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1.1網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展對光纖提出新的要求
不管下一代網(wǎng)絡(luò)如何發(fā)展,一定將要達到三個世界,即服務(wù)層面上的IP世界、傳送層面上的光的世界和接入層面上的無線世界。下一代傳送網(wǎng)要求更高的速率、更大的容量,這非光纖網(wǎng)莫屬,但高速骨干傳輸?shù)陌l(fā)展也對光纖提出了新的要求。
(1)擴大單一波長的傳輸容量
(2)實現(xiàn)超長距離傳輸
(3)適應DWDM技術(shù)的運用
1.2光纖標準的細分促進了光纖的準確應用
光纖標準的細分促進了光纖的準確使用,細化標準的同時也提高了一些光纖的指標要求(如有些光纖幾何參數(shù)的容差變?。?,明確了對不同的網(wǎng)絡(luò)層次和不同的傳輸系統(tǒng)中使用的光纖的不同指標要求(如PMD值的規(guī)定),并提出了一些新的指標概念(如"色散縱向均勻性"等),對合理使用光纖取得了很好的作用。所有這些建議的修改、子建議的出現(xiàn)及新子建議的起草,都意味著光纖分類及指標、測試方法有某些改進,或有重要的提升;都標志著要求光纖質(zhì)量的提高或運用方向上的調(diào)整,是值得注意的光纖技術(shù)新動向。
1.3新型光纖在不斷出現(xiàn)
為了適應市場的需要,光纖的技術(shù)指標在不斷改進,各種新型光纖在不斷涌現(xiàn),同時各大公司正加緊開發(fā)新品種。
(1)用于長途通信的新型大容量長距離光纖
主要是一些大有效面積、低色散維護的新型G.655光纖,其PMD值極低,可以使現(xiàn)有傳輸系統(tǒng)的容量方便地升級至10~40Gbit/s,并便于在光纖上采用分布式拉曼效應放大,使光信號的傳輸距離大大延長。
(2)用于城域網(wǎng)通信的新型低水峰光纖
城域網(wǎng)設(shè)計中需要考慮簡化設(shè)備和降低成本,還需要考慮非波分復用技術(shù)(CWDM)應用的可能性。低水峰光纖在1360~1460nm的延伸波段使帶寬被大大擴展,使CWDM系統(tǒng)被極大地優(yōu)化,增大了傳輸信道、增長了傳輸距離。
(3)用于局域網(wǎng)的新型多模光纖
雖然多模光纖比單模光纖價格貴50%~100%,但是它所配套的光器件可選用發(fā)光二極管,價格則比激光管便宜很多,而且多模光纖有較大的芯徑與數(shù)值孔徑,容易連接與耦合,相應的連接器、耦合器等元器件價格也低得多。由于局域網(wǎng)發(fā)展的需要,它仍然得到了廣泛使用。
(4)前途未卜的空芯光纖
據(jù)報道,美國一些公司及大學研究所正在開發(fā)一種新的空芯光纖,即光是在光纖的空氣夠傳輸。從理論上講,這種光纖沒有纖芯,減小了衰耗,增長了通信距離,防止了色散導致的干擾現(xiàn)象,可以支持更多的波段,并且它允許較強的光功率注入,預計其通信能力可達到目前光纖的100倍。歐洲和日本的一些業(yè)界人士也十分關(guān)注這一技術(shù)的發(fā)展,越來越多的研究證明空芯光纖似有可能。
2.光纜技術(shù)的發(fā)展特點
2.1光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展使得光纜的新結(jié)構(gòu)不斷涌現(xiàn)
光纜的結(jié)構(gòu)總是隨著光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展、使用環(huán)境的要求而發(fā)展的。新一代的全光網(wǎng)絡(luò)要求光纜提供更寬的帶寬、容納更多的波長、傳送更高的速率、便于安裝維護、使用壽命更長等。近年來,光纜結(jié)構(gòu)的發(fā)展可歸納為以下一些特點。
(1)光纜結(jié)構(gòu)根據(jù)使用的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境有了明確的光纖類型的選擇,如干線網(wǎng)光纖、城域網(wǎng)光纖、接入網(wǎng)光纖、局域網(wǎng)光纖等,這決定了大范圍內(nèi)光纜光纖傳輸特性的要求,具體運用的條件還有可依據(jù)的細分的標準及指標;
(2)光纜結(jié)構(gòu)除考慮光纜使用環(huán)境條件以外,越來越多的與其施工方法、維護方法有關(guān),必須統(tǒng)一考慮,配套設(shè)計;
(3)光纜新材料的出現(xiàn),促進了光纜結(jié)構(gòu)的改進,如干式阻水料、納米材料、阻燃材料等的采用,使光纜性能有明顯改進。
2.2光纜的自動維護、適時監(jiān)測系統(tǒng)已逐漸完善,可保證大容量高速率的光纜不中斷傳輸
光纜的維護對于保證網(wǎng)絡(luò)的可靠性是十分重要。在已開通的光網(wǎng)絡(luò)中,光纜的維護和監(jiān)測應該是在不中斷通信的前提下進行的,一般通過監(jiān)測空閑光纖(暗光纖)的方式來檢測在用光纖的狀態(tài),更有效的方式是直接監(jiān)測正在通信的光纖。雖然ITU-T長時間收集和討論了國際上的最新資料,于1996年了L.25光纜網(wǎng)絡(luò)維護的建議書,對光纜的預防性維護和故障后維護規(guī)定了詳細的維護范圍和功能,但已經(jīng)不能滿足當前的需要,目前最新的建議是2001年12月IUT-TSG16會議通過的"光纜網(wǎng)絡(luò)的維護監(jiān)測系統(tǒng)"(L.40建議)。為了進一步縮短檢測及修復時間,美國朗訊公司曾提出了新一代光纖測試及監(jiān)控系統(tǒng),能在1s內(nèi)發(fā)出故障告警,3min內(nèi)找到故障點,且工作人員可以遙控操作,據(jù)稱該系統(tǒng)還將開發(fā)有故障預測及對斷纖(纜)的快速反應能力。
3.光纖光纜技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展中幾個值得思考的問題
3.1積極創(chuàng)新開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新技術(shù)
雖然這幾年來,我國光纖光纜技術(shù)有很大發(fā)展,有一些具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)已在發(fā)揮作用,但是應該看到這種比例仍是很小的,國內(nèi)有近200家光纖光纜廠,但大多產(chǎn)品單一,沒有自主的知識產(chǎn)權(quán),技術(shù)含量較低,競爭力不強。實際上我國的光纖光纜技術(shù)應該說與國際水平己差距下大,因此我們作為世界第二的光纜大國,應該把開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)作為我們工作的重中之重,爭取創(chuàng)造更多的光纖光纜專利。
3.2開發(fā)具有先進技術(shù)水平、與使用環(huán)境、施工技術(shù)相配套的新產(chǎn)品
電信網(wǎng)絡(luò)在不斷發(fā)展的同時也對光纜電纜產(chǎn)品不斷提出新的要求。不難發(fā)現(xiàn),光纜的結(jié)構(gòu)越來越依賴于使用的環(huán)境條件及施工的具體要求,在海底光纜、淺水光纜、ADSS及OPGW光纜的開發(fā)中,會對這一點有深刻的體會。而今后光纜建設(shè)的重點將會隨著接入網(wǎng)、用戶駐地網(wǎng)的建設(shè)不斷展開,新一代的光纜結(jié)構(gòu)和施工技術(shù)也會基于如微型光纜、吹入或漂浮安裝及迷你型微管或小管系統(tǒng)的全套技術(shù)而有一系列新的變化,以便有限的敷設(shè)空間得到充分、靈活的利用。這當中也包含了若干光纜設(shè)計、制造工藝、光纖光纜材料、施工安裝方面的新的技術(shù)課題。一些國家或公司已取得了一些經(jīng)驗,正逐漸形成新的系統(tǒng)技術(shù)專利。我國的用戶眾多,接入網(wǎng)和用戶駐地網(wǎng)具有很多的特色,對接入光纜也會有更多的要求,為我們研究和創(chuàng)新接入網(wǎng)和用戶駐地網(wǎng)光纜結(jié)構(gòu)提供了很好的機會。
3.3抓住西部大開發(fā)的大好機遇,發(fā)展光纖光纜技術(shù)與產(chǎn)業(yè)
西部大開發(fā)是國家的重大策略,國家制定了有利的政策,政府對發(fā)展通信等行業(yè)也給予了大力的支持。西部是一個地域復雜、分布較寬、通信相對落后的地區(qū)。經(jīng)濟大發(fā)展中,通信要先行,需要一些與之相適應的光纖光纜的先進產(chǎn)品來配合發(fā)展的需求。因此,符合條件的產(chǎn)品將會在這里找到很好的市場。西電東送、西氣東輸?shù)染薮蠊こ桃残枰罅康母哔|(zhì)量的ADSS、OPGW等型式的光纜相配套。因此光纖光纜的各種技術(shù)、產(chǎn)品及成果都會在西部開發(fā)中得到發(fā)揮。同時西部現(xiàn)代化的建設(shè)對我們的產(chǎn)品提出了許多新的難題,光纖光纜行業(yè)在開發(fā)大西部的同時也會得到更好的改造和創(chuàng)新的機會,促進自身技術(shù)水平的提升和發(fā)展。
[論文摘要]制造技術(shù)是發(fā)展制造業(yè)的關(guān)鍵技術(shù),是創(chuàng)造財富和為科學技術(shù)發(fā)展提供先進手段的基礎(chǔ)。分析我國先進機械制造技術(shù)的特點及發(fā)展現(xiàn)狀,并闡述我國先進機械制造技術(shù)的發(fā)展趨勢。
在人類社會的發(fā)展中,制造技術(shù)不斷發(fā)展。從人類使用天然工具到制造工具,從簡單的手工制造到簡易機床的出現(xiàn),人們一直為搜尋更有效更迅捷的制造技術(shù)而努力。機械制造技術(shù)是研究產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)、加工制造、銷售使用、維修服務(wù)乃至回收再生的整個過程的工程學科,是以提高質(zhì)量、效益、競爭力為目標,包含物質(zhì)流、信息流和能量流的完整的系統(tǒng)工程。隨著社會的發(fā)展,人們對產(chǎn)品的要求也發(fā)生了很大變化,要滿足人們越來越高的要求,就必須采用先進的機械制造技術(shù)。
一、先進制造技術(shù)的特點
(一)是面向21世紀的技術(shù)
先進制造技術(shù)是制造技術(shù)的最新發(fā)展階段,是由傳統(tǒng)的制造技術(shù)發(fā)展起來的,既保持了過去制造技術(shù)中的有效要素,又要不斷吸收各種高新技術(shù)成果,并滲透到產(chǎn)品生產(chǎn)的所有領(lǐng)域及其全部過程。先進制造技術(shù)與現(xiàn)代高新技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生了一個完整的技術(shù)群,它是具有明確范疇的新的技術(shù)領(lǐng)域,是面向21世紀的技術(shù)。
(二)是面向工業(yè)應用的技術(shù)
先進制造技術(shù)并不限于制造過程本身,它涉及到產(chǎn)品從市場調(diào)研、產(chǎn)品開發(fā)及工藝設(shè)計、生產(chǎn)準備、加工制造、售后服務(wù)等產(chǎn)品壽命周期的所有內(nèi)容,并將它們結(jié)合成一個有機的整體。先進制造技術(shù)的應用特別注意產(chǎn)生最好的實際效果,其目標是為了提高企業(yè)競爭和促進國家經(jīng)濟和綜合實力的增長。目的是要提高制造業(yè)的綜合經(jīng)濟效益和社會效益。
(三)是駕馭生產(chǎn)過程的系統(tǒng)工程
先進制造技術(shù)特別強調(diào)計算機技術(shù)、信息技術(shù)、傳感技術(shù)、自動化技術(shù)、新材料技術(shù)和現(xiàn)代系統(tǒng)管理技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計、制造和生產(chǎn)組織管理、銷售及售后服務(wù)等方面的應用。它要不斷吸收各種高新技術(shù)成果與傳統(tǒng)制造技術(shù)相結(jié)合,使制造技術(shù)成為能駕馭生產(chǎn)過程的物質(zhì)流、能量流和信息流的系統(tǒng)工程。
(四)是面向全球競爭的技術(shù)
20世紀80年代以來,市場的全球化有了進一步的發(fā)展,發(fā)達國家通過金融、經(jīng)濟、科技手段爭奪市場,傾銷產(chǎn)品,輸出資本。隨著全球市場的形成,使得市場競爭變得越來越激烈,先進制造技術(shù)正是為適應這種激烈的市場競爭而出現(xiàn)的。因此,一個國家的先進制造技術(shù),它的主體應該具有世界先進水平,應能支持該國制造業(yè)在全球市場的競爭力。
(五)是市場競爭三要素的統(tǒng)一
在20世紀70年代以前,產(chǎn)品的技術(shù)相對比較簡單,一個新產(chǎn)品上市,很快就會有相同功能的產(chǎn)品跟著上市。因此,市場競爭的核心是如何提高生產(chǎn)率。到了20世紀80年代以后,制造業(yè)要贏得市場競爭的主要矛盾已經(jīng)從提高勞動生產(chǎn)率轉(zhuǎn)變?yōu)橐詴r間為核心的時間、成本和質(zhì)量的三要素的矛盾。先進制造技術(shù)把這三個矛盾有機結(jié)合起來,使三者達到了統(tǒng)一。
二、先進機械制造技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀
近年來,我國的制造業(yè)不斷采用先進制造技術(shù),但與工業(yè)發(fā)達國家相比,仍然存在一個階段性的整體上的差距。
(一)管理方面。工業(yè)發(fā)達國家廣泛采用計算機管理,重視組織和管理體制、生產(chǎn)模式的更新發(fā)展,推出了準時生產(chǎn)(JIT)、敏捷制造(AM)、精益生產(chǎn)(LP)、并行工程(CE)等新的管理思想和技術(shù)。我國只有少數(shù)大型企業(yè)局部采用了計算機輔助管理,多數(shù)小型企業(yè)仍處于經(jīng)驗管理階段。
(二)設(shè)計方面。工業(yè)發(fā)達國家不斷更新設(shè)計數(shù)據(jù)和準則,采用新的設(shè)計方法,廣泛采用計算機輔助設(shè)計技術(shù)(CAD/CAM),大型企業(yè)開始無圖紙的設(shè)計和生產(chǎn)。我國采用CAD/CAM技術(shù)的比例較低。
(三)制造工藝方面。工業(yè)發(fā)達國家較廣泛的采用高精密加工、精細加工、微細加工、微型機械和微米/納米技術(shù)、激光加工技術(shù)、電磁加工技術(shù)、超塑加工技術(shù)以及復合加工技術(shù)等新型加工方法。我國普及率不高,尚在開發(fā)、掌握之中。
(四)自動化技術(shù)方面。工業(yè)發(fā)達國家普遍采用數(shù)控機床、加工中心及柔性制造單元(FMC)、柔性制造系統(tǒng)(FMS)、計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS),實現(xiàn)了柔性自動化、知識智能化、集成化。我國尚處在單機自動化、剛性自動化階段,柔性制造單元和系統(tǒng)僅在少數(shù)企業(yè)使用。
三、我國先進機械制造技術(shù)的發(fā)展趨勢
(一)全球化。一方面由于國際和國內(nèi)市場上的競爭越來越激烈,例如在機械制造業(yè)中,國內(nèi)外已有不少企業(yè),甚至是知名度很高的企業(yè),在這種無情的競爭中紛紛落敗,有的倒閉,有的被兼并。不少暫時還在國內(nèi)市場上占有份額的企業(yè),不得不擴展新的市場;另一方面,網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的快速發(fā)展推動了企業(yè)向著既競爭又合作的方向發(fā)展,這種發(fā)展進一步激化了國際間市場的競爭。這兩個原因的相互作用,已成為全球化制造業(yè)發(fā)展的動力,全球化制造的第一個技術(shù)基礎(chǔ)是網(wǎng)絡(luò)化,網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)使制造的全球化得以實現(xiàn)。(二)網(wǎng)絡(luò)化。網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的迅速發(fā)展和普及,給企業(yè)的生產(chǎn)和經(jīng)營活動帶來了革命性的變革。產(chǎn)品設(shè)計、物料選擇、零件制造、市場開拓與產(chǎn)品銷售都可以異地或跨越國界進行。此外,網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的快速發(fā)展,加速技術(shù)信息的交流、加強產(chǎn)品開發(fā)的合作和經(jīng)營管理的學習,推動了企業(yè)向著既競爭又合作的方向發(fā)展。
(三)虛擬化。制造過程中的虛擬技術(shù)是指面向產(chǎn)品生產(chǎn)過程的模擬和檢驗。檢驗產(chǎn)品的可加工性、加工方法和工藝的合理性,以優(yōu)化產(chǎn)品的制造工藝、保證產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)周期和最低成本為目標,進行生產(chǎn)過程計劃、組織管理、車間調(diào)度、供應鏈及物流設(shè)計的建模和仿真。虛擬化的核心是計算機仿真,通過仿真軟件來模擬真實系統(tǒng),以保證產(chǎn)品設(shè)計和產(chǎn)品工藝的合理性,保證產(chǎn)品制造的成功和生產(chǎn)周期,發(fā)現(xiàn)設(shè)計、生產(chǎn)中不可避免的缺陷和錯誤。
(四)自動化。自動化是一個動態(tài)概念,目前它的研究主要表現(xiàn)在制造系統(tǒng)中的集成技術(shù)和系統(tǒng)技術(shù)、人機一體化制造系統(tǒng)、制造單元技術(shù)、制造過程的計劃和調(diào)度、柔性制造技術(shù)和適應現(xiàn)化生產(chǎn)模式的制造環(huán)境等方面。制造自動化技術(shù)的發(fā)展趨勢是制造全球化、制造敏捷化、制造網(wǎng)絡(luò)化、制造虛擬化、制造智能化和制造綠色化。
(五)綠色化。綠色制造則通過綠色生產(chǎn)過程、綠色設(shè)計、綠色材料、綠色設(shè)備、綠色工藝、綠色包裝、綠色管理等生產(chǎn)出綠色產(chǎn)品,產(chǎn)品使用完以后再通過綠色處理后加以回收利用。采用綠色制造能最大限度地減少制造對環(huán)境的負面影響,同時使原材料和能源的利用效率達到最高。
四、結(jié)語
制造技術(shù)不僅是衡量一個國家科技發(fā)展水平的重要標志,也是國際間科技競爭的重點。我國正處于經(jīng)濟發(fā)展的關(guān)鍵時期,制造技術(shù)是我們的薄弱環(huán)節(jié)。只有跟上發(fā)展先進制造技術(shù)的世界潮流,將其放在戰(zhàn)略優(yōu)先地位,并以足夠的力度予以實施,才能盡快縮小與發(fā)達國家的差距,才能在激烈的市場競爭中立于不敗之地??傊?在我國研究和發(fā)展先進制造技術(shù)勢在必行。
參考文獻:
[1]馬曉春,我國現(xiàn)代機械制造技術(shù)的發(fā)展趨勢[J].森林工程,2002(3).
[論文摘要]隨著人類對自身健康的關(guān)注及生活水平的提高,冷凍技術(shù)被廣泛的應用到了食品加工技術(shù)上,主要對冷凍技術(shù)的發(fā)展和應用作闡述。
近年來,人類的生活水平的提高,高品質(zhì)、高附加值產(chǎn)品日益增加,高檔飲料、果汁、生物制藥等也逐漸成為人們?nèi)粘OM的主體。推動了食品的加工技術(shù)與方法的發(fā)展,食品原料中含有的營養(yǎng)成分與風味物質(zhì)等要得到最大限度的保護就離不開冷凍濃縮技術(shù)。
一、冷凍濃縮技術(shù)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
(一)國外發(fā)展概況
自上世紀50年代末學者們開始關(guān)注冷凍濃縮這一工藝以來,人類對冷凍濃縮技術(shù)的研究已有較長的歷史。荷蘭Eindhoven大學Thijssen等在70年代成功地利用奧斯特瓦爾德成熟效應設(shè)置了再結(jié)晶過程造大冰晶,并建立了冰晶生長與種晶大小及添加量的數(shù)學模型,從此冷凍濃縮技術(shù)被應用于工業(yè)化生產(chǎn)。依此制造的Grenco冷凍濃縮設(shè)備在食品工業(yè)中用于果汁、葡萄酒、咖啡提取物、牛奶等的濃縮,得到了高質(zhì)量的產(chǎn)品。
之后,Shirai等為降低成本在采用懸浮結(jié)晶冷凍法時將小冰晶凝聚成為大冰晶來減小單位體積冰晶的表面積。研究者以10%(質(zhì)量分數(shù))的葡萄糖溶液做試料,在0.212K的過冷卻度下,添加占溶液總量6%(質(zhì)量分數(shù))的種晶,經(jīng)7h凝聚成直徑為0.77mm~2.85mm的大冰晶。他們還將此方法用于海水淡化及燒酒廢液處理等方面。MarinoRodriguez等[3]對比研究了反滲透法和冷凍濃縮法在從廢水中去除戊酸中的應用,兩種操作方法的經(jīng)濟運算結(jié)果表明冷凍濃縮法的能耗雖是反滲透的五倍,但卻正好折中了反滲透中所用膜的代價。
F.A.Ramos將冷凍濃縮技術(shù)應用于一種生長于安第斯山脈的漿果,發(fā)現(xiàn)此技術(shù)并未改變其果肉的色澤及PH值,并明顯降低了揮發(fā)性物質(zhì)的損失量,且很好地保留了漿果獨特的香味。
OsatoMiyawaki將管式結(jié)冰漸進式冷凍濃縮系統(tǒng)應用于咖啡萃取物可其溶液濃縮至30%,含果肉的番茄汁可濃縮至12.5%,而將夾帶有5%果肉的冰相溶解再次經(jīng)過管狀結(jié)冰器濃縮后所得冰相的濃度低至0.25%,如果事先將果肉去除,則番茄汁可濃縮至40%,蔗糖水溶液可由41.8%濃縮至54.8%,且濃縮效果非常好。
(二)國內(nèi)研究及應用現(xiàn)狀
由于冷凍濃縮的基本原理很簡單,我國傳統(tǒng)的老陳醋生產(chǎn)工藝中就曾應用過冷凍濃縮技術(shù)。近年來,該技術(shù)在國內(nèi)已被廣泛應用于各行業(yè)中,并在相關(guān)理論和設(shè)備開發(fā)上取得了許多新進展。
1.釀酒業(yè)。冷凍濃縮的優(yōu)勢尤其可用于釀酒產(chǎn)業(yè)。冷凍濃縮技術(shù)最先在啤酒工業(yè)中應用,可在除去冰晶的同時除去形成混濁的多酚、丹寧酸等物質(zhì),從而減少啤酒的貯存容積,特別是對冷凍濃縮后的啤酒采用混合水技術(shù)可以完全恢復到原來的啤酒。后來,有人通過對葡萄酒進行冷凍分離試驗,發(fā)現(xiàn)酒精和還原糖比較易于利用冷凍法在液相中進行濃縮分離,通過冷凍濃縮技術(shù)改善了干白葡萄酒的品質(zhì)。
2.果汁工業(yè)。我國是生產(chǎn)甘蔗的大國,將糖蔗改種果蔗并加工成甘蔗汁既解決了甘蔗的銷路,又滿足了人們對果汁日益增長的需要。甘蔗汁的熱敏性很強,對其進行普通的蒸發(fā)濃縮極容易使甘蔗汁焦糖化,喪失其特有的風味。應用冷凍濃縮工藝對甘蔗汁的處理,對濃縮前后的甘蔗汁進行了感官上的比較,發(fā)現(xiàn)濃縮后的甘蔗汁品質(zhì)穩(wěn)定,除了在顏色、氣味、甜味方面感覺更加濃重外,其它基本保持了冷凍濃縮前甘蔗汁的原有風味。
3.制藥業(yè)。冷凍濃縮已發(fā)展應用到制藥工業(yè),因此它為開發(fā)新產(chǎn)品和改良品種大開方便之門,并且通過其高效的加工節(jié)省能源。用冷凍濃縮工藝對中藥水提取液進行中試規(guī)模的濃縮試驗制取口服液,試驗表明用冷凍濃縮工藝代替真空蒸發(fā)濃縮可免去某些口服液制造過程中的醇沉工序,從而改善口服液的口感。
由于木聚糖酶解所得到的低聚木糖溶液常常需要脫水濃縮,如采用真空蒸發(fā)濃縮,可能導致低聚木糖在加熱管表面結(jié)焦變性,降低產(chǎn)品的質(zhì)量。江華等研究了低聚木糖溶液冷凍濃縮時的冰晶生長動力學以及懸浮結(jié)晶法冷凍濃縮低聚木糖溶液過程中各因素對低聚木糖在固液兩相中分配的影響,為低聚木糖冷凍濃縮過程的開發(fā)利用提供了理論依據(jù)。二、冷凍技術(shù)發(fā)展方向
食品冷凍濃縮技術(shù)與傳統(tǒng)濃縮方法相比,其濃縮產(chǎn)品的質(zhì)量是最好的,但仍存在某些問題。當物料粘度高時難以生成大冰晶,且由于迅速冷卻而形成的微小冰晶不能徹底從母液中分離出來,難以回收附在冰晶上的可溶性固形物和一些有效成分,從而限制了它的推廣與使用。
近年來有關(guān)冷凍濃縮的理論和技術(shù)又取得一些新進展。其中,將冰核細菌(IceNucleation-ActiveBacteria,簡稱INA細菌)用于食品冷凍濃縮中,是生物技術(shù)在食品中的一項獨特應用。國外已有相關(guān)文獻報道,表明INA細菌可顯著提高食品的過冷點,縮短冷凍時間,節(jié)省大量能源;還可促進較大冰晶的生長,使結(jié)晶操作成本降低,同時又使分離操作所需費用及因冰晶夾帶所引起的溶質(zhì)損失減少。
Kumeno等用X.campestrisINXC-1對蛋清冷凍濃縮后加熱形成硬膠,其物理性質(zhì)如起泡性、穩(wěn)定性、硬度、粘彈性等均優(yōu)于常規(guī)生產(chǎn)的產(chǎn)品。Minjung等用P.syringae冷凍濃縮蘋果汁,加入細菌的樣品在-2.2℃就出現(xiàn)冰核并開始結(jié)冰,而不加細菌的樣品則無結(jié)冰現(xiàn)象。
Watanabe等用海藻酸鈣包埋E.ananas制成活性膠囊,加入蛋清中做冷凍試驗,發(fā)現(xiàn)加了細菌的約在-3℃就有冰晶析出,而沒加的則在-18℃才有冰晶出現(xiàn),熔化冰晶階段無顯著差異;又用E.ananas冷凍濃縮檸檬汁,濃縮汁的可溶性固形物回收率高,風味營養(yǎng)成分保持好,GC分析和感官評定均表明與原汁無異。
三、冷凍技術(shù)的發(fā)展前景
冷凍濃縮技術(shù)現(xiàn)已證明優(yōu)質(zhì)可靠,極具市場活力。隨著社會的進步,經(jīng)濟的發(fā)展,人們生活水平的提高,冷凍濃縮這一低能耗、可生產(chǎn)高質(zhì)量產(chǎn)品的加工技術(shù)具有很大的發(fā)展?jié)摿?。此方法除了用于濃縮,也可考慮用于有機廢水的處理,活性物質(zhì)的回收再利用等方面。同時,整體的冰結(jié)晶又是很好的蓄冷、降溫用冷源。這些方面對于保護環(huán)境、促進資源的再利用都是很有意義的。
對食品冷凍濃縮技術(shù)來說,應在提高冰晶純度、減少固形物損失及降低生產(chǎn)成本方面加以深入研究,這樣才能充分發(fā)揮其自身的優(yōu)勢。冰核微生物用于食品冷凍濃縮中,屬于生物技術(shù)與食品加工相結(jié)合的一項高新技術(shù),極富應用潛力。
參考文獻:
[1]詹曉北.冷凍濃縮技術(shù)在啤酒工業(yè)中的應用[J].冷飲與速凍食品工業(yè),1996(1):14-16.
關(guān)鍵詞:供熱技術(shù);問題;發(fā)展}
1概述
隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展,我國的城市供熱事業(yè)獲得了長足的發(fā)展,全國集中供熱面積已達86540萬平米。在規(guī)模擴張的同時,供熱新技術(shù)、新材料、新設(shè)備、新工藝不斷得到推廣應用。展望未來,要加快科技成果的轉(zhuǎn)化和應用,使供熱系統(tǒng)工藝、設(shè)備、設(shè)計、施工和管理的技術(shù)水平有較大提高,縮小與供熱發(fā)達國家的差距,為我國的環(huán)境保護和經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展作出貢獻。
要實現(xiàn)供熱技術(shù)的進步,關(guān)鍵在于抓好二個方面的工作:
一是建立完善的技術(shù)開發(fā)體系;
二是推廣供熱節(jié)能新技術(shù)。
2城市供熱技術(shù)發(fā)展存在的問題
2.1集中供熱目前正受到其他采暖(制冷)能源和供應方式的有力競爭
以煤炭為燃料的熱電聯(lián)產(chǎn)和集中鍋爐房供熱受到嚴峻挑戰(zhàn):
一是如何降低初投資(包括熱源、熱網(wǎng)、熱力站的投資);
二是如何完善供熱系統(tǒng),加強企業(yè)管理,降低供熱成本。
2.2二氧化硫污染的問題
我國的供熱鍋爐主要以中小燃煤鍋爐為主,量大面廣。由于中小鍋爐煙氣排放高度低,對城市環(huán)境空氣的污染相對較大??刂浦行∪济哄仩t造成的低空污染是改善城市環(huán)境空氣質(zhì)量的關(guān)鍵之一。因而應積極尋求脫硫效率高、運行費用低、一次投資少的好技術(shù)項目。
3城市供熱技術(shù)未來發(fā)展展望
預計今后十年,集中供熱企業(yè)將實現(xiàn)由粗放型經(jīng)營到質(zhì)量、效益型的轉(zhuǎn)變,集中供熱效率的提高有賴于技術(shù)發(fā)展的創(chuàng)新與推廣,具體表現(xiàn)在以下幾個方面:
3.1供熱自動化控制水平提高
鍋爐自動控制、換熱站自動控制、無人值守自動供熱機組等將得到廣泛應用、自動化控制水平的提高,不僅保證了供熱的可靠性,而且提高了供熱效率。
3.2大型供熱機組比重增加
一些城市未滿足熱負荷的急劇增加,正建設(shè)單機容量100兆瓦以上的大型供熱機組,代替小型供熱機組,200兆瓦以上的供熱機組也在太原、北京、沈陽等城市投入運行,大型供熱機組比重將日益增加。
3.3城市熱、電、冷聯(lián)產(chǎn)快速發(fā)展
隨著城市建設(shè)的發(fā)展,既需供熱又供冷的公用建筑大量增加,一些城市以熱電廠為熱源,實行熱、電、冷聯(lián)供。夏季熱負荷的增加,使熱電廠的綜合效益明顯提高。
3.4分戶計量開始實施
隨著《中華人民共和國節(jié)約能源法》的頒布實施和人們節(jié)能意識的提高,以促進供熱系統(tǒng)和節(jié)能為目的的采暖分戶計量工作開始實施,溫控閥、熱量表、自力式壓差控制器、自力時流量調(diào)節(jié)閥、變頻循環(huán)水泵、蓄熱器等在供熱系統(tǒng)中推廣應用。
3.5大力推廣鍋爐節(jié)能技術(shù)
利用鍋爐自動控制,分層給煤燃燒,水泵、風機的變頻調(diào)速等技術(shù),高效省煤器等降低鍋爐房能耗指標。
3.6開始使用潔凈燃料
隨著人們生活水平的提高和環(huán)境意識的加強,以油、氣、水煤漿等潔凈的燃料代替煤炭而作為都市使用的主要一次能源已成為必然趨勢。部分城市開始發(fā)展燃氣——蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電熱電廠,已達到高效、節(jié)能、減少污染、提高電網(wǎng)調(diào)峰能力的目的。
3.7供熱新能源開發(fā)方興未艾
地熱能、核能、熱泵、垃圾焚燒、生物質(zhì)能等新能源的開發(fā)利用日益得到重視,促進了供熱能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整,環(huán)保效益和經(jīng)濟效益十分明顯。
(1)地熱能。地球是一座天然的巨大能源庫,它內(nèi)部蘊藏著大量熱能。地熱能為地球上存儲的全部煤燃燒時放出的熱量的一億七千萬倍。地熱能取自“天然的地下鍋爐”,不需要燃燒任何燃料,更省去了復雜龐大的燃料運輸和燃燒系統(tǒng),避免熱因燃燒而產(chǎn)生的污染,因此是一種清潔、廉價的能源。我國的華北、山東半島、遼東半島等地區(qū)蘊藏有地熱資源,合理開發(fā)利用,將對改善供熱能源結(jié)構(gòu)、減少污染起巨大作用。
(2)垃圾燃燒等新熱源。垃圾焚燒可實現(xiàn)垃圾的無害化、降量化及資源化,將垃圾焚燒產(chǎn)生的熱能用于供熱或發(fā)電,使城市垃圾成為新能源變?yōu)榭赡?,這既有利于環(huán)境保護,又可獲得較好的經(jīng)濟效益。丹麥首都哥本哈根安裝有近十座垃圾焚燒爐,生產(chǎn)的熱水用于集中供熱。而我國南方深圳等城市也已經(jīng)有垃圾焚燒的成功的經(jīng)驗,利用垃圾焚燒技術(shù)處理城市垃圾以被越來越多的城市所采納。
分布式能源技術(shù)是中國可持續(xù)發(fā)展的必須選擇。中國人口眾多,自身資源有限,按照目前的能源利用方式,依靠自己的能源是絕對不可能支撐13億人的“全面小康”,使用國際能源不僅存在著能源安全的嚴重制約,而且也使世界的發(fā)展面臨一系列新的問題和矛盾。中國必須立足于現(xiàn)有能源資源,全力提高資源利用效率,擴大資源的綜合利用范圍,而分布式能源無疑是解決問題的關(guān)鍵技術(shù)。
今年以來,美國和加拿大、英國、澳大利亞、丹麥和瑞典、意大利等國的相繼發(fā)生的大停電事故,深刻說明傳統(tǒng)能源供應形式存在著嚴重的技術(shù)缺陷,隨著時代的發(fā)展,特別是信息社會的發(fā)展,已經(jīng)不可能繼續(xù)支撐人類文明的發(fā)展進程,必須加快信息時代的新型能源體系的建立,分布式能源是該體系的核心技術(shù)。
分布式能源技術(shù)的發(fā)展,為中國與世界發(fā)達國家重新回歸同一起跑線創(chuàng)造了一個新機遇,如同手機和家電一樣,它有可能使中國依據(jù)市場優(yōu)勢迅速占據(jù)世界領(lǐng)先地位。
所謂“分布式能源”是指分布在用戶端的能源綜合利用系統(tǒng)。一次能源以氣體燃料為主,可再生能源為輔,利用一切可以利用的資源;二次能源以分布在用戶端的熱電冷(植)聯(lián)產(chǎn)為主,其他中央能源供應系統(tǒng)為輔,實現(xiàn)以直接滿足用戶多種需求的能源梯級利用,并通過中央能源供應系統(tǒng)提供支持和補充;在環(huán)境保護上,將部分污染分散化、資源化,爭取實現(xiàn)適度排放的目標;在管理體系上,依托智能信息化技術(shù)實現(xiàn)現(xiàn)場無人職守,通過社會化服務(wù)體系提供設(shè)計、安裝、運行、維修一體化保障;各系統(tǒng)在低壓電網(wǎng)和冷、熱水管道上進行就近支援,互保能源供應的可靠。分布式能源實現(xiàn)多系統(tǒng)優(yōu)化,將電力、熱力、制冷與蓄能技術(shù)結(jié)合,實現(xiàn)多系統(tǒng)能源容錯,將每一系統(tǒng)的冗余限制在最低狀態(tài),利用效率發(fā)壞發(fā)揮到最大狀態(tài),以達到節(jié)約資金的目的。
分布式能源技術(shù)的基礎(chǔ)科學主要在以下幾個方面:
1、動力與能源轉(zhuǎn)換設(shè)備;
2、一次和二次能源相關(guān)技術(shù);
3、智能控制與群控優(yōu)化技術(shù);
4、綜合系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù);
5、資源深度利用技術(shù)。
動力與能源轉(zhuǎn)換設(shè)備:
主要是指一些基于傳統(tǒng)技術(shù)的完善和新技術(shù)的發(fā)展。
(1)小型燃氣輪機——在小型航空渦輪發(fā)動機技術(shù)的基礎(chǔ)上,實現(xiàn)地面發(fā)電和供熱的聯(lián)產(chǎn)技術(shù)。目前中國在這一技術(shù)上已經(jīng)可以開發(fā)相應產(chǎn)品,主要的問題是需要提高設(shè)備的能源轉(zhuǎn)換效率,提高可靠性,延長設(shè)備檢修周期,提高設(shè)備的自動智能控制水平;
(2)微型燃氣輪機——這是基于汽車發(fā)動機增壓渦輪技術(shù)的延伸,關(guān)鍵技術(shù)在于精密鑄造和燒結(jié)金屬陶瓷轉(zhuǎn)子,空氣或磁懸浮軸承,高效回熱利用技術(shù),永磁發(fā)電技術(shù),可控硅變頻控制技術(shù)等。由于技術(shù)層次并不高,其中許多項目已經(jīng)有專家在研究,只要國家真正重視,中國完全可以趕超世界先進水平;
(3)燃氣內(nèi)燃機——內(nèi)燃機技術(shù)對于中國已經(jīng)非常成熟,但是燃氣內(nèi)燃機的制造水平與國際先進設(shè)備還存在比較大的差距,主要是轉(zhuǎn)換效率、排放控制、電子控制和設(shè)備大修周期等,此外,國外正在發(fā)展的預燃、回熱、增壓渦輪技術(shù),以及電子變頻等技術(shù),都是發(fā)展的重要方向;
(4)斯特林發(fā)動機——外燃式斯特林技術(shù)中國已經(jīng)有了比較大的突破,上海711所已經(jīng)可以生產(chǎn)該技術(shù)的產(chǎn)品,目前主要是提高設(shè)備可靠性和發(fā)電效率,以及自動化控制水平;
(5)燃料電池——該技術(shù)有質(zhì)子交換膜、固體氧化物、熔融硅酸鹽和氫氧重整等多種技術(shù)方式,該技術(shù)應用極為廣泛,污染極小,而且可以同燃氣輪機技術(shù)整合,發(fā)電效率將可能達到80%,是未來最具有發(fā)展價值的技術(shù);
(6)微型蒸汽輪機——蒸汽輪機是非常傳統(tǒng)的技術(shù),但是利用一部噪音小、振動小、運行方便可靠的小型蒸汽輪機代替熱交換器,將其中一部分能量轉(zhuǎn)換為價值較高的電能,或者利用蒸汽管網(wǎng)中較低品位的蒸汽為制冰機組提供低溫冷能,可以更好地利用蒸汽中的能量;
(7)微型水輪機和微型抽水蓄能電站——小型、微型水輪機組不僅可以在任何有水位落差的地方使用,而且可以廣泛利用在分布式能源項目上。利用自來水管網(wǎng)的水能壓力,或者建筑物可能產(chǎn)生的落差進行發(fā)電,并在用電低谷進行抽水蓄能,新型的微型水輪發(fā)電機組將何以采用電子變頻控制技術(shù),調(diào)整電能品質(zhì);
(8)太陽能發(fā)電和太陽熱發(fā)電——利用太陽能量的發(fā)電技術(shù),關(guān)鍵是降低成本,同時需要研究與其他能源利用方式和載體進行整合,將太陽熱發(fā)電與沼氣利用整合,將光伏電池與建筑材料整合,利用光導纖維與照明技術(shù)整合等等;
(9)風能——風力發(fā)電是世界能源發(fā)展的一個重要方向,在大型風場大量利用大型風機發(fā)電將何以代替現(xiàn)有的火力發(fā)電系統(tǒng),但是對于居住分散的用戶小型高效的風力發(fā)電系統(tǒng)更加具有普及意義,小型風力發(fā)電系統(tǒng)主要需要解決的是成本、可靠性和蓄能問題;
(10)余熱制冷系統(tǒng)——利用動力機產(chǎn)生的余熱供熱制冷是分布式熱電冷三聯(lián)供系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié),尤其是制冷,可以采用吸收式制冷,也可以采用吸附式,以及余熱——動力轉(zhuǎn)換——低溫制冷等技術(shù),這些技術(shù)均比較成熟,關(guān)鍵是系統(tǒng)的集成和提高效率,以及降低造價等問題;
(11)熱泵——利用地源、水源和其他溫差資源的能源利用技術(shù),重點在于提高效率和增強于其他能源利用技術(shù)的整合能力;
(12)能量回收系統(tǒng)——諸如將建筑物內(nèi)電梯下行、汽車制動、自來水減壓等能量回收的技術(shù)以及應用設(shè)備的研發(fā)。
與分布式能源系統(tǒng)相關(guān)的一次和二次能源相關(guān)技術(shù):
(1)天然氣系統(tǒng)的優(yōu)化利用,以及管道輸送技術(shù);
(2)液化天然氣的生產(chǎn)和利用——分散化的液化天然氣生產(chǎn)技術(shù)可以充分利用石油開采中的伴生氣資源,減少溫室氣體排放,提高資源的綜合利用率,液化天然氣利用中對于冷能的有效利用可以有效節(jié)能等等,在液化天然氣利用中,將產(chǎn)生大量的新課題;
(3)煤層氣和礦井瓦斯利用,世界上可能有60%以上的礦工是死在中國的礦井里,而瓦斯爆炸是元兇之一,減少礦工死亡和提高煤層氣和礦井瓦斯資源的利用有著密切關(guān)聯(lián),利用煤層氣和礦井瓦斯發(fā)電等技術(shù)不僅可以挽救無數(shù)礦工的生命,還能有效減少溫室氣體排放,緩解全球變暖問題;
(4)可燃冰——存在于海底和高寒地區(qū)的天然氣水化合物是人類未來的主要能源,它是為分布式能源系統(tǒng)提供燃料的重要途徑;
(5)煤地下氣化——中國目前有100億噸以上的煤炭資源在開發(fā)過程中被遺棄在地下,如何利用可控地下氣化技術(shù)將其變?yōu)闅怏w燃料回收利用是中國煤炭工業(yè)的重要課題;
(6)地熱——利用和開發(fā)地熱資源,將地下低品位熱能轉(zhuǎn)換為高品位的電能或冷能是技術(shù)的關(guān)鍵;
(7)深層海水冷能——利用沿海深層海水的低溫資源,解決沿海城市的制冷問題,并降低城市熱島效應;
(8)水能——利用水利資源,特別是小型水電設(shè)施解決農(nóng)村以水代柴,保護植被;
(9)沼氣——利用城市垃圾、農(nóng)村廢棄物資源等進行發(fā)電或熱電聯(lián)產(chǎn),減少溫室氣體排放,提高資源綜合利用水平;
(10)甲醇——利用煤等礦物資源生產(chǎn)甲醇,以代替石油。甲醇可以滿足燃料電池對氫的需要;
(11)乙醇——利用植物資源生產(chǎn)乙醇,以代替石油和其他礦物燃料,乙醇可以作為燃料直接使用,也可以作為燃料電池的氫分離的原料;
(12)氫——對于氫的利用將決定人類的未來,如何從水中低成本地重整氫氣將是技術(shù)的關(guān)鍵;
(13)壓縮空氣——利用低估電力或其他能源生產(chǎn)高壓空氣,作為汽車和其他動力設(shè)備,以及分布式能源的動力源,主要解決高增壓比壓縮技術(shù)、設(shè)備小型化、材料和效率等問題。
智能控制與群控優(yōu)化技術(shù):
(1)分布式能源機組和系統(tǒng)自身的智能化控制——解決設(shè)備“無人職守”問題,能夠根據(jù)需求進行調(diào)節(jié),自動跟蹤電、熱、冷負荷;
(2)分布式能源與載體的信息互動——解決分布式能源系統(tǒng)成為智能化建筑的一個組成部分,與建筑系統(tǒng)的需求進行優(yōu)化整合,提高建筑的能源可靠性和節(jié)能性;
(3)分布式能源機組的聯(lián)合控制——分布式能源采用模塊化組合設(shè)計,需要對模塊組合聯(lián)合控制,根據(jù)需求變化進行智能調(diào)節(jié),決定每一模塊的運行狀態(tài)和模塊之間的調(diào)節(jié)優(yōu)化關(guān)系;
(4)遠程遙控——通過電話線、因特網(wǎng)、無線網(wǎng)絡(luò)和電源線對設(shè)備進行遠程監(jiān)視控制,需要解決安全和協(xié)議統(tǒng)一等問題;
(5)群控優(yōu)化——根據(jù)一個區(qū)域內(nèi)各種用戶對于電力、熱力、制冷等需求的變化,以及燃料、氣溫變化趨勢、蓄能量庫存等等因素,優(yōu)化控制各個用戶的分布式能源系統(tǒng),以及公共能源系統(tǒng),進行多系統(tǒng)容錯優(yōu)化,減少冗余,提高各系統(tǒng)的安全性和需求適應性,降低造價,提高效率;
(6)智能電網(wǎng)技術(shù)——必須建立電網(wǎng)信息化管理系統(tǒng),對于電網(wǎng)特別式近用戶低壓供電電網(wǎng)的信息化控制,流量平衡控制、網(wǎng)內(nèi)分布式能源智能管制系統(tǒng)、智能保護系統(tǒng)等;
(7)信息化計量與結(jié)算系統(tǒng)——建立網(wǎng)絡(luò)化能源系統(tǒng)的各種能源產(chǎn)品和各個用戶與分布式能源設(shè)施擁有者之間、各時段間根據(jù)預約定價進行計量和結(jié)算的智能系統(tǒng);
(8)自動信息系統(tǒng)——對于用戶與臨近用戶能源使用狀態(tài)、用戶與臨近用戶的分布式能源系統(tǒng)伺服狀態(tài)、以及燃料系統(tǒng)和公共能源供應系統(tǒng)的運行狀態(tài)信息進行,以便智能化建筑、用戶能源管理系統(tǒng)、分布式能源設(shè)施、儲能設(shè)施、設(shè)備運行服務(wù)機構(gòu)、以及燃料供應者和公共電網(wǎng)能夠根據(jù)每一信息源所的實時信息進行狀態(tài)優(yōu)化調(diào)整,實現(xiàn)資源共享。
綜合系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù):
(1)多種能源系統(tǒng)整合優(yōu)化——將各種不同的能源系統(tǒng)進行聯(lián)合優(yōu)化,例如:將分布式能源與傳統(tǒng)能源系統(tǒng)整合后,進行聯(lián)合優(yōu)化;或者,將分布式能源系統(tǒng)與冰蓄冷系統(tǒng)整合并進行聯(lián)合再優(yōu)化,將微型燃氣輪機與熱泵系統(tǒng)整合優(yōu)化,以及太陽能與分布式系統(tǒng)的優(yōu)化整合等等,達到取長補短的目的,充分發(fā)揮各個系統(tǒng)的綜合優(yōu)勢;
(2)將分布式能源與交通系統(tǒng)整合優(yōu)化——利用低谷電力為電動汽車蓄電或燃料電池汽車儲氫等,將燃料電池和混合動力汽車作為電源形成隨著人流移動的電源和供水系統(tǒng)。實現(xiàn)節(jié)約投資經(jīng)費,降低高技術(shù)產(chǎn)品使用成本等目的;
(3)分布式能源系統(tǒng)電網(wǎng)接入研究——解決分布式能源與現(xiàn)有電網(wǎng)設(shè)施的兼容、整合和安全運行等問題;
(4)蓄能技術(shù)——通過蓄能技術(shù)的開發(fā)應用,解決能源的延時性調(diào)節(jié)問題,提高能源系統(tǒng)的容錯能力,其中包括蓄電、蓄熱、蓄冷和蓄能四個技術(shù)方向。蓄電包括化學蓄電:電池;物理蓄電:飛輪和水能、氣能。蓄熱包括項變蓄熱、熱水、熱油和蒸汽等多種形式。蓄冷:冰和水。蓄能包括物理蓄能:機械蓄能、水蓄能、以及記憶金屬蓄能等多種方式;
(5)地源蓄能技術(shù)——利用地下水和土壤將冬季的冷和夏季的熱蓄能儲存,進行季節(jié)性調(diào)節(jié)使用,結(jié)合熱泵技術(shù)進行直接利用,減少城市熱島效應;
(6)網(wǎng)絡(luò)式能源系統(tǒng)——互聯(lián)網(wǎng)式的分布式能源梯級利用系統(tǒng)是未來能源工業(yè)的重要形態(tài),它是由燃氣管網(wǎng)、低壓電網(wǎng)、冷熱水網(wǎng)絡(luò)和信息共同組成的用戶就近互聯(lián)系統(tǒng),復合網(wǎng)絡(luò)的智能化運行、結(jié)算、冗余調(diào)整和系統(tǒng)容錯優(yōu)化;
資源深度利用技術(shù):
(1)天然氣凝結(jié)水技術(shù)——利用天然氣燃燒后的化學反應結(jié)果回收水,解決部分城市水資源緊缺問題;
(2)將分布式能源與大棚結(jié)合的技術(shù)——將分布式能源系統(tǒng)發(fā)電設(shè)備排除的余熱、二氧化碳和水蒸汽注入大棚,作為氣體肥料和熱源,解決城市綠化和蔬果供應,同時減少溫室氣體和其他污染物排放問題;
(3)利用發(fā)電制冷的冷卻水生產(chǎn)生活熱水的技術(shù)——利用熱泵的技術(shù),將低品位熱源轉(zhuǎn)換為較高品位的生活熱水,減少能源消耗;
(4)空調(diào)系統(tǒng)廢熱回收技術(shù)——發(fā)展全新風空調(diào)系統(tǒng)中有效利用回風中的余熱和余冷,減少能耗;
隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展,我國的城市供熱事業(yè)獲得了長足的發(fā)展,全國集中供熱面積已達86540萬平米。在規(guī)模擴張的同時,供熱新技術(shù)、新材料、新設(shè)備、新工藝不斷得到推廣應用。展望未來,要加快科技成果的轉(zhuǎn)化和應用,使供熱系統(tǒng)工藝、設(shè)備、設(shè)計、施工和管理的技術(shù)水平有較大提高,縮小與供熱發(fā)達國家的差距,為我國的環(huán)境保護和經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展作出貢獻。
要實現(xiàn)供熱技術(shù)的進步,關(guān)鍵在于抓好二個方面的工作:
一是建立完善的技術(shù)開發(fā)體系;
二是推廣供熱節(jié)能新技術(shù)。
2城市供熱技術(shù)發(fā)展存在的問題
2.1集中供熱目前正受到其他采暖(制冷)能源和供應方式的有力競爭
以煤炭為燃料的熱電聯(lián)產(chǎn)和集中鍋爐房供熱受到嚴峻挑戰(zhàn):
一是如何降低初投資(包括熱源、熱網(wǎng)、熱力站的投資);
二是如何完善供熱系統(tǒng),加強企業(yè)管理,降低供熱成本。
2.2二氧化硫污染的問題
我國的供熱鍋爐主要以中小燃煤鍋爐為主,量大面廣。由于中小鍋爐煙氣排放高度低,對城市環(huán)境空氣的污染相對較大??刂浦行∪济哄仩t造成的低空污染是改善城市環(huán)境空氣質(zhì)量的關(guān)鍵之一。因而應積極尋求脫硫效率高、運行費用低、一次投資少的好技術(shù)項目。
3城市供熱技術(shù)未來發(fā)展展望
預計今后十年,集中供熱企業(yè)將實現(xiàn)由粗放型經(jīng)營到質(zhì)量、效益型的轉(zhuǎn)變,集中供熱效率的提高有賴于技術(shù)發(fā)展的創(chuàng)新與推廣,具體表現(xiàn)在以下幾個方面:
3.1供熱自動化控制水平提高
鍋爐自動控制、換熱站自動控制、無人值守自動供熱機組等將得到廣泛應用、自動化控制水平的提高,不僅保證了供熱的可靠性,而且提高了供熱效率。
3.2大型供熱機組比重增加
一些城市未滿足熱負荷的急劇增加,正建設(shè)單機容量100兆瓦以上的大型供熱機組,代替小型供熱機組,200兆瓦以上的供熱機組也在太原、北京、沈陽等城市投入運行,大型供熱機組比重將日益增加。
3.3城市熱、電、冷聯(lián)產(chǎn)快速發(fā)展
隨著城市建設(shè)的發(fā)展,既需供熱又供冷的公用建筑大量增加,一些城市以熱電廠為熱源,實行熱、電、冷聯(lián)供。夏季熱負荷的增加,使熱電廠的綜合效益明顯提高。
3.4分戶計量開始實施
隨著《中華人民共和國節(jié)約能源法》的頒布實施和人們節(jié)能意識的提高,以促進供熱系統(tǒng)和節(jié)能為目的的采暖分戶計量工作開始實施,溫控閥、熱量表、自力式壓差控制器、自力時流量調(diào)節(jié)閥、變頻循環(huán)水泵、蓄熱器等在供熱系統(tǒng)中推廣應用。
3.5大力推廣鍋爐節(jié)能技術(shù)
利用鍋爐自動控制,分層給煤燃燒,水泵、風機的變頻調(diào)速等技術(shù),高效省煤器等降低鍋爐房能耗指標。
3.6開始使用潔凈燃料
隨著人們生活水平的提高和環(huán)境意識的加強,以油、氣、水煤漿等潔凈的燃料代替煤炭而作為都市使用的主要一次能源已成為必然趨勢。部分城市開始發(fā)展燃氣——蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電熱電廠,已達到高效、節(jié)能、減少污染、提高電網(wǎng)調(diào)峰能力的目的。
3.7供熱新能源開發(fā)方興未艾
地熱能、核能、熱泵、垃圾焚燒、生物質(zhì)能等新能源的開發(fā)利用日益得到重視,促進了供熱能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整,環(huán)保效益和經(jīng)濟效益十分明顯。
(1)地熱能。地球是一座天然的巨大能源庫,它內(nèi)部蘊藏著大量熱能。地熱能為地球上存儲的全部煤燃燒時放出的熱量的一億七千萬倍。地熱能取自“天然的地下鍋爐”,不需要燃燒任何燃料,更省去了復雜龐大的燃料運輸和燃燒系統(tǒng),避免熱因燃燒而產(chǎn)生的污染,因此是一種清潔、廉價的能源。我國的華北、山東半島、遼東半島等地區(qū)蘊藏有地熱資源,合理開發(fā)利用,將對改善供熱能源結(jié)構(gòu)、減少污染起巨大作用。
(2)垃圾燃燒等新熱源。垃圾焚燒可實現(xiàn)垃圾的無害化、降量化及資源化,將垃圾焚燒產(chǎn)生的熱能用于供熱或發(fā)電,使城市垃圾成為新能源變?yōu)榭赡埽@既有利于環(huán)境保護,又可獲得較好的經(jīng)濟效益。丹麥首都哥本哈根安裝有近十座垃圾焚燒爐,生產(chǎn)的熱水用于集中供熱。而我國南方深圳等城市也已經(jīng)有垃圾焚燒的成功的經(jīng)驗,利用垃圾焚燒技術(shù)處理城市垃圾以被越來越多的城市所采納。
(3)核能供熱技術(shù)。核能是一種有廣泛應用前景的新能源。核燃料的熱值比煤高270萬倍。核能過去主要用于發(fā)電,近幾年已逐步應用于供熱。由于供熱反應堆比發(fā)電廠的動力反應對輸出蒸汽或熱水的壓力和溫度低的多,其安全性大大提高,故可靠近城市和熱用戶。另外投資費也大大降低,一般僅為動力對的1/10,其經(jīng)濟性也可和燃氣、燃油供熱站相比較。清華大學核能研究院開發(fā)的5MW試驗性供熱堆已正式投入運行,沈陽熱力公司2×200MW核能供熱機組目前已完成可行性研究報告,核能供熱正在走進百姓生活。
(4)熱泵供熱技術(shù)。熱泵可以把不能直接利用的低位熱源(空氣、土壤、水、太陽能、工業(yè)廢熱)轉(zhuǎn)換為可利用的高品位熱能,從而達到節(jié)約高位熱能的目的,特別是將低位能源轉(zhuǎn)換為采暖用能方向,熱泵有獨到的優(yōu)勢。熱泵技術(shù)經(jīng)過近一個世紀的發(fā)展,目前技術(shù)上已十分成熟,熱泵裝置目前已進入家庭、公共建筑、廠房以達到供空調(diào)、采暖、熱水供應所需的熱量。熱泵在上海、廣州等南方城市已有大量應用,以青島為代表的北方城市也已開發(fā)出新型的熱泵產(chǎn)品。
隨著計算機技術(shù)的高速發(fā)展,傳統(tǒng)的制造業(yè)開始了根本性變革,各工業(yè)發(fā)達國家投入巨資,對現(xiàn)代制造技術(shù)進行研究開發(fā),提出了全新的制造模式。在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中,數(shù)控技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù),它集微電子、計算機、信息處理、自動檢測、自動控制等高新技術(shù)于一體,具有高精度、高效率、柔性自動化等特點,對制造業(yè)實現(xiàn)柔性自動化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。目前,數(shù)控技術(shù)正在發(fā)生根本性變革,由專用型封閉式開環(huán)控制模式向通用型開放式實時動態(tài)全閉環(huán)控制模式發(fā)展。在集成化基礎(chǔ)上,數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了超薄型、超小型化;在智能化基礎(chǔ)上,綜合了計算機、多媒體、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等多學科技術(shù),數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了高速、高精、高效控制,加工過程中可以自動修正、調(diào)節(jié)與補償各項參數(shù),實現(xiàn)了在線診斷和智能化故障處理。
長期以來,我國的數(shù)控系統(tǒng)為傳統(tǒng)的封閉式體系結(jié)構(gòu),CNC只能作為非智能的機床運動控制器。加工過程變量根據(jù)經(jīng)驗以固定參數(shù)形式事先設(shè)定,加工程序在實際加工前用手工方式或通過CAD/CAM及自動編程系統(tǒng)進行編制。CAD/CAM和CNC之間沒有反饋控制環(huán)節(jié),整個制造過程中CNC只是一個封閉式的開環(huán)執(zhí)行機構(gòu)。在復雜環(huán)境以及多變條件下,加工過程中的刀具組合、工件材料、主軸轉(zhuǎn)速、進給速率、刀具軌跡、切削深度、步長、加工余量等加工參數(shù),無法在現(xiàn)場環(huán)境下根據(jù)外部干擾和隨機因素實時動態(tài)調(diào)整,更無法通過反饋控制環(huán)節(jié)隨機修正CAD/CAM中的設(shè)定量,因而影響CNC的工作效率和產(chǎn)品加工質(zhì)量。由此可見,傳統(tǒng)CNC系統(tǒng)的這種固定程序控制模式和封閉式體系結(jié)構(gòu),限制了CNC向多變量智能化控制發(fā)展,己不適應日益復雜的制造過程,因此,大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先進制造技術(shù)已成為我們國家加速經(jīng)濟發(fā)展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。
2.數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢
數(shù)控技術(shù)的應用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化,使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征,而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應用領(lǐng)域的擴大,他對國計民生的一些重要行業(yè)的發(fā)展起著越來越重要的作用。從目前世界上數(shù)控技術(shù)發(fā)展的趨勢來看,主要有如下幾個方面:
2.1高精度、高速度的發(fā)展趨勢
盡管十多年前就出現(xiàn)高精度高速度的趨勢,但是科學技術(shù)的發(fā)展是沒有止境的,高精度、高速度的內(nèi)涵也在不斷變化,目前正在向著精度和速度的極限發(fā)展。
效率、質(zhì)量是先進制造技術(shù)的主體。高速、高精加工技術(shù)可極大地提高效率,提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次,縮短生產(chǎn)周期和提高市場競爭能力。為此日本先端技術(shù)研究會將其列為5大現(xiàn)代制造技術(shù)之一,國際生產(chǎn)工程學會將其確定為21世紀的中心研究方向之一。在轎車工業(yè)領(lǐng)域,年產(chǎn)30萬輛的生產(chǎn)節(jié)拍是40秒/輛,而且多品種加工是轎車裝備必須解決的重點問題之一;在航空和宇航工業(yè)領(lǐng)域,其加工的零部件多為薄壁和薄筋,剛度很差,材料為鋁或鋁合金,只有在高切削速度和切削力很小的情況下,才能對這些筋、壁進行加工。近來采用大型整體鋁合金坯料"掏空"的方法來制造機翼、機身等大型零件來替代多個零件通過眾多的鉚釘、螺釘和其他聯(lián)結(jié)方式拼裝,使構(gòu)件的強度、剛度和可靠性得到提高。這些都對加工裝備提出了高速、高精和高柔性的要求。
2.25軸聯(lián)動加工和復合加工機床快速發(fā)展
采用5軸聯(lián)動對三維曲面零件的加工,可用刀具最佳幾何形狀進行切削,不僅光潔度高,而且效率也大幅度提高。一般認為,1臺5軸聯(lián)動機床的效率可以等于2臺3軸聯(lián)動機床,特別是使用立方氮化硼等超硬材料銑刀進行高速銑削淬硬鋼零件時,5軸聯(lián)動加工可比3軸聯(lián)動加工發(fā)揮更高的效益。但過去因5軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)、主機結(jié)構(gòu)復雜等原因,其價格要比3軸聯(lián)動數(shù)控機床高出數(shù)倍,加之編程技術(shù)難度較大,制約了5軸聯(lián)動機床的發(fā)展。當前由于電主軸的出現(xiàn),使得實現(xiàn)5軸聯(lián)動加工的復合主軸頭結(jié)構(gòu)大為簡化,其制造難度和成本大幅度降低,數(shù)控系統(tǒng)的價格差距縮小。因此促進了復合主軸頭類型5軸聯(lián)動機床和復合加工機床(含5面加工機床)的發(fā)展。
2.3智能化、開放式、網(wǎng)絡(luò)化成為當代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢
21世紀的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng),智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個方面:為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化,如加工過程的自適應控制,工藝參數(shù)自動生成;為提高驅(qū)動性能及使用連接方便的智能化,如前饋控制、電機參數(shù)的自適應運算、自動識別負自動選定模型、自整定等;簡化編程、簡化操作方面的智能化,如智能化的自動編程、智能化的人機界面等;還有智能診斷、智能監(jiān)控方面的內(nèi)容、方便系統(tǒng)的診斷及維修等。為解決傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)封閉性和數(shù)控應用軟件的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)存在的問題。
目前許多國家對開放式數(shù)控系統(tǒng)進行研究,數(shù)控系統(tǒng)開放化已經(jīng)成為數(shù)控系統(tǒng)的未來之路。所謂開放式數(shù)控系統(tǒng)就是數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)可以在統(tǒng)一的運行平臺上,面向機床廠家和最終用戶,通過改變、增加或剪裁結(jié)構(gòu)對象(數(shù)控功能),形成系列化,并可方便地將用戶的特殊應用和技術(shù)訣竅集成到控制系統(tǒng)中,快速實現(xiàn)不同品種、不同檔次的開放式數(shù)控系統(tǒng),形成具有鮮明個性的名牌產(chǎn)品。目前開放式數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)規(guī)范、通信規(guī)范、配置規(guī)范、運行平臺、數(shù)控系統(tǒng)功能庫以及數(shù)控系統(tǒng)功能軟件開發(fā)工具等是當前研究的核心。網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控裝備是近兩年國際著名機床博覽會的一個新亮點。數(shù)控裝備的網(wǎng)絡(luò)化將極大地滿足生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)、制造企業(yè)對信息集成的需求,也是實現(xiàn)新的制造模式如敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造的基礎(chǔ)單元。國內(nèi)外一些著名數(shù)控機床和數(shù)控系統(tǒng)制造公司都在近兩年推出了相關(guān)的新概念和樣機,反映了數(shù)控機床加工向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展的趨勢。
3.結(jié)束語
隨著人們對數(shù)控技術(shù)重視,它的發(fā)展越發(fā)迅速。文中簡要陳述當前的發(fā)展趨勢,另外數(shù)控技術(shù)的正不斷走向集成化,并行化,仍有廣闊的發(fā)展空間。
【論文關(guān)鍵詞】:數(shù)控技術(shù);趨勢;智能
【論文摘要】:隨著計算機業(yè)的快速發(fā)展,數(shù)控技術(shù)也發(fā)生了根本性的變革,是近年來應用領(lǐng)域中發(fā)展十分迅速的一項綜合性的高新技術(shù),文章結(jié)合國內(nèi)外情況,分析了數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢。
參考文獻
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