烟排放,二者都在0.2g/(kWh)以下。柴油机当量比燃烧研究的开展是最近几年才开始的,已经显示出很好的低NOX和PM排放性能。如果能够改善经济性,当量比燃烧在柴油机上的应用奖充满期望。 2 汽车新能源 随着汽车工业的不断发展,柴油、汽油等燃料的需求也越来越大,导致的最直接的后果就是石油日益枯竭,柴油、汽油等价格上涨。同时汽车尾气污染也日趋严重,在不可再生能源的日益枯竭和价格的不断上涨以及环保要求的双重压力下,寻找新能源将是今后汽车行业的主要任务。 2.1 燃气汽车 燃气汽车主要有液化石油气汽车和压缩天然气汽车。燃气汽车由于其排放性能好,运行成本低、技术成熟、安全可靠,被世界各国公认为当前最理想的替代品。天然气作为一种储量丰富干净可靠的清洁燃料,兼备汽油柴油的优点,具有抗爆性好、自燃温度高、排放特性好等特点,非常适合作为内燃机的代用燃料使用。与柴油相比,颗粒物和NOx排放非常少,而与汽油相比,HC、NOx和CO2排放较少。因此,加强对燃气汽车的研究,对缓解石油能源危机,改善环境具有重要意义,对于保障国民经济的持续发展也具有重大的战略意义。 2.2 电动汽车 电动汽车是指以车载电源为动力,用电机驱动车轮行驶,符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。电动汽车最大的优点是只要有电力供应的地方都能够充电。但是蓄电池单位重量储存的能量太少,还因电动车的电池较贵,又没形成经济规模,故购买价格较贵。目前电动汽车上应用最广泛的电源是铅酸蓄电池,但随着电动汽车技术的发展,铅酸蓄电池由于比能量较低,充电速度较慢,寿命较短,逐渐被其他蓄电池所取代。正在发展的电源主要有镍镉电池、钠硫电池、燃料电池、锂电池、飞轮电池等,这些新型电源的应用对环境影响相对传统汽车较小,其前景被广泛看好,但当前技术尚不成熟。 2.3 混合动力汽车 混合动力是指在原有的汽油发动机和柴油发动机基础上,同时配以电动机来改善低速动力输出和燃油消耗的车型。混合动力主要以发动机驱动行驶,利用电动马达所具有的再启动时产生强大动力的特征,在汽车起步、加速等发动机燃油消耗较大时,用电动马达辅助驱动的方式来降低发动机的油耗。混合动力汽车最大的优点就是“零”排放,而且采用混合动力后可按平均需用的功率来确定内燃机的最大功率。 2.4 甲醇HCCI燃烧 均质压燃的燃烧方式本身具有热效率高、NOx 排放低和几乎零PM排放的优点。甲醇来源广泛,着火界限宽,其气化速度快和易于形成混合气的特点,能更好地适应HCCI稀薄燃烧及分布式多点着火的工作方式。具有较高的抗爆性能,可以提高发动机的压缩比和热效率。将HCCI燃烧技术运用到甲醇车用发机上可满足节能减排的要求,但是目前还未能满足实际运用的要求,如对甲醇发动机HCCI燃烧过程的进行控制、拓展其负荷范围的方法等。 由此可见,汽车科技在21世纪的发展方向就是改善燃烧技术并且研发应用新能源。在大力改善燃烧技术的同时,积极降低替代燃料的生产成本、使用价格,使新能源发展为汽车产业的可持续发展带来光明的前景。 参考文献: [1]Karim G A.Ward G.The examination of the cnmhustion processes in a compression-ignition engine by changing the partial pressure of oxygen in the intake charge[C].SAE Paper 680767. [2]李胜琴,关强,张文会等.汽油发动机富氧燃烧分析[J].内燃机,2007(1):51-52. [3]SangsukLee,ManuelA.GonzalezD.andRolfD.Re-itz.Stoichi-ometriccombustioninaHSDIdieselenginetoallowuseofathree-wayexhaustcatalyst[C].SAE Paper 2006-01-1148. [4]Lee,S.,GonzalezD.,M.A.,Reitz,R.D.Effectsofengineoperatingparametersonnearstoichiometricdieselcombustioncharacteristics[C].SAE Paper 2007-01-0121. [5]Chase,S.,Nevin,R.,Winsor,R.,Baumgard,K.,StoichiometricCompressionIgnition(SCI)Engine[C].SAE Paper2007-01-4224. [6]黄喜鸣.浅谈汽油机稀燃层燃技术[J].装备制造技术,2006(4):174-175. 柴油发动机新技术论文篇二 现代柴油发动机节能减排新技术 摘要:文章主要对传统柴油发动机与汽油发动机的优缺点、现状及存在的问题进行了分析和阐述,从高压电控共轨技术、冷却式EGR技术等几方面介绍了现代柴油机为了更好地适应社会发展所采用的一系列节能减排的新技术,以提高柴油机的综合性能。 关键词:柴油机;节能减排;冷却式EGR技术;高压电控共轨技术 中图分类号:U464 文献标识码:A 文章编号:1009-2374(2012)20-0135-03 近几年来,随着发达国家柴油轿车在全部轿车中所占份额的不断增加,电控汽车柴油机开始异军突起,技术也有所突破,特别是出现了改变传统燃油喷射系统的组成和结构特征的高压共轨系统,并且为了符合国际的排放标准及节能标准出现了各种各样 的节能减排技术,使得柴油机的发展越来越好。 1柴油发动机的优缺点 1.1 柴油机的优点 柴油机与汽油机相比,主要有三大优点: (1)扭矩大。相同排量下,柴油机力气更大,扭矩更大。 (2)省油。首先柴油的能量密度含量比汽油高;其次柴油机的热效率高。一般柴油机的油耗要比汽油机的低30%~40%。 (3)环保。由于柴油机的富氧燃烧,所以柴油机的CO、HC和CO2排量相对于汽油机较低。 1.2 柴油机存在的问题 柴油机的性能虽然在很多方面比汽油机更有优势,但是也存在着很多关键性的问题需要解决。 (1)尾气排放问题。虽然较汽油机来说,柴油机的CO、HC和CO2排量较低,但是颗粒和NOX的排放比较难控制。 (2)油耗问题。虽然柴油机的油耗要比汽油机的低,但是为了实现社会发展的需要,进一步降低油耗也成为柴油发动机所要克服的问题之一。 (3)升功率问题。柴油发动机本身的质量和体积也影响了其各方面的性能,所以为了使得柴油机进一步得到社会的认可,如何提高柴油发动机的升功率也成为了柴油机发展过程中的问题。 (4)比质量问题。柴油机由于采用压燃的方式,所以其材料要求较高,且其压缩比较大,也使得 柴油机相对于汽油机在同等排量的情况下其质量较大。 2现代柴油机新技术 2.1高压电控共轨技术 高压电控共轨式燃油喷射系统的出现,基本上改变了传统柴油机燃油喷射系统的组成和结构特征。高压电控共轨系统的最大特征就是燃油压力的形成和燃油量的计量在时间上、在系统中的部位和功能方面都是分开的。燃油压力的形成和燃油量的输送基本上与喷油过程无关。根据电控单元的指令控制每个喷油器,使得每个喷油器可按所要求的精确的喷油正式从共轨中“调出”具有所要求的精确压力和精确循环的燃油。改善了燃烧过程,提高了燃烧效率,降低了燃烧噪声和排放。该项技术已普遍在柴油车上使用。 2.2 冷却式EGR技术 采用冷却式EGR系统,在EGR气体流动管上安装冷却装置,当EGR气体进入进气管前先降低其温度,故燃烧温度比一般的EGR系统明显降低,且因进气密度高,进入燃烧室的气体量多,使得燃烧更完全,故也可减少PM的排放。 2.3均质燃烧技术(HCCI) 在均质燃烧方式下,柴油和空气在燃烧开始前已充分混合,形成均质预混合气。混合气被活塞压缩并发生自燃,并呈分布均匀、稀混合的低温、快速燃烧,从根本上消除了产生NOx的局部高温区和产生PM的过浓混合区,从而能大大降低NOx和PM的排放。 2.4NOx排放控制技术 (1)AR(吸附还原催化剂)。在稀燃阶段将NOx吸附储存起来,而在短暂的富燃阶段,NOx释放并被排气中的HC还原。 (2)SCR催化转化器。它是一种剂量系统,系统将还原剂(尿素)导入排气中,混合后再经过催化,可减少NOx的排放。 (3)NSCR。它是在去氮催化器中,用碳氢化合物作还原剂,将废气中的NO3还原。 (4)采用碳素纤维加载低电压技术。碳素纤维具有催化活性,能促进废气中的NO与C或HC进行氧化还原反应,随着电压的升高,可使NOx排放明显降低。 2.5颗粒排放控制技术 (1)颗粒捕捉器。颗粒(PM)是柴油机尾气主要成分之一,对人体的危害也非常大。颗粒捕捉器能够将尾气中的颗粒物过滤掉,可以达到90%以上的净化效果。 (2)氧化催化器。氧化催化器是利用催化器中的催化剂来降低废气中的HC、CO和颗粒中的可溶有机成分的活化性能,使这些成分能与废气中的O2在较低的温度下发生反应,从而降低柴油机的有害物质排放量。 2.6多气门技术 多气门发动机是指每一个气缸的气门数目超过两个,即两个进气门和一个排气门的三气门式;两个进气门和两个排气门的四气门式;三个进气门和两个排气门的五气门式。气门布置在气缸燃烧室中心两侧倾斜的位置上,是为了尽量扩大气门头的直径,加大气流通过面积,改善换气性能,形成一个火花塞位于中心的紧凑型燃烧室,有利于混合气的迅速燃烧,提高柴油机的经济性。 2.7增压中冷技术 增压就是增加进入柴油机汽缸内的空气密度,中冷则是将压缩后的空气的温度降低。最终是提高进入气缸内的空气量,能够在不改变发动机排量的基础上提高柴油机输出功率,降低其升功率。 2.8轻质量设计技术 在柴油机设计上,由于轻质量技术的应用以及材料和制造水平的提高,使得柴油机的比质量也有所下降,由汽油机派生出来的柴油机总质量约为汽油机的110%。 3柴油机技术发展趋势 从当今世界各主要汽车与发动机公司开发的新一代柴油机的技术变化看来,尽管柴油机各有特点,但大体上反映了以下发展趋势: 3.1优化结构设计 优化结构设计,减少摩擦与附件功率损失,提高机械效率。柴油机的有效效率等于指示效率与机械效率的乘积,因此,柴油机的燃油消耗率也直接受到机械效率的影响,国外在致力于完善缸内工作过程的同时,也十分重视减少摩擦损失和提高机械效率的研究。此外,以德国MTU公司为代表的可变排量技术也是一种有效手段。 3.2发展各种代用燃料 代用燃料大多是二次能源,常用的有植物油、天然气、醇类燃料、氢和燃料电池等。各种代用燃料一般都有降低环境污染的效果,并且都有较为可靠的来源。 3.3降污的柴油添加剂 研究节能降污的柴油添加剂,改善燃料的燃烧性能,对已投入使用的车辆来说,是较佳的技术处理方法之一。 4结语 先进柴油机技术的应用使柴油机的综合性能有了极大的提高,因此柴油机在市场上的占有量正逐步提高。特别是在欧洲,柴油轿车的销售量已占轿车总销量的1/3以上,并且这一数字仍在不断增长。在我国,先进技术的柴油机汽车将得到广泛的采用。 参考文献 [1]何林华.车用柴油发动机的发展趋势[J].客车技术与研究, 2004,(3). [2]李棠, 李理光.柴油机HCCI燃烧的均质混合气制备 [J].汽车技术,2004,(5). [3]周玉明. 减少柴油机NOx排放的机外措施[J].柴油机,2001,(1). [4]邓元望,朱梅林,向东.柴油机微粒排放控制方法评述 [J].柴油机,2001,(5). [5]廖梓珺, 陈国需, 陈淑莲.柴油机排放控制技术的研究进展[J]. 拖拉机与农用运输车,2009,(5). 作者简介:王晓慧,女,浙江工贸职业技术学院助理讲师,硕士,研究方向:载运工具运用工程。 看了“柴油发动机新技术论文”的人还看: 1. 柴油机新技术论文 2. 柴油机共轨新技术论文 3. 电力机车新技术论文 4. 农业机械技术论文 5. 关于机械化的论文

燃煤二氧化硫排放污染防治技术政策 1 总则 1.1 我国目前燃煤二氧化硫排放量占二氧化硫排放总量的90% 以上,为推动能源合理利用、 经济结构调整和产业升级,控制燃煤造成的二氧化硫大量排放,遏制酸沉降污染恶化趋势,防 治城市空气污染,根据《中华人民共和国大气污染防治法》以及《国民经济和社会发展第十个五 年计划纲要》的有关要求,并结合相关法规、政策和标准,制定本技术政策。 1.2 本技术政策是为实现2005年全国二氧化硫排放量在2000年基础上削减10% ,“两控 区”二氧化硫排放量减少20%,改善城市环境空气质量的控制目标提供技术支持和导向。 1.3 本技术政策适用于煤炭开采和加工、煤炭燃烧、烟气脱硫设施建设和相关技术装备的开 发应用,并作为企业建设和政府主管部门管理的技术依据。 1.4 本技术政策控制的主要污染源是燃煤电厂锅炉、工业锅炉和窑炉以及对局地环境污染有 显著影响的其他燃煤设施。重点区域是“两控区”,及对“两控区”酸雨的产生有较大影响的周 边省、市和地区。 1.5 本技术政策的总原则是:推行节约并合理使用能源、提高煤炭质量、高效低污染燃烧以及 末端治理相结合的综合防治措施,根据技术的经济可行性,严格二氧化硫排放污染控制要求, 减少二氧化硫排放。 1.6 本技术政策的技术路线是:电厂锅炉、大型工业锅炉和窑炉使用中、高硫份燃煤的,应安 装烟气脱硫设施;中小型工业锅炉和炉窑,应优先使用优质低硫煤、洗选煤等低污染燃料或其 它清洁能源;城市民用炉灶鼓励使用电、燃气等清洁能源或固硫型煤替代原煤散烧。 2 能源合理利用 2.1 鼓励可再生能源和清洁能源的开发利用,逐步改善和优化能源结构。 2.2 通过产业和产品结构调整,逐步淘汰落后工艺和产品,关闭或改造布局不合理、污染严重 的小企业;鼓励工业企业进行节能技术改造,采用先进洁净煤技术,提高能源利用效率。 2.3 逐步提高城市用电、燃气等清洁能源比例,清洁能源应优先供应民用燃烧设施和小型工 业燃烧设施。 2.4 城镇应统筹规划,多种方式解决热源,鼓励发展地热、电热膜供暖等采暖方式;城市市区 应发展集中供热和以热定电的热电联产,替代热网区内的分散小锅炉;热网区外和未进行集中 供热的城市地区,不应新建产热量在2.8 MW 以下的燃煤锅炉。 2.5 城镇民用炊事炉灶、茶浴炉以及产热量在O.7 MW 以下采暖炉应禁止燃用原煤,提倡使 用电、燃气等清洁能源或固硫型煤等低污染燃料,并应同时配套高效炉具。 2.6 逐步提高煤炭转化为电力的比例,鼓励建设坑口电厂并配套高效脱硫设施,变输煤为 输电。 2.7 到2003年,基本关停50 MW 以下(含50 MW)的常规燃煤机组;到2010年,逐步淘汰不 能满足环保要求的100 MW 以下的燃煤发电机组(综合利用电厂除外),提高火力发电的煤炭 使用效率。 3 煤炭生产、加工和供应 3.1 各地不得新建煤层含硫份大于3%的。矿井。对现有硫份大于3%的高硫小煤矿,应予关闭。对现有硫份大于3% 的高硫大煤矿,近期实行限产,到2005年仍未采取有效降硫措施、或 无法定点供应安装有脱硫设施并达到污染物排放标准的用户的,应予关闭。 3.2 除定点供应安装有脱硫设施并达到国家污染物排放标准的用户外,对新建硫份大于1.5 %的煤矿,应配套建设煤炭洗选设施。对现有硫份大于2% 的煤矿,应补建配套煤炭洗选 设施。 3.3 现有选煤厂应充分利用其洗选煤能力,加大动力煤的人洗量。 3.4 鼓励对现有高硫煤选煤厂进行技术改造,提高选煤除硫率。 3.5 鼓励选煤厂根据洗选煤特性采用先进洗选技术和装备,提高选煤除硫率。 3.6 鼓励煤炭气化、液化,鼓励发展先进煤气化技术用于城市民用煤气和工业燃气。 3.7 煤炭供应应符合当地县级以上人民政府对煤炭含硫量的要求。鼓励通过加入固硫剂等 措施降低二氧化硫的排放。 3.8 低硫煤和洗后动力煤,应优先供应给中小型燃煤设施。 4 煤炭燃烧 4.1 国务院划定的大气污染防治重点城市人民政府按照国家环保总局《关于划分高污染燃料 的规定>,划定禁止销售、使用高污染燃料区域(简称“禁燃区”),在该区域内停止燃用高污染燃 料,改用天然气、液化石油气、电或其他清洁能源。 4.2 在城市及其附近地区电、燃气尚未普及的情况下,小型工业锅炉、民用炉灶和采暖小煤炉 应优先采用固硫型煤,禁止原煤散烧。 4.3 民用型煤推广以无烟煤为原料的下点火固硫蜂窝煤技术,在特殊地区可应用以烟煤、褐 煤为原料的上点火固硫蜂窝煤技术。 4.4 在城市和其它煤炭调入地区的工业锅炉鼓励采用集中配煤炉前成型技术或集中配煤集 中成型技术,并通过耐高温固硫剂达到固硫目的。 4.5 鼓励研究解决固硫型煤燃烧中出现的着火延迟、燃烧强度降低和高温固硫效率低的技术 问题。 4.6 城市市区的工业锅炉更新或改造时应优先采用高效层燃锅炉,产热量7 MW 的热效率 应在80%以上,产热量<7 MW 的热效率应在75%以上。 4.7 使用流化床锅炉时,应添加石灰石等固硫剂,固硫率应满足排放标准要求。 4.8 鼓励研究开发基于煤气化技术的燃气一蒸汽联合循环发电等洁净煤技术。 5 烟气脱硫 5.1 电厂锅炉 5.1.1 燃用中、高硫煤的电厂锅炉必须配套安装烟气脱硫设施进行脱硫。 5.1.2 电厂锅炉采用烟气脱硫设施的适用范围是: 1)新、扩、改建燃煤电厂,应在建厂同时配套建设烟气脱硫设施,实现达标排放,并满足 SO2排放总量控制要求,烟气脱硫设施应在主机投运同时投入使用。 2)已建的火电机组,若So2排放未达排放标准或未达到排放总量许可要求、剩余寿命(按 照设计寿命计算)大于1O年(包括l0年)的,应补建烟气脱硫设施,实现达标排放,并满足8o2 排放总量控制要求。 3)已建的火电机组,若S 排放未达排放标准或禾达到排放总量许可要求、剩余寿命(按 照设计寿命计算)低于10年的,可采取低硫煤替代或其它具有同样SO2减排效果的措施,实现 达标排放,并满足So2排放总量控制要求。否则,应提前退役停运。 4)超期服役的火电机组,若SO2排放未达排放标准或未达到排放总量许可要求,应予以淘汰。 5.1.3 电厂锅炉烟气脱硫的技术路线是: 1)燃用含硫量2%煤的机组、或大容量机组(200 MW)的电厂锅炉建设烟气脱硫设施时, 宜优先考虑采用湿式石灰石一石膏法工艺,脱硫率应保证在90%以上,投运率应保证在电厂 正常发电时间的95%以上。 2)燃用含硫量<2%煤的中小电厂锅炉(<200 MW),或是剩余寿命低于10年的老机组 建设烟气脱硫设施时,在保证达标排放,并满足SO2排放总量控制要求的前提下,宜优先采用 半干法、干法或其它费用较低的成熟技术,脱硫率应保证在75%以上,投运率应保证在电厂正 常发电时间的95%以上。 5.1.4 火电机组烟气排放应配备二氧化硫和烟尘等污染物在线连续监测装置,并与环保行政 主管部门的管理信息系统联网。 5.1.5 在引进国外先进烟气脱硫装备的基础上,应同时掌握其设计、制造和运行技术,各地应 积极扶持烟气脱硫的示范工程。 5.1.6 应培育和扶持国内有实力的脱硫工程公司和脱硫服务公司,逐步提高其工程总承包能 力,规范脱硫工程建设和脱硫设备的生产和供应。 5.2 工业锅炉和窑炉 5.2.1 中小型燃煤工业锅炉(产热量<14 MW )提倡使用工业型煤、低硫煤和洗选煤。对配 备湿法除尘的,可优先采用如下的湿式除尘脱硫一体化工艺: 1)燃中低硫煤锅炉,可采用利用锅炉自排碱性废水或企业自排碱性废液的除尘脱硫工艺; 2)燃中高硫煤锅炉,可采用双碱法工艺。 5.2.2 大中型燃煤工业锅炉(产热量14 MW)可根据具体条件采用低硫煤替代、循环流化床 锅炉改造(加固硫剂)或采用烟气脱硫技术。 5.2.3 应逐步淘汰敞开式炉窑,炉窑可采用改变燃料、低硫煤替代、洗选煤或根据具体条件采 用烟气脱硫技术。 5.2.4 大中型燃煤工业锅炉和窑炉应逐步安装二氧化硫和烟尘在线监测装置。 5.3 采用烟气脱硫设施时,技术选用应考虑以下主要原则: 5.3.1 脱硫设备的寿命在15年以上; 5.3.2 脱硫设备有主要工艺参数(pH值、液气比和SO2出口浓度)的自控装置; 5.3.3 脱硫产物应稳定化或经适当处理,没有二次释放二氧化硫的风险; 5.3.4 脱硫产物和外排液无二次污染且能安全处置; 5.3.5 投资和运行费用适中; 5.3.6 脱硫设备可保证连续运行,在北方地区的应保证冬天可正常使用。 5.4 脱硫技术研究开发 5.4.1 鼓励研究开发适合当地资源条件、并能回收硫资源的技术。 5.4.2 鼓励研究开发对烟气进行同时脱硫脱氮的技术。 5.4.3 鼓励研究开发脱硫副产品处理、处置及资源化技术和装备。 6 二次污染防治 6.1选煤厂洗煤水应采用闭路循环,煤泥水经二次浓缩,絮凝沉淀处理,循环使用。 6.2 选煤厂的洗矸和尾矸应综合利用,供锅炉集中燃烧并高效脱硫,回收硫铁矿等有用组份, 废弃时应用土覆盖,并植被保护。 6.3 型煤加工时,不得使用有毒有害的助燃或固硫添加剂。 6.4 建设烟气脱硫装置时,应同时考虑副产品的回收和综合利用,减少废弃物的产生量和排 放量。 6.5 不能回收利用的脱硫副产品禁止直接堆放,应集中进行安全填埋处置,并达到相应的填 埋污染控制标准。 6.6 烟气脱硫中的脱硫液应采用闭路循环,减少外排;脱硫副产品过滤、增稠和脱水过程中产 生的工艺水应循环使用。 6.7 烟气脱硫外排液排人海水或其它水体时,脱硫液应经无害化处理,并须达到相应污染控 制标准要求,应加强对重金属元素的监测和控制,不得对海域或水体生态环境造成有害影响。 6.8 烟气脱硫后的排烟应避免温度过低对周边环境造成不利影响。 6.9 烟气脱硫副产品用作化肥时其成份指标应达到国家、行业相应的肥料等级标准,并不得 对农田生态产生有害影响。

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下面是我找的,不知道对你有没有帮助 ,如果有的话请您给个红旗吧一、前言 众所周知,能源消费是造成当今环境恶化的一个主要原因,尤其是煤炭在直接作为能源燃烧过程中,存在着效率低、污染严重的问题。统计表明,我国每年排入大气的污染物中有80%的烟尘,87%的SO2,67%的NOx来源于煤的燃烧。我国的大气污染主要是锅炉、窑炉燃煤产生烟气形成的煤烟型污染。目前我国能源仍然以煤炭为主,改变能源结构,使用油气电等清洁能源,与我国的国情又不太相适应,未来相当长一段时间内,煤炭在我国一次能源结构中的主体地位不会改变,这已成为不争的现实。因此大力发展和应用洁净煤燃烧技术与装置,是解决和控制大气污染的一条重要措施。 近年来,人们已在洁净煤燃烧技术方面进行了大量的研究与实践,但综合效果还都有待于提高。多年来在总结、借鉴、完善、发展国内外相关技术的基础上,我们对原煤气化和分相燃烧技术进行了大量研究,通过几年来的大量实验和工作实践,解决了十多项技术难题,掌握了一种锅炉清洁燃烧技术——煤气化分相燃烧技术, 并利用该技术研制出一种煤转化成煤气燃烧的一体化锅炉,我们称之为煤气化分相燃烧锅炉。其突出特点是无需炉外除尘系统,经过炉内全新的燃烧、气固分离及换热机理,实现“炉内消烟、除尘”,使其排烟无色——俗称无烟。烟尘、SO2、NOX排放浓度符合国家环保标准的要求,而且热效率高达80~85%。这种锅炉根据气固分相燃烧理论,把互补控制技术、气固分相燃烧技术集于一炉,将煤炭气化、燃烧集于一体,组成煤气化分相燃烧锅炉,从而实现了原煤的连续燃烧与洁净燃烧。 二、煤气化分相燃烧技术 烟尘的主要污染物是碳黑,它是不完全燃烧的产物。形成黑烟的原因主要是煤在燃烧过程中,形成易燃的轻碳氢化合物和难燃的重碳氢化合物及游离碳粒。这些难燃的重碳氢化合物、游离碳粒随烟气排出,便可见到浓浓的黑烟。 一般情况下,煤的燃烧属于多相混合燃烧,煤在燃烧过程中析出挥发物,而挥发物的燃烧对煤焦的燃烧起到制约作用,使固体碳的燃烧过程繁杂化、困难化。固体燃料氧化反应过程中的次级反应,即一氧化碳和二氧化碳的产生以及一氧化碳的氧化反应和二氧化碳的还原反应,都不利于固体碳和天然矿物煤的燃烧,而气固分相燃烧就可以有效地解决上述问题。 气固分相燃烧就是使固体燃料在同一个装置内分解成气相态的燃料和固相态的燃料,并使其按照各自的燃烧特点和与此相适应的燃烧方式,在同一个装置内有联系地、互相依托地、相互促进地燃烧,从而达到完全燃烧或接近完全燃烧的目的。 煤气化分相燃烧技术是根据气固分相燃烧理论,将煤炭气化、气固分相燃烧集于一体,以煤炭为原料,采用空气和水蒸气为气化剂,先通过低温热解的温和气化,把煤易产生黑烟的可燃性挥发份中的碳氢化合物先转化为煤气,与脱去挥发份的煤焦一同在燃烧室进行燃烧。这样在同一个燃烧室内气态燃料与固态燃料有联系地、互相依托地、相互促进地按照各自的燃烧规律和特点分别燃烧,消除了黑烟,提高了燃烧效率,并且在整个燃烧过程中,有利于降低氮氧化物和二氧化硫的生成,进而达到洁净燃烧和提高锅炉热效率的双重功效。 煤气化分相燃烧技术在锅炉上的应用,使固体燃料的干燥、干馏、气化以及由此产生的气相态的煤气和固相态的煤焦在同一炉内同时燃烧。并使锅炉在结构上实现了两个一体化,即煤气发生炉和层燃锅炉一体化,层燃锅炉与除尘器一体化,因此无需另设煤气发生炉便实现了煤的气化燃烧;也无需炉外除尘器,就可实现炉内消烟除尘,锅炉排烟无色。其燃烧机理如图一所示,双点划线框内表示固相煤和煤焦的燃烧过程,单点划线框内表示气相煤气的燃烧过程,实线框内表示煤的干馏过程,虚线框内表示煤焦的气化过程。 原煤首先在气化室缺氧条件下燃烧和气化热解,煤料自上部加入,煤层从下部引燃,自下而上形成氧化层、还原层、干馏层和干燥层的分层结构。其中氧化层和还原层组成气化层,气化过程的主要反应在这里进行。以空气为主的气化剂从气化室底部进入,使底部煤层氧化燃烧,生成的吹风气中含有一定量的一氧化碳,此高温鼓风气流经干馏层,对煤料进行干燥、预热和干馏。煤料从气化室上部加入,随着煤料的下降和吸热,低温干馏过程缓慢进行,逐渐析出挥发份,形成干馏煤气。其成份主要是水份、轻油和煤中挥发物。 原煤经干馏后形成热煤焦进入到还原层,靠下层部分煤焦的氧化反应热进行气化反应。同时可注入适量的水蒸汽发生水煤气反应,这样以空气和水蒸汽的混合物为气化剂,在气化室内与灼热的碳作用生成气化煤气。其成份主要是一氧化碳和二氧化碳以及由固体燃料中的碳与水蒸碳与产物、产物与产物之间反应生成的氢气、甲烷,还有50%以上的氮气。这样干馏层生成的干馏煤气和进入干馏层的气化煤气混合,由煤气出口排出。气化室内各层的作用及主要化学反应见表一。 表一:气化室内各层的作用及主要化学反应 层区名 作用及工作过程 主要化学反应 灰层 分配气化剂,借灰渣显热预热气化剂 氧化层 碳与气化剂中氧进行氧化反应,放出热量,供还原层吸热反应所需 C+O2=CO2 放热 2C+O2=2CO 放热 还原层 CO2 还原成CO,水蒸汽与碳分解为氢气, CO2+C=2CO 放热 H2O+C=CO+H2 放热 CO+H2O=CO2+H2 吸热 干馏层 煤料与热煤气换热进行热分解,析出干馏煤气:水份、轻油和煤中挥发物。 干燥层 使煤料进行干燥 在锅炉的气化室中,煤料自上而下加入,在气化过程中逐步下移,气化剂则由下部进入,通过炉栅自下而上,生成的煤气由燃料层上方引出。这一过程属逆流过程,它能充分利用煤气的显热预热气化剂,从而提高了锅炉的热效率,并且由于干馏煤气不经过高温区裂解,使气化煤气的热值有所提高。 原煤经温和气化低温热解产生的煤气,在经过上部干馏层后,通过气化室的煤气出口进入燃烧室,与充足的二次风充分混合,在燃烧室的高温条件下自行点燃,并与进入燃烧室炉排上煤焦向上的火焰相交,这样在燃烧室内煤气与煤焦分别按照气相和固相的燃烧特点和燃烧方式分别燃烧,又相互联系、相互促进,使一氧化碳和烟黑燃烬,达到或接近完全燃烧。 三、煤气化分相燃烧锅炉的结构特点及应用 锅炉在发展的过程中一直重视提高锅炉热效率和烟尘排放达标两大问题。传统的锅炉解决这两大问题的基本上是靠强化燃烧和传热提高锅炉热效率和设置炉外除尘器。强化燃烧往往会导致锅炉烟尘初始排放浓度的加大,增大除尘器的负担,在发达国家可使用除尘效率在99%以上的电除尘器或布袋除尘器,使烟尘排放浓度控制在50mg/Nm3以下,而在我国由于经济条件的原因,只能使用价格相对低廉的机械式或湿式除尘器,除尘效率一般低于95%,使烟尘排放浓度大于100-200 mg/Nm3,达不到国家的环保要求。这种依靠炉外除尘器解决除尘的办法,不仅增加锅炉房的占地面积和基建投资,而且增大引风机电耗,还造成二次污染。由于煤气化分相燃烧锅炉彻底改变了传统锅炉的燃烧原理,利用气固分相燃烧理论,使煤在燃烧过程中易产生黑烟的可燃性挥发份中的碳氢化合物先转化为可燃煤气,与脱去挥发份的煤焦一同在燃烧室进行燃烧。由于燃烧室温度高达1000℃以上,烟雾得以充分分解,解决了煤直接燃烧产生黑烟的难题。这种锅炉不仅使原煤尽可能地完全燃烧和高效利用,有较高的热效率,而且还尽可能地减少烟尘和有害气体SO2、NOX等的排放,达到消烟除尘的作用,使锅炉各项环保及节能指标大大优于国家标准。 煤气化分相燃烧技术在锅炉上的应用,打破了传统锅炉加除尘器的模式,创建了无需炉外除尘器的一体化模式。而这种一体化并不是机械式地将除尘器加入锅炉。煤气化分相燃烧锅炉与普通煤气锅炉和层燃锅炉相比,具有自己独特的结构,它将后两者有机结合,主要由前部的煤气化室,中部的燃烧室和尾部的对流受热面三大部分组成。(见图二:锅炉结构与燃烧示意图) 气化室是锅炉的技术核心部分,它看上去象是一个开放式的煤气发生炉,其主要功能,一是将煤中的可燃挥发份和煤的气化反应生成气,以煤气的形式排入到燃烧室进行燃烧;二是将释放出挥发份的半焦煤输送到燃烧室继续进行燃烧;三是控制气化室内的反应温度和煤焦层厚度。实现上述功能的关键:一是要保证一定的原煤层;二是要合理配置送风和气化剂,提高煤炭气化率和气化室的气化强度;三是要在煤气化室和燃烧室的连接部位,合理配置煤气出口和煤焦出口。气化室产要由炉体、进煤装置、炉栅、气化剂进口、煤气出口和煤焦出口等部分组成。 在气化室内以煤炭为原料,采用空气和水蒸汽为气化剂,在常压下进行煤的温和气化反应,将煤在低温热分解产生的挥发性物质从煤中赶出。当气化室内温度达到设定条件时,将气化室内脱挥发份的高温煤焦输送到燃烧室的炉排上进行强化燃烧。 燃烧室的主要功能:一是使煤气和煤焦燃烧完全,提高燃烧效率;二是降低烟尘初始排放量和烟气黑度。气化室内产生的煤气经煤气出口,喷入到燃烧室,在可控二次风的扰动下旋向下方,与由气化室进入到燃烧室的煤焦向上的火焰相交而混合燃烧。煤气与固定碳(煤焦)燃烧相结合,强化了燃烧,达到了充分燃烬,洁净燃烧的目的,提高了燃烧效率。并且因为在炉排上的燃烧是半焦化的煤焦,因此产生的飞灰量小,烟尘浓度、烟气黑度都比较低。同时,在燃烧室上方设置了防爆门,确保锅炉的安全运行。 对流受热面的主要功能就是完成与烟气的热量交换,达到锅炉额定出力,提高锅炉换热效率。其结构形式可有多种,与普通锅炉没有太大的区别,因此对大多数锅炉来说,都可以改造成煤气化分相燃烧锅炉。并且锅炉无需除尘器,大大节省锅炉房总投资和占地面积。 设计煤气化分相燃烧锅炉时,应注意的几点: 1、合理布置煤气出口和煤焦出口的位置和大小; 2、煤焦的温度控制; 3、气化剂进口和进煤口; 4、合理设置二次风和防爆门; 5、气化室与燃烧室的水循环要合理。 由上述可知,煤气化分相燃烧锅炉的结构并不复杂,只需在传统锅炉的基础上,在其前部加一个气化室,在原炉膛上设置二次风和防爆门,再结合一些控制技术。利用该原理可以设计出多种规格型号的锅炉,类型主要为0.2t/h~10t/h各参数的锅炉。现仅在东北地区已有几十台此类型的锅炉在运行,广泛用于洗浴、采暖、医药卫生等领域,并已经利用该技术,改造了很多工业锅炉,效果都非常好。 下面以一台DZL2t/h锅炉为例,改造前后对比见表二。 表二:DZL2t/h锅炉改造前后对比 改造前 改造后 比较 热效率 73% 78% 提高5% 耗煤量(AII) 380kg/h 356kg/h 节煤6.3% 适应煤种 AII AIII 褐煤 石煤AI AII AIII 无烟煤 煤种适应性广 锅炉外形体积 5.4×2×3.2m 5.9×2×3.2m 长度约增加一米 环保性能 冒黑烟,环保不达标 排烟无色,满足环保要求 该新型锅炉综合地应用当代高新技术和高效率传热技术,将煤气发生炉与层燃锅炉有机结合为一体,做到清洁燃烧,炉内自行消烟除尘,锅炉运行期间,在无需炉外除尘器的情况下,排烟无色,烟尘浓度≤100mg/Nm3,比传统锅炉减少30-50%,SO2浓度≤1200mg/Nm3,NOx<400mg/ Nm3,符合国家环保标准GB13271-2001中一类地区的要求,同时,热效率在82%以上。而成本仅比传统锅炉增加不到一万元,但却省了一台除尘器。每小时加煤次数少,仅2~3次,并可实现机械上煤和除渣,因而大大减轻了司炉工的劳动强度。 四、煤气化分相燃烧锅炉的特点 传统的煤炭燃烧方式在煤的燃烧过程中会产生大量的污染物,造成严重的环境污染。主要原因是: (1)煤炭不易与氧气充分接触而形成不完全燃烧,燃烧效率低,相对增加了污染排放; (2)燃烧过程不易控制,例如挥发份大量析出时往往供氧不足,造成烟尘析出与冒黑烟; (3)固体燃料燃烧时温度难以均匀,形成局部高温区,促使大量NOx形成; (4)原煤中的硫大多在燃烧过程中氧化成SO2; (5)未经处理的固态煤炭直接燃烧时,大量粉尘将随烟气一同排出,造成大量粉尘污染。 煤气化分相燃烧锅炉将煤炭气化、气固分相燃烧集于一体,有效地解决环境污染问题,与传统的燃煤锅炉相比,它有以下优点: 1、烟尘浓度、烟气黑度低,环保性能好。 在气化层生成的气化煤气和在干馏层生成的干馏煤气最终混合在一起,在燃烧室内与二次风充分混合,因是气态燃料,供氧充分,容易达到完全燃烧,使一氧化碳和烟黑燃烬。而从气化室进入到燃烧室的炽热煤焦,因大部分挥发份已被析出,避免了挥发物对固定碳燃烧的不良影响,剩余的挥发份在煤焦内部进一步得到氧化,生成的一氧化碳和烟黑等可燃物在通过煤焦层表面时被燃烬。另外煤焦在燃烧时产生的飞灰量小,同时在锅炉内采用除尘技术,因此从根本上消除了“炭黑”,高效率地清除了烟尘中的飞灰。 2、节约能源、热效率高。 煤料在气化室充分气化热解之后再燃烧,不仅避免了挥发物、一氧化碳、二氧化碳等对煤焦燃烧的不良影响,而且从气化室进入燃烧室的热煤气更容易燃烧,并对煤焦的燃烧有一定的促进作用。进入燃烧室的炽热煤焦已脱去大部分挥发份,不仅有较高的温度,而且具有内部孔隙,能增强内部和外部扩散氧化反应,起到强化煤焦燃烧的作用,从而在降低过量空气系数下,使一氧化碳和炭黑燃烬,燃烧更加充分,因而降低了化学和机械不完全燃烧热损失,提高了煤的燃烧热效率,与直接烧煤相比可节煤5-10%。 3、氮氧化物的排放低 在气化室内煤层从下部引燃,并在下部燃烧,总体上气化室内温度比较低,属低温燃烧。而且在气化室内过量空气系数很小,大约在0.7-1.0之间,属低氧燃烧。这为降低氮氧化物的排放提供了有利条件。煤中有机氮化学剂量小,并处在还原气氛中,只转变成不参与燃烧的无毒氮分子。煤中含有的氮氧化物,一部分在煤层半焦催化作用下反应生成氮气、水蒸汽和一氧化碳,还有一部分在穿过上部还原层时被还原成氮气。而气化室内脱去绝大部分挥发份的高温煤焦在进入燃烧室后,进行充足供氧强化燃烧,其中剩余的少量挥发份在半焦内部进一步热解氧化,氮氧化物在煤焦内部被进一步还原,生成的烟黑可燃物在经过焦层表面时被燃烬,从而控制和减少了氮氧化物的生成与排放。 4、有一定的脱硫作用 煤中的硫主要以无机硫(FeS2和硫酸盐)和有机硫的形式存在,而硫酸盐几乎全部存留在灰渣中,不会造成燃煤污染。在煤气化分相燃烧锅炉中,煤中的FeS2和有机硫在气化室内发生热分解反应,以及与煤气中的氢气发生还原反应,使煤中的硫以硫化氢气体的形式脱除释放出来。而且在气化室下部,温度一般在800℃左右,恰好是脱硫剂发挥作用的最佳反应温度。如燃用含硫量较高的煤,只需在碎煤粒中添加适量的石灰石或白云石,即可得到较好的脱硫效果,从而大大降低烟气中二氧化硫的含量。 5、操作和控制简单易行 煤气的发生和燃烧在同一设备的两个装置中进行,不用设置单独的煤气点火装置,煤气在燃烧室内由高温明火自行点燃,易于操作和控制,简化了运行管理,操作方便,减轻司炉工劳动强度,改善锅炉房卫生条件,实现文明生产。 6、燃烧稳定,煤种适应性强 煤在锅炉气化室的下部引燃,因而燃烧稳定。可燃劣质煤矿和燃点高的煤,其煤种适应性较强,在难熔区或中等结渣范围以内的煤种均适合。其中褐煤、长焰煤、不粘结或弱粘结烟煤、小球形型煤是比较理想的燃料。 五、结束语 实践证明,新的燃烧理论及多种专利组成的集成技术,保证了煤气化分相燃烧锅炉高效环保的稳定性及先进性,克服了旧技术无法解决的浪费及污染的难题,获得了明显的经济效益和环境效益,受到用户青睐。中国的煤炭资源十分丰富,随着能源政策和环境的要求越来越高,煤气化分相燃烧锅炉在我国市场前景十分广阔。

液压气动技术的发展研究对象论文

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从工程的角度讲:气体是可压缩流体,液体是不可压缩流体 当然气压传动的压强小于液压,也是一个主要原因 气体容易泄露不易密封;气体可以被压缩而产生高温;气体可被压缩导致其很难用于产生伺服动作;气体的高压缩比是同样的压力下提供同样的动作量需要的气体很多;平时不易储存…… 气压传动更适宜与远距离传动,因为气压传动可以直接从空气中获得气体进行加压,而液压传动要靠液体,而一般机械他自身携带的液体数量是相当有限的如千斤顶,只适合短距离的传动,但是稳定性更好,传受较大的力效果更好1829年出现了多级空气压缩机,为气压传动的发展创造了条件。1871年风镐开始用于采矿。1868年美国人G.威斯汀豪斯发明气动制动装置,并在1872年用于铁路车辆的制动。后来,随着兵器、机械、化工等工业的发展,气动机具和控制系统得到广泛的应用。1930年出现了低压气动调节器。50年代研制成功用于导弹尾翼控制的高压气动伺服机构。液压传动有许多突出的优点,因此它的应用非常广泛,如一般工。业用的塑料加工机械、压力机械、机床等;行走机械中的工程机械、建筑机械、农业机械、汽车等;钢铁工业用的冶金机械、提升装置、轧辊调整装置等;土木水利工程用的防洪闸门及堤坝装置、河床升降装置、桥梁操纵机构等;发电厂涡轮机调速装置、核发电厂等等;船舶用的甲板起重机械(绞车)、船头门、舱壁阀、船尾推进器等;特殊技术用的巨型天线控制装置、测量浮标、升降旋转舞台等;军事工业用的火炮操纵装置、船舶减摇装置、飞行器仿真、飞机起落架的收放装置和方向舵控制装置等。

液压与气动技术发展趋势 ----社会需求永远是推动技术发展的动力,降低能耗,提高效率,适应环保需求,机电一体化,高可靠性等是液压气动技术继续努力的永恒目标,也是液压气动产品参与市场竞争是否取胜的关键。----由于液压技术广泛应用了高技术成果,如自动控制技术、计算机技术、微电子技术、磨擦磨损技术、可靠性技术及新工艺和新材料,使传统技术有了新的发展,也使液压系统和元件的质量、水平有一定的提高。尽管如此,走向二十一世纪的液压技术不可能有惊人的技术突破,应当主要靠现有技术的改进和扩展,不断扩大其应用领域以满足未来的要求。综合国内外专家的意见,其主要的发展趋势将集中在以下几个方面:1.减少能耗,充分利用能量----液压技术在将机械能转换成压力能及反转换方面,已取得很大进展,但一直存在能量损耗,主要反映在系统的容积损失和机械损失上。如果全部压力能都能得到充分利用,则将使能量转换过程的效率得到显著提高。为减少压力能的损失,必须解决下面几个问题:①减少元件和系统的内部压力损失,以减少功率损失。主要表现在改进元件内部流道的压力损失,采用集成化回路和铸造流道,可减少管道损失,同时还可减少漏油损失。②减少或消除系统的节流损失,尽量减少非安全需要的溢流量,避免采用节流系统来调节流量和压力。③采用静压技术,新型密封材料,减少磨擦损失。④发展小型化、轻量化、复合化、广泛发展3通径、4通径电磁阀以及低功率电磁阀。⑤改善液压系统性能,采用负荷传感系统,二次调节系统和采用蓄能器回路。⑥为及时维护液压系统,防止污染对系统寿命和可靠性造成影响,必须发展新的污染检测方法,对污染进行在线测量,要及时调整,不允许滞后,以免由于处理不及时而造成损失。2.主动维护----液压系统维护已从过去简单的故障拆修,发展到故障预测,即发现故障苗头时,预先进行维修,清除故障隐患,避免设备恶性事故的发展。----要实现主动维护技术必须要加强液压系统故障诊断方法的研究,当前,凭有经验的维修技术人员的感宫和经验,通过看、听、触、测等判断找故障已不适于现代工业向大型化、连续化和现代化方向发展,必须使液压系统故障诊断现代化,加强专家系统的研究,要总结专家的知识,建立完整的、具有学习功能的专家知识库,并利用计算机根据输入的现象和知识库中知识,用推理机中存在的推理方法,推算出引出故障的原因,提高维修方案和预防措施。要进一步引发液压系统故障诊断专家系统通用工具软件,对于不同的液压系统只需修改和增减少量的规则。----另外,还应开发液压系统自补偿系统,包括自调整、自润滑、自校正,在故障发生之前,进市补偿,这是液压行业努力的方向。3.机电一体化----电子技术和液压传动技术相结合,使传统的液压传协与控制技术增加了活力,扩大了应用领域。实现机电一体化可以提高工作可靠性,实现液压系统柔性化、智能化,改变液压系统效率低,漏油、维修性差等缺点,充分发挥液压传动出力大、贯性小、响应快等优点,其主要发展动向如下:(1)电液伺服比例技术的应用将不断扩大。液压系统将由过去的电气液压on-oE系统和开环比例控制系统转向闭环比例伺服系统,为适应上述发展,压力、流量、位置、温度、速度、加速度等传感器应实现标准化。计算机接口也应实现统一和兼容。(2)发展和计算机直接接口的功耗为5mA以下电磁阀,以及用于脉宽调制系统的高频电磁阀(小于3mS)等。(3)液压系统的流量、压力、温度、油的污染等数值将实现自动测量和诊断,由于计算机的价格降低,监控系统,包括集中监控和自动调节系统将得到发展。(4)计算机仿真标准化,特别对高精度、“高级”系统更有此要求。

液压泵站的研究现状论文

近年来,随着液压技术不断向高压、大功率方向发展及人们对环境保护的日益重视,要求液压执行元件具有噪声低、污染小、运转平稳等特点向二十一世纪的液压技术不可能有惊人的技术突破,应当主要靠现有技术的改进和扩展,不断扩大其应用领域以满足未来的要求。综合国内外专家的意见,液压马达主要的应用趋势将集中在以下几个方面: 1、减少能耗,充分利用能量 液压技术在将机械能转换成压力能及反转换方面,已取得很大进展,但一直存在能量损耗,主要反映在系统的容积损失和机械损失上。如果全部压力能都能得到充分利用,则将使能量转换过程的效率得到显著提高。为减少压力能的损失,必须解决下面几个问题: ①减少元件和系统的内部压力损失,以减少功率损失。主要表现在改进元件内部流道的压力损失,采用集成化回路和铸造流道,可减少管道损失,同时还可减少漏油损失。 ②减少或消除系统的节流损失,尽量减少非安全需要的溢流量,避免采用节流系统来调节流量和压力。 ③采用静压技术,新型密封材料,减少磨擦损失。 ④发展小型化、轻量化、复合化、广泛发展3通径、4通径电磁阀以及低功率电磁阀。 ⑤改善液压系统性能,采用负荷传感系统,二次调节系统和采用蓄能器回路。 ⑥为及时维护液压马达,防止污染对马达寿命和可靠性造成影响,必须发展新的污染检测方法,对污染进行在线测量,要及时调整,不允许滞后,以免由于处理不及时而造成损失。 内容选自产业研究报告网发布的《2012-2016年中国液压马达行业深度调研与发展前景预测研究报告》 2、主动维护 液压马达维护已从过去简单的故障拆修,发展到故障预测,即发现故障苗头时,预先进行维修,清除故障隐患,避免设备恶性事故的发展。要实现主动维护技术必须要加强液压马达故障诊断方法的研究,当前,凭有经验的维修技术人员的感宫和经验,通过看、听、触、测等判断找故障已不适于现代工业向大型化、连续化和现代化方向发展,必须使液压马达故障诊断现代化,加强专家系统的研究,要总结专家的知识,建立完整的、具有学习功能的专家知识库,并利用计算机根据输入的现象和知识库中知识,用推理机中存在的推理方法,推算出引出故障的原因,提高维修方案和预防措施。要进一步引发液压马达故障诊断专家系统通用工具软件,对于不同的液压马达只需修改和增减少量的规则。另外,还应开发液压系统自补偿系统,包括自调整、自润滑、自校正,在故障发生之前,进市补偿,这是液压行业努力的方向。 3、机电一体化 电子技术和液压传动技术相结合,使传统的液压传协与控制技术增加了活力,扩大了应用领域。实现机电一体化可以提高工作可靠性,实现液压马达柔性化、智能化,改变液压马达效率低,漏油、维修性差等缺点,充分发挥液压传动出力大、贯性小、响应快等优点,其主要发展动向如下: (1)电液伺服比例技术的应用将不断扩大。液压系统将由过去的电气液压on-oE系统和开环比例控制系统转向闭环比例伺服系统,为适应上述发展,压力、流量、位置、温度、速度、加速度等传感器应实现标准化。计算机接口也应实现统一和兼容。 (2)发展和计算机直接接口的功耗为5mA以下电磁阀,以及用于脉宽调制系统的高频电磁阀(小于3mS)等。 (3)液压系统的流量、压力、温度、油的污染等数值将实现自动测量和诊断,由于计算机的价格降低,监控系统,包括集中监控和自动调节系统将得到发展。 (4)计算机仿真标准化,特别对高精度、“高级”系统更有此要求。 (5)由电子直接控制元件将得到广泛采用,如电子直接控制液压泵,采用通用化控制机构也是今后需要探讨的问题,液压产品机电一体化现状及发展。 液压行业:液压元件将向高性能、高质量、高可靠性、系统成套方向发展;向低能耗、低噪声、振动、无泄漏以及污染控制、应用水基介质等适应环保要求方向发展;开发高集成化高功率密度、智能化、机电一体化以及轻小型微型液压元件;积极采用新工艺、新材料和电子、传感等高新技术。液力偶合器向高速大功率和集成化的液力传动装置发展,开发水介质调速型液力偶合器和向汽车应用领域发展,开发液力减速器,提高产品可靠性和平均无故障工作时间;液力变矩器要开发大功率的产品,提高零部件的制造工艺技术,提高可靠性,推广计算机辅助技术,开发液力变矩器与动力换档变速箱配套使用技术;液粘调速离合器应提高产品质量,形成批量,向大功率和高转速方向发展。 气动行业:产品向体积小、重量轻、功耗低、组合集成化方向发展,执行元件向种类多、结构紧凑、定位精度高方向发展;气动元件与电子技术相结合,向智能化方向发展;元件性能向高速、高频、高响应、高寿命、耐高温、耐高压方向发展,普遍采用无油润滑,应用新工艺、新技术、新材料。 参考

光从液压站的角度来说,我觉得应该监控其油温,油压,电机风机,电机是否工作,设备温度,各阀件动作情况,如果有气压控制,还应该注意气源压力.

一个液压泵站包括:液压泵、油箱、过滤器、压力表、蓄能器。相对于液压系统,液压泵站的设计要简单的多得多。液压泵----提供液压系统的动力。油箱---液压油的存储,要注意回油口与出油口要隔开,以免互相干扰。过滤器---随时对液压油进行过滤。压力表---应单独设置出油压力和回油压力。蓄能器---可吸收油压脉动和减小液压冲击,同时对于间歇动作的液压系统,可以储存能量。

pcr技术的研究与现状论文

PCR技术是一种体外酶促合成、扩增特定DNA片段的方法。下面是我整理的关于pcr技术论文,希望你能从中得到感悟!

技术的研究进展

摘要 PCR技术是一种体外酶促合成、扩增特定DNA片段的方法。因其高强的特异性和灵敏度以及检测速度快、准确性好等优点,已被广泛地应用于水产、微生物检测等许多领域。该文从PCR技术的原理及应用方面进行了综述,并对其发展做出了展望。

关键词 PCR技术;研究进展;应用

中图分类号 Q819 文献标识码 A 文章编号 1007-5739(2012)10-0047-02

PCR(polymerase chain reaction,PCR)即聚合酶链式反应,它是一种体外酶促合成,扩增特定DNA片段的方法。1985年,美国Karray等学者首创了PCR技术,并由美国Cetus公司开发研制[1]。随着科学技术的发展和突破,PCR技术已在多个领域得到广泛地应用,如微生物检测、兽医学、水产养殖等方面。由于该技术具有较强的灵敏度、准确度和特异性,又能快速进行检测,因而其应用领域也在不断延伸[2-3]。随着PCR技术的不断发展,在常规PCR技术的基础上又衍生出了许多技术,如多重PCR(mutiplex PCR)技术[4]、实时荧光定量PCR(real-time fluorescent quantitative PCR,FQ-PCR)技术[5]、单分子PCR技术[6]。

1 PCR技术原理

PCR技术是根据待扩增的已知DNA片段序列、人工合成与该DNA 2条链末端互补的2段寡核苷酸引物,在体外将待检DNA序列(模板)在酶促作用下进行扩增。PCR的整个技术过程经若干个循环组成,一个循环包括连续的3个步骤:第1步是高温条件下的DNA模板变性,即模板DNA在93~94 ℃的条件下变性解链;第2步是退火,即人工合成的2个寡核苷酸引物与模板DNA链3’端经降温至55 ℃退火;第3步是延伸,即在4种dNTP底物同时存在的情况下,借助TaqDNA聚合酶的作用,引物链将沿着5’-3’方向延伸与模板互补的新链[7]。经过这个循环后,合成了新链,可将其作为DNA模板继续反应,由此循环进行。循环进程中,扩增产物的量以指数级方式增加,一般单一拷贝的基因循环25~30次,DNA可扩增l00万~200万倍[1]。PCR反应的步骤很简单,但是具体的操作是复杂的,如退火温度的确定、延伸时间的长短以及循环数等。因此,不同的反应体系应该确定适当的反应条件,以避免假阴性或假阳性等情况的产生。

2 PCR技术的分类

在传统PCR技术的基础上,根据人们的需要以及各个领域的应用要求,又衍生出很多种类的PCR技术。新技术在各领域广泛应用并逐渐改进,为进一步的研究提供了基础。

2.1 实时荧光定量PCR技术

1996年,学者经过研究,在传统PCR技术的基础上,首创了实时荧光定量PCR技术,新技术已经应用至医学领域、分子生物学和其他基础研究领域。实时荧光定量PCR技术基于传统技术的优势,还具有实时性、准确性、无污染,实现了自动化操作和多重反应,是PCR技术研究史上从定性到定量的飞跃[8]。

荧光定量PCR技术最大的特点是能将荧光基团加入到PCR反应体系中,借助于荧光信号,累积实时监测整个PCR进程,最后通过标准曲线对未知模板进行定量分析[9]。实时监测这一特点是常规PCR技术所不具有的,因为其对扩增反应不能进行随时的检测。常规PCR技术的扩增终产物需要在凝胶电泳等条件下才能进行,无法对起始模板进行准确的定量,而荧光定量PCR技术的反应进程可以根据荧光信号的变化做出准确的判断[10-11]。一个PCR循环反应结束之后,定量PCR仪可以收集1个荧光强度信号,荧光信号强度的变化可以反映产物量的变化情况,这样就可以得到1条荧光扩增曲线[12]。荧光信号在指数扩增阶段,PCR产物荧光信号的对数值与起始模板量之间存在线性对应关系,然后进行定量分析[13]。

2.2 多重PCR技术

多重PCR(mutiplex PCR)技术是PCR技术的一种,为同一管中加入多对特异性引物,与PCR管内的多个模板反应,在一个PCR管中同时检测多个目标DNA分子。多重PCR技术可以扩增一个物种的一个片段,也可以同时扩增多个物种的不同片段[14]。

在同一反应体系中,多重PCR技术进行多个位点的特异性扩增时,引物间的配对、引物间的竞争性扩增等会对扩增效果产生重要影响。一方面,如果能选择适宜的反应体系和反应条件,可极大地提高多重PCR的扩增效果[15]。主要包括退火温度、退火及延伸时间、PCR缓冲液成分、dNTP的用量、引物及模板的量等。另一方面,DNA的抽提质量也影响多重PCR扩增效率,如DNA抽提不干净或降解都将影响PCR扩增效果[16]。

2.3 单分子PCR技术(SM-PCR)

单分子PCR技术是在传统PCR技术的基础上发展的,基本循环过程相同,但在反应条件、模板数量、DNA 聚合酶选择、引物设计方面具有不同点。该技术是以少量或单个DNA分子为模板进行的PCR[17]。

单分子PCR技术反应中,DNA 模板浓度极低,这就要求模板有较高的质量。因为这是试验成败的决定性因素。在设计引物时,应该严格控制GC的含量和Tm值,同时尽量避免引物间存在可配对序列。在反应混合物模板数极低的情况下,若引物之间存在少量配对序列,扩增时极易形成二聚体,使反应无法进行,得不到所需要的产物[18]。由于单分子PCR技术反应的变性温度(96~98 ℃)大多比常规PCR技术(94 ℃)略高,因而对DNA 聚合酶热稳定性的要求也更加严格,需要有较好的热稳定性,以防止温度过高而使其失活。其变性时间(5~15 s)、退火时间及延伸时间也短于常规PCR技术[17]。

3 PCR技术的应用

3.1 PCR技术在水产上的应用

基因表达是检测某个基因在不同发育期或不同组织中的表达量变化,或受到某种试验处理过程中的影响而出现表达量变化的情况。有学者应用real-time PCR技术研究碳水化合物含量对翘嘴红鲴糖代谢酶G6Pase、GK以及PEPCK表达量的影响[19-21],研究结果可为翘嘴红鲴饲料配方中的最合适糖含量提供理论依据。孙淑娜等[22]研究叶酸拮抗剂对斑马鱼心脏发育相关基因BMP2b及HAS2表达的影响,表明叶酸拮抗剂对早期胚胎的心脏发育影响较大,可导致斑马鱼心脏发育延迟及心脏形态异常,并下调斑马鱼心脏发育相关基因BMP2b及HAS2的表达,这可能是叶酸生物学活性受抑后导致心脏发育异常的机制之一。Sawyer et al[23]以斑马鱼的未受精卵、胚胎、仔鱼和成鱼为研究材料,采用实时荧光定量PCR技术,检测了P450aromA和P450aromB在不同组织的表达量,表明在各组织中均有2种基因的表达,但表达量显著不同,呈现组织特异性。

3.2 PCR技术在微生物检测上的应用

1990年,Bej et al[24]在利用多重PCR的方法检测了Leg-ionella类菌种和大肠类细菌,其结果是通过点对点方法固定的多聚dT尾捕捉探针和生物素标记的扩增DNA进行杂交来检测的。张志东等检测口蹄疫病毒(FMDV)持续性感染的带毒动物,表明实时荧光定量PCR技术具有快速检测、准确、客观等优势,较优于传统的检测方法[25-26]。Metzger-Boddien et al[27]对PCR-ELISA的方法进行了评价,结果显示,样品中沙门氏菌的检出率可以达到98%。

4 展望

传统PCR技术以及衍生出来的新型PCR技术自面世以来,已被广泛应用到生命科学的各个领域。随着技术方法的不断改进与完善,荧光定量PCR技术将会逐渐完善并广泛应用。多重PCR技术在食品病原微生物、非致病微生物及环境微生物检测中具有重要作用;未来的研究主要集中在去除食品抑制因子干扰、改进样品前处理技术等方面,其次是整合应用多重PCR与其他技术,必将在未来食品微生物检测中有非常好的应用前景。

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聚合酶链式反应(英文全称:Polymerase Chain Reaction), 聚合酶链式反应简称PCR。聚合酶链式反应(PCR)是体外酶促合成特异DNA片段的一种方法,由高温变性、低温退火(复性)及适温延伸等几步反应组成一个周期,循环进行,使目的DNA得以迅速扩增,具有特异性强、灵敏度高、操作简便、省时等特点。它不仅可用于基因分离、克隆和核酸序列分析等基础研究,还可用于疾病的诊断或任何有DNA,RNA的地方.聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction,简称PCR)又称无细胞分子克隆或特异性DNA序列体外引物定向酶促扩增技术。1985年,美国科学家Kary Mullis在高速公路的启发下,经过两年的努力,发明了PCR技术,并在Science杂志上发表了关于PCR技术的第一篇学术论文。从此,PCR技术得到了生命科学界的普遍认同,Kary Mullis也因此而获得1993年的诺贝尔化学奖。

衣原体肺炎的诊断与鉴别诊断【摘要】 衣原体(chlamydia)家族仅有1个属,即衣原体属,包括4个衣原体种,即沙眼衣原体(C.trachomatis)、鹦鹉热衣原体(C•psittaci)、肺炎衣原体(C.pneumoniae)和家畜衣原体(C pecorum)。目的:讨论衣原体肺炎的诊断与鉴别诊断。方法:根据患者的临床表现与检查结果进行诊断。结论:肺炎衣原体肺炎的临床表现没有特异性,确诊完全依赖实验室检查。鹦鹉热肺炎主要根据有关职业史、接触史及血液和支气管分泌物做细胞培养发现病原体进行诊断。【关键词】衣原体肺炎 诊断衣原体(chlamydia)家族仅有1个属,即衣原体属,包括4个衣原体种,即沙眼衣原体(C.trachomatis)、鹦鹉热衣原体(C•psittaci)、肺炎衣原体(C.pneumoniae)和家畜衣原体(C pecorum)。沙眼衣原体引起人类沙眼、包涵体性结膜炎、非淋球菌尿道炎、宫颈炎等。如果母体有生殖道沙眼衣原体感染,则分娩时胎儿可受染,表现为新生儿沙眼衣原体肺炎和包涵体性结膜炎。鹦鹉热衣原体引起人类的鹦鹉热,表现为呼吸道感染或以呼吸系统为主的全身性感染。牛衣原体仅感染牛和羊,尚无引起人类疾病的报道。肺炎衣原体是近年才确定的衣原体新种,是肺炎、支气管炎和鼻窦炎的重要病原体。肺炎衣原体肺炎通常较温和,但恢复时间较长。与鹦鹉热不同的是,肺炎衣原体感染的患者没有疫鸟的接触史。肺炎衣原体所致的人类感染远远比其他衣原体种常见。(一)肺炎衣原体肺炎1.概述肺炎衣原体(chlamydia pneumoniae)为一种新定名的衣原体,主要引起呼吸道和肺部感染。2.流行病学血清流行病学调查显示,人类的肺炎衣原体感染具有世界普遍性,在美国和世界其他地区有一半以上出现过肺炎衣原体感染,即血清存在肺炎衣原体特异性IgG抗体。我们研究发现,国内肺炎衣原体感染率随着年龄的增加迅速上升,且没有性别差异;儿童感染率在20%左右,青壮年可达50 %~60%,老年人则高达70%~80%,考虑到人群中肺炎衣原体阳性率很高,感染后抗体逐渐下降,估计所有的人一生某个时候都有可能感染肺炎衣原体,且再感染也很常见。肺炎衣原体年发病率在5~9岁和10~14岁年龄组分别为9%和6%,是整个人群中发病率最高的两个年龄组。肺炎衣原体是严格的人类衣原体,不存在动物中间宿主,传染途径是通过呼吸道分泌物经人一人传播。家庭、学校、军队及其他人口集中的工作区域都可存在局部的流行或一般的流行。肺炎衣原体感染的传播速度较慢,即使在上述的人口密集区域。另有研究显示,肺炎衣原体的感染者不一定是传染源,而无症状的携带者则可能是传染源。肺炎衣原体肺炎占所有社区获得性肺炎的5%~10%左右。与肺炎支原体不同的是,大多数肺炎衣原体感染为无症状的隐性感染或未引起患者注意的轻微全身性感染,肺炎衣原体肺炎在成年及老年患者中更为常见,而在20岁以下的青少年中较少见。3.病因肺炎衣原体系革兰染色阴性,为严格的细胞内寄生病原体,在细胞浆寄生并产生光镜可见的包涵体。不同于病毒的是,它同时具有DNA和RNA及与革兰阴性细菌类似的细胞壁,且对广谱抗生素敏感。肺炎衣原体(TWAR)(1983年华盛顿分离株TW-183和1965年台湾分离株AR-39)系严格的人类病原体,不存在动物中间宿主。血清流行病学调查显示,人类的肺炎衣原体感染是世界普遍性的,与人口密度有正向关系。4.临床表现轻者可无明显症状。青少年常有声音嘶哑、干咳,有时有发热、咽痛等咽炎、鼻窦炎和支气管炎症状,且可持续数周之久。发生肺炎通常为轻型,与肺炎支原体感染的临床表现极为相似。成年人肺炎可较重,特别是老年人,往往需要住院治疗。肺炎衣原体肺炎作为非典型肺炎的一种,在X线表现上与其他非典型肺炎有类似之处,即气腔实变征、毛玻璃状不透明影、网织状阴影、支气管肺炎和小结节影。HRCT(高分辨率CT)影像特征是以小叶为中心的阴影,腺泡状阴影,气腔实变和小叶状分布的毛玻璃状阴影,而气腔实变和双侧肺部发病在肺炎衣原体肺炎中较为多见。肺炎衣原体肺炎主要为不规则分布的间质性肺炎及局灶性肺炎,不同之处在于肺炎衣原体肺炎可见散在或小灶性泡沫细胞反应。5.实验室检查外周血白细胞计数和分类正常,但有80%的患者血沉加快。特异性实验室检查方法包括细胞培养、血清学和PCR技术。1)细胞培养 鼻咽部或咽后壁拭子、气管和支气管吸出物、肺泡灌洗液等标本均可用于衣原体培养。最近有报道称,经胰酶和(或)乙二胺四乙酸(EDTA)钠处理后的标本,肺炎衣原体分离率大大提高。分离物的鉴定可使用沙眼衣原体、肺炎衣原体种特异性单克隆抗体以及衣原体属特异性单克隆抗体。HL细胞系对于肺炎衣原体的生长最为敏感,也有报道HEP-2(人喉表皮癌)对肺炎衣原体的生长敏感。鼻咽部或咽后壁拭子是最常用的标本,气管和支气管吸出物、支气管肺泡灌洗液标本财最理想,因为标本中病原体的含量较多,且结果更具临床意义。痰标本通常对细胞培养有毒性作用。与肺炎支原体采集标本相同,持拭子用力擦下尽可能多的细胞,因为衣原体与细胞相伴随。拭子应以藻酸钙、涤纶、聚酯纤维材料制作,柄为塑料或铝质。木质或竹质的棉拭子不宜使用,因为可能含有潜在的衣原体抑制物。标本运输液为含抗生素的2SP(含10%灭活胎牛血清的0.2mol/L的蔗糖磷酸盐缓冲液)。标本采集后应置于4℃冷藏,如果24小时内不能接种应置于-70℃保存。标本接种于离心培养管或培养板,目的使标本中衣原体颗粒在外界物理力的作用下被挤压吸附于培养细胞,从而提高敏感性。阳性标本在接种72~96小时内可见包涵体。分离物的鉴定可使用肺炎衣原体种特异性单克隆抗体,用间接荧光法或直接荧光法染色。 2)血清学 微量免疫荧光试验(MIF)是目前国际上最常用的衣原体血清学的标准方法,其敏感性远远高于以衣原体属特异性抗原为抗原的补体结合试验(CF),也优于以脂多糖(LPS)为基础的酶免疫测定(EIA)。血清学诊断标准:对于任何衣原体种,如MIF试验IgG≥1:512和(或)IgM≥1:32,则在排除类风湿因子(RF)所致的假阳性后可诊断为近期感染;双份血清抗体滴度4倍或以上升高也诊断为近期感染;IgG≥1:16但<1:512,且IgM抗体阴性,提示肺炎衣原体既往感染。3)PCR试验 PCR已成功应用于标本中肺炎衣原体的检测,如咽拭子标本。研究显示,PCR技术比传统的培养法敏感性高25%。另外,PCR的优点还在于不需要活的肺炎衣原体,因此运输或冻存不当造成的衣原体死亡不影响检测结果。6.诊断标准肺炎衣原体肺炎的临床表现没有特异性,确诊完全依赖实验室检查。呼吸道标本培养得到肺炎衣原体;血清肺炎衣原体抗体滴度呈4倍或4倍以上变化(增高或降低),同时肺炎衣原体抗体滴度(微量免疫荧光试验)≥1:32,可明确诊断。血清肺炎衣原体 IgG抗体滴度≥1:512或IgM抗体滴度≥1:16(微量免疫荧光试验)为有意义,应高度怀疑肺炎衣原体感染。7.鉴别诊断肺炎衣原体肺炎与肺炎支原体肺炎、军团菌肺炎及某些病毒性肺炎的临床表现相似,鉴别诊断也基本上依赖实验室检查。(二)鹦鹉热肺炎1.概述鹦鹉热是由一种革兰阴性、不活动病原体-鹦鹉热衣原体所引起。该病原体具有其他衣原体特性,为专性细胞内寄生物,寄生于鹦鹉和其他禽类(如鸡、鸭、火鸡、鸽、孔雀、雀类)的组织、血液和粪便中。与上述禽类接触或吸入鸟粪可得病;在急性发病期,亦偶可通过呼吸道引起人与人之间的传播。人受感染后,持续带病原体可达十年之久。本病绝大多数为散发。2.生理病理该病原体被吸入后,进入血行到达肝、脾的单核一巨噬细胞中繁殖,再经血行播散至肺或其他器官。肺内病变常开始于肺门,血。旨周围有炎症反应并向周围扩散,引起小叶性和间质性肺炎,尤以肺叶或肺段的下垂部位明显;细支气管及支气管上皮引起脱屑和坏死;肺泡中有炎症细胞和水肿液渗出,伴少量出血。严重者可有肺组织坏死和肺门淋巴结肿大,有时产生胸膜炎反应,肝脏可出现局部坏死,脾可肿大,心、肾、神经系统以及消化道均可受累产生病变。3.临床表现本病潜伏期为1~2周,长者可达4周。发病多隐匿。症状可似流感,产生严重肺炎始有发冷、发热,体温逐渐升高,可达40℃以上,伴相对缓脉。患者感乏力、肌痛、关节痛,可有鼻或斑疹,1周左右出现咳嗽,伴少量黏痰或痰中带血。此外,患者尚可出现恶心、呕吐、腹痛等消化道症状,以及嗜睡、谵妄、木僵、抽搐等精神症状,以儿童为多见。重者可有实变体征,偶出现肝脾肿大。X线征象示两肺浸润灶,从肺门向外放射,病灶可融合呈叶性分布,下叶较多。常有弥漫性支气管肺炎或间质性肺炎表现,有时可见粟粒样或明显实变阴影或少量胸腔积液。白细胞计数正常或轻度增高。4.诊断标准主要根据有关职业史、接触史及血液和支气管分泌物做细胞培养发现病原体进行诊断。血清补体结合试验阳性虽不能区别衣原体的种类,但若结合接触史仍不失为目前简便的诊断方法。双份血清抗体滴度有4倍增加或单次效价在1:64以上,即具诊断价值。目前采用直接免疫荧光法,以单克隆荧光检测标本的敏感性和特异性均较高。参 考 文 献[1]鲁继荣,张一宁,王玥,刘桂英,傅文永,王敏;儿童肺炎衣原体肺炎病原学检测及其临床应用[J];中华儿科杂志;2001年10期[2]刘宁;患儿肺炎支原体、衣原体诊断价值[J];检验医学;2007年02期[3]俞信忠,王卓英,吴满武,许平,曾艳,郑淑芳;335例儿童肺炎衣原体急性下呼吸道感染分析[J];中华医院感染学杂志;2004年11期

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