中源科揚復(fù)合相變換熱器在電力大機組的應(yīng)用

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復(fù)合相變換熱器大機組應(yīng)用情況說明中源科揚復(fù)合相變換熱器在電力大機組的應(yīng)用（完整版）實用資料(可以直接使用，可編輯完整版實用資料，歡迎下載）概況上海中源科揚節(jié)能技術(shù)授權(quán)應(yīng)用上海交大楊本洛教授的系列發(fā)明專利，根據(jù)客戶的要求及實際工況，進行數(shù)據(jù)采集、診斷分析、熱平衡計算、制定方案及計算機編程優(yōu)化圖紙致力于為客戶提供余熱回收利用的最佳方案，它是集為客戶提供軟件、硬件與服務(wù)為一體的綜合服務(wù)商。公司首席專家楊本洛教授在哲學(xué)、數(shù)學(xué)、理論物理等基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域以及相關(guān)的應(yīng)用科學(xué)研究方面取得了一系列彼此本質(zhì)關(guān)聯(lián)的獨立研究結(jié)果，在國內(nèi)科學(xué)界產(chǎn)生相當(dāng)?shù)挠绊懀⑶乙苍缫训玫揭恍﹪鈱W(xué)者的關(guān)注。依賴于厚實的數(shù)學(xué)功底，他指出現(xiàn)代微分幾何存在著眾多邏輯悖論，在流體力學(xué)、電磁場理論方面完成理論體系的獨立構(gòu)造，為許多眾所周知疑難問題的解決提供了全新的途徑。同樣得益于對熱力學(xué)和傳熱學(xué)知識的深刻領(lǐng)悟，為發(fā)明和優(yōu)化復(fù)合相變換熱器技術(shù)提供了堅實的理論基礎(chǔ)。他曾先后應(yīng)邀在北京大學(xué)、清華大學(xué)、中科大、復(fù)旦大學(xué)、浙江大學(xué)、西安交通大學(xué)等國內(nèi)一流大學(xué)講學(xué)，還曾經(jīng)在中國科學(xué)院、北京空氣動力研究院、中國社科院哲學(xué)所等機構(gòu)作學(xué)術(shù)報告或講座。2006年10月，瑞典皇家科學(xué)院訪華代表團訪問上海交大。上海交大領(lǐng)導(dǎo)將楊本洛教授介紹給代表團，并向還擔(dān)任諾貝爾物理學(xué)獎評審委員會主任委員的該代表團團長贈送楊本洛教授當(dāng)時已出版的九本著作：1.經(jīng)典熱力學(xué)中若干基礎(chǔ)概念的探討2.流體運動經(jīng)典分析3.理論流體力學(xué)的邏輯自洽化分析——源于“湍流”的哲學(xué)和數(shù)學(xué)思考4.自然哲學(xué)基礎(chǔ)分析——“相對論”的哲學(xué)和數(shù)學(xué)反思5.湍流及理論流體力學(xué)的理性重構(gòu)、宏觀力學(xué)的哲學(xué)和數(shù)學(xué)反思6.自然科學(xué)體系梳理7.量子力學(xué)中的形式邏輯與物質(zhì)基礎(chǔ)探析——上、中、下三冊8.電磁場理論形式邏輯分析及其它9.西方哲學(xué)思想的邏輯審查與理性重讀一、研發(fā)背景我國作為一個人口和發(fā)展中的大國，近年來能源的消費量劇增，隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，各項建設(shè)取得了巨大的成就，但也付出了很大的資源和環(huán)境代價。針對日益快速增長的能源消耗和日趨嚴(yán)峻的環(huán)保壓力，國務(wù)院審時度勢修訂了能源政策，強調(diào)“能源開發(fā)與節(jié)能并舉，把節(jié)能放在首位”，號召國民在能源消耗利用上實行“節(jié)能減排”，并制定了“節(jié)能減排”約束性指標(biāo)，推動能源資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會建設(shè)?！蔽覈I(yè)鍋爐能源資源浪費情況十分嚴(yán)重，節(jié)能潛力很大。因此，做好鍋爐的安全經(jīng)濟運行，使鍋爐設(shè)備在最優(yōu)狀態(tài)下工作，對于促進“節(jié)能減排”具有十分重要的意義。溫家寶總理在《政府工作報告》中指出，“要把節(jié)能降耗、保護環(huán)境和節(jié)約集約用地作為轉(zhuǎn)變經(jīng)濟增長方式的突破口和重要抓手?！蔽覀児?jié)能的潛力在哪里，潛力有多大呢？與國外比一比能源利用效率，就知道我們節(jié)能的潛力是多么巨大。中國的一次能源結(jié)構(gòu)以煤為主。2005年中國的一次能源生產(chǎn)量為20.61億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，其中原煤所占的比重高達76.4%；2005年中國一次能源消費量為22.33億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，其中煤炭所占的比重為68.9%，石油為21.0%，天然氣、水電、核電、風(fēng)能、太陽能等所占比重為10.1%，而在同年全球一次能源消費構(gòu)成中，煤炭只占27.8%，石油36.4%，天然氣、水電、核電等占35.8%。由于煤炭消費比重較大，造成中國能源消費的二氧化碳排放強度也相對較高。中國是世界上少數(shù)幾個以煤為主的國家。與石油、天然氣等燃料相比，單位熱量燃煤引起的二氧化碳排放比使用石油、天然氣分別高出約36%和61%。據(jù)有關(guān)機構(gòu)研究，2000年按現(xiàn)行匯率計算的每百萬美元國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗，我國為1274噸標(biāo)準(zhǔn)煤，比世界平均水平高2.4倍，比美國、歐盟、日本、印度分別高2.5倍、4.9倍、8.7倍和0.43倍。比較主要耗能設(shè)備能源效率。2000年，我國燃煤工業(yè)鍋爐平均運行效率65%左右，比國際先進水平低15至20個百分點。先進技術(shù)的嚴(yán)重缺乏與落后工藝技術(shù)的大量并存，使中國的能源效率比國際先進水平約低10個百分點，高耗能產(chǎn)品單位能耗比國際先進水平高出40%左右。如火電機組平均效率33.8%，比國際先進水平低6至7個百分點。通過對比可以看出，我國能源利用效率與國外相比存在較大差距，有巨大的節(jié)能潛力。能源消耗水平是一個國家經(jīng)濟結(jié)構(gòu)、增長方式、科技水平、管理能力、消費模式以及國民素質(zhì)的綜合反映。因此，除了調(diào)整經(jīng)濟結(jié)構(gòu)以外，尋找真正具有大幅度節(jié)能潛力的先進節(jié)能技術(shù)成為當(dāng)務(wù)之急。為了適應(yīng)國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，依靠具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高科技節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品創(chuàng)造效益、發(fā)展企業(yè)和保護環(huán)境、造福社會，實現(xiàn)國家節(jié)能減排的發(fā)展戰(zhàn)略，上海交通大學(xué)楊本洛教授發(fā)明并已通過國家級鑒定的產(chǎn)學(xué)研工程——復(fù)合相變換熱器（FXH）技術(shù)與裝置，為鍋爐余熱的充分利用提供了一個新的較大空間?，F(xiàn)代鍋爐作為世界上主要耗能設(shè)備有近二百年發(fā)展史，人們通常認(rèn)為其熱效率已達至極限。然而，長期以來，由于鍋爐能源──煤、石油、天然氣均為含硫燃料，燃燒時都會產(chǎn)生二氧化硫，與水蒸氣結(jié)合形成硫酸蒸汽，當(dāng)鍋爐換熱器的金屬壁面溫度低于硫酸蒸汽的凝結(jié)點(稱為酸露點時，就會在其表面形成液態(tài)硫酸(稱為結(jié)露。為解決換熱器尾部受熱面由于結(jié)露引起的腐蝕，導(dǎo)致世界上各種鍋爐設(shè)計時，不得不通過提高排煙溫度來緩解(而不是根除結(jié)露現(xiàn)象的產(chǎn)生。而單純提高排煙溫度勢必造成大量無法回收的能源浪費。盡管如此，換熱器往往運行一至兩年后依然出現(xiàn)腐蝕，直至穿孔。這是困擾世界鍋爐界的一個難題。為切實解決這一世界性難題，有效提高鍋爐熱效率，上海交通大學(xué)楊本洛教授憑借深厚的數(shù)理科學(xué)基礎(chǔ)，運用“熱力學(xué)、傳熱學(xué)、高等數(shù)學(xué)與鍋爐原理、自動控制及現(xiàn)代計算技術(shù)”多學(xué)科基礎(chǔ)理論的綜合創(chuàng)新和高效集成，在世界上首創(chuàng)發(fā)明了復(fù)合相變換熱器(簡稱FXH專利技術(shù)，通過改變鍋爐尾氣溫度和最低壁面溫度的函數(shù)關(guān)系，巧妙地化解了降低鍋爐排煙溫度與酸露點腐蝕的矛盾，較好地解決了鍋爐排煙溫度難以降低的世界性難題，為充分利用鍋爐余熱提供了新的空間，開創(chuàng)了科學(xué)可靠的鍋爐節(jié)能新思路、新技術(shù)。二、技術(shù)現(xiàn)狀有多種方法可以降低排煙熱損失。從運行方面來講，燃用設(shè)計煤種或適宜實際運行的煤種，保持穩(wěn)定、適當(dāng)?shù)腻仩t出力，保證鍋爐燃燒良好，防止冒黑煙，定期除灰、保持受熱面清潔，降低過量空氣系數(shù)、減少漏風(fēng)，都可以有效地降低排煙損失。然而，由于目前公司運行管理良好，從鍋爐的運行、檢修、試驗、檢測等管理方面已無更大的節(jié)能空間。只有采取具備新節(jié)能技術(shù)的硬件才能進一步突破節(jié)能瓶頸。一般來說，要利用鍋爐尾部煙氣熱量(低溫余熱，提高鍋爐效率和節(jié)能目的，勢必要降低鍋爐尾部煙氣溫度。如果安裝于鍋爐尾部的換熱器受熱面的最低壁溫低于煙氣的酸露點，將發(fā)生嚴(yán)重的酸露腐蝕和堵灰（見圖1），影響鍋爐安全運行。傳統(tǒng)設(shè)計的換熱器為避免發(fā)生低溫腐蝕，其壁溫與排煙溫度成倍數(shù)關(guān)系。如果酸露點為65℃，為保證不發(fā)生低溫腐蝕和堵灰，換熱器壁溫必須高于65℃，則排煙溫度要高于135℃。所以，為了保證鍋爐安全運行，排煙溫度不能設(shè)計得復(fù)合相變換熱器技術(shù)與裝置(FXH是一種用于低溫排煙熱源回收的裝置。它的研發(fā)和應(yīng)用成功，為低溫余熱利用帶來了革命性突破。它靈活的使用了氣化液化相變的強化換熱技術(shù)，在換熱器管內(nèi)讓傳熱工質(zhì)處于相變工作。其技術(shù)核心和創(chuàng)新在于換熱器壁溫整體可控可調(diào)。在充分發(fā)揮相變潛熱的熱傳導(dǎo)的優(yōu)勢下，靈活配置換熱器的不同部分，一方面滿足最低壁溫高于煙氣酸露點的要求；另一方面充分發(fā)揮相變傳熱的高效性，使壁溫與排煙溫度維持較小的溫差。在保證受熱面不結(jié)露的前提下降低排煙溫度,“最大幅度”有效地進行降溫節(jié)能、提高熱效率和防腐能力。該裝置創(chuàng)新了熱力學(xué)、傳熱學(xué)、自動控制以及現(xiàn)代計算等設(shè)計技術(shù)，成功地解決了鍋爐低溫排煙溫度難以降低的世界性難題，是中低溫?zé)嵩蠢蒙系囊淮问澜缧酝黄?。?fù)合相變換熱器曾經(jīng)被列入國家級產(chǎn)學(xué)研工程，是一種擁有自主知識產(chǎn)權(quán)、原創(chuàng)性的全新系列換熱技術(shù)。，由中科院院士和工程院院士參加的專家組所做的國家級鑒定文件這樣描述過：“它不同于熱管技術(shù)，經(jīng)查新，該技術(shù)在將壁面溫度作為一個鍋爐基本設(shè)計參數(shù)方面，未見類似報道，是相關(guān)設(shè)計理念上的一次創(chuàng)新”。復(fù)合相變換熱器技術(shù)的研究與裝置的研制是成功的，尤其在避免煙氣低溫腐蝕的前提下，提高鍋爐熱效率方面，該技術(shù)為國內(nèi)外首創(chuàng)，處于國際領(lǐng)先水平。”該裝置榮獲過國家經(jīng)貿(mào)委頒發(fā)的“九五國家技術(shù)創(chuàng)新優(yōu)秀項目獎”并同時被授予“國家重點新產(chǎn)品”證書。復(fù)合相變換熱器節(jié)能技術(shù)的問世已經(jīng)過去了許多年。但是，該技術(shù)獨特的先進性仍然為目前的其他節(jié)能技術(shù)所不可替代，在許多關(guān)鍵性的技術(shù)指標(biāo)方面繼續(xù)保持“國內(nèi)外領(lǐng)先”的強大優(yōu)勢。復(fù)合相變換熱器曾經(jīng)列入國家級產(chǎn)學(xué)研工程，是涉及相關(guān)“設(shè)計理念”的創(chuàng)新和擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的先進系列節(jié)能技術(shù)。該系列技術(shù)屬于國內(nèi)外首創(chuàng)和處于國際領(lǐng)先水平，可以廣泛用于電力、石油、化工、鋼鐵、紡織、醫(yī)藥等行業(yè)的各種鍋爐、加熱器與換熱設(shè)備之中，具有大幅度回收余熱的能力，使鍋爐熱效率穩(wěn)定提高1.5-10%。目前已經(jīng)擁有與復(fù)合相變換熱器相關(guān)的發(fā)明專利5項、實用新型專利7項，曾經(jīng)獲得“國家技術(shù)創(chuàng)新優(yōu)秀項目”獎和被授予“國家重點新產(chǎn)品”證書。復(fù)合相變換熱器技術(shù)主要特點：作為一種涉及“設(shè)計原理”變更，高效可靠的原創(chuàng)性節(jié)能技術(shù)，復(fù)合相變換熱技術(shù)有如下主要特點：（1）能夠在鍋爐的設(shè)計和改造中，大幅度降低煙氣的排放溫度，使大量中低溫?zé)崮鼙挥行Щ厥眨a(chǎn)生十分可觀的經(jīng)濟效益；（2）在降低排煙溫度的同時，保持金屬受熱面壁面溫度始終高于酸露點，從根本上避免了結(jié)露腐蝕和由此發(fā)生的堵灰，大幅度降低設(shè)備的維護成本；（3）保證換熱器金屬受熱面最低壁面溫度處于可控可調(diào)狀態(tài)，使復(fù)合相變換熱器具有相當(dāng)幅度的調(diào)節(jié)能力，使排煙溫度和壁面溫度保持相對穩(wěn)定，并能適應(yīng)鍋爐的燃料品種以及負(fù)荷的變化；（4）在保留熱管換熱器具有高效傳熱特性的同時，通過適時排放不凝氣體有效解決相變換熱器可能出現(xiàn)的老化問題，大大延長設(shè)備的使用壽命。復(fù)合相變換熱技術(shù)鑒定情況2000年12月受國家經(jīng)貿(mào)委委托，由中科院院士劉高聯(lián)、工程院院士秦裕琨等專家組成的鑒定委員會，對“復(fù)合相變換熱器技術(shù)與裝置”進行了嚴(yán)格的國家級鑒定。2001年5月“復(fù)合相變換熱器”被認(rèn)定為2001年國家重點新產(chǎn)品。6月“復(fù)合相變換熱器技術(shù)及應(yīng)用”項目獲得“九五”國家技術(shù)創(chuàng)新優(yōu)秀項目獎。2007年3月中國工程院上海院士中心在上?？茖W(xué)會堂召開了“復(fù)合相變換熱器在鍋爐上的應(yīng)用”專家討論會獲得中國工程院上海院士中心的應(yīng)用實施認(rèn)證。劉高聯(lián)、秦裕琨院士在鑒定會現(xiàn)場劉高聯(lián)、秦裕琨院士在鑒定會議上國家級重點新產(chǎn)品鑒定驗收證書獲得中國工程院上海院士中心的應(yīng)用實施認(rèn)證復(fù)合相變換熱器技術(shù)與低壓省煤器技術(shù)的差異比較2007年3月中國工程院上海院士中心在上?？茖W(xué)會堂召開了“復(fù)合相變換熱器在鍋爐上的應(yīng)用”專家研討會。會議紀(jì)要摘抄如下：“復(fù)合相變換熱器原理與實施技術(shù)方案可行，并在實際應(yīng)用中得到了驗證。通過對調(diào)研數(shù)據(jù)的分析，認(rèn)為使用復(fù)合相變換熱器??，對上海市鍋爐的節(jié)能改造將起到良好的推動作用”。三、典型項目基本情況山西興能發(fā)電有限責(zé)任公司1、項目前期基本情況：從2021年4月開始與山西興能發(fā)電有限責(zé)任公司進行技術(shù)交流、考察，于2021年1月份簽訂技術(shù)協(xié)議，并在2021年3月30日通過山西省經(jīng)濟和信息化委員會、山西焦煤集團公司、西山煤電集團、山西興能發(fā)電有限責(zé)任公司、西安熱工研究院、華北電力設(shè)計院、華北電力大學(xué)、山西省電力勘測設(shè)計院、上海中源科揚節(jié)能技術(shù)參與的論證會。2、項目建設(shè)必要性：根據(jù)山西興能發(fā)電有限責(zé)任公司鍋爐運行數(shù)據(jù)，其全年非采暖期滿發(fā)工況機組實際排煙溫度平均約148℃，采暖期滿發(fā)工況機組實際排煙溫度平均約135℃左右，年均排煙溫度約141.5℃，高于鍋爐額定工況設(shè)計參數(shù)的121℃，有必要采取具備新節(jié)能技術(shù)的硬件降低排煙熱損失，提高效率和節(jié)能目的。3、項目建設(shè)內(nèi)容：在山西興能發(fā)電有限責(zé)任公司鍋爐電除塵器入口的每條煙道上全部安裝由上海中源科揚節(jié)能技術(shù)設(shè)計生產(chǎn)的復(fù)合相變換熱器，換熱器分吸熱段(下段和放熱段(上段，每臺機組安裝8套。換熱器吸收煙氣余熱，非采暖期用于加熱同機組的凝結(jié)水，采暖期用于加熱本期工程暖通熱網(wǎng)首站的循環(huán)水。4、建成后節(jié)能效果：預(yù)計改造實施后，山西興能發(fā)電有限責(zé)任公司600MW機組的排煙溫度可以降低16～29℃，回收煙氣余熱非采暖期約24172KW，采暖期約13336KW，機組每臺最大可增加發(fā)電能力非采暖期約1.723MW，采暖期約2.577MW，兩臺600MW機組改造后每年凈增發(fā)電量2603萬千瓦時。300MW機組的排煙溫度可以降低26～41℃，回收煙氣余熱非采暖期約17927KW，采暖期約11369KW，機組每臺最大可增加發(fā)電能力非采暖期約1.461MW，采暖期約2.568MW，兩臺300MW機組改造后每年凈增發(fā)電量2336萬千瓦時。目前三、四號機組已竣工；一、二號機組預(yù)計2021年6月開工。大唐華銀金竹山發(fā)電廠1、項目前期基本情況：從2021年12月開始與湖南大唐先一能源管理進行技術(shù)交流、考察，于2021年7月上旬，編制完成了《大唐華銀金竹山發(fā)電廠1號機組應(yīng)用復(fù)合相變換熱器技術(shù)進行煙氣余熱回收利用工程可行性研究報告》，2021年9月份簽訂技術(shù)協(xié)議與合同，并在2021年9月21日順利開工。2、項目建設(shè)必要性：根據(jù)大唐華銀金竹山發(fā)電廠鍋爐運行數(shù)據(jù)，其1號機組的鍋爐排煙溫度較高，本次改造，考慮采用復(fù)合相變換熱器技術(shù)，回收利用空預(yù)器出口高溫?zé)煔獾挠酂幔脕砑訜崮Y(jié)水，從而達到減少汽輪機抽汽量，增加機組發(fā)電能力的目的。3、項目建設(shè)內(nèi)容：在大唐華銀金竹山發(fā)電廠1號鍋爐的電除塵器出口煙道上，每條煙道加裝4套復(fù)合相變換熱器。系統(tǒng)按單元制設(shè)計，相變換熱器吸收鍋爐尾部煙氣的熱量用來加熱主機凝結(jié)水。4、建成后節(jié)能效果：改造前，除塵器出口煙氣溫度全年平均約130℃。經(jīng)改造，換熱器尾部排煙溫度可降到105℃，此區(qū)間煙氣降溫幅度為25℃，按燃煤量計算可知，復(fù)合相變換熱器可回收熱量QTRL：21716KW。利用復(fù)合相變換熱器回收的煙氣余熱用于加熱主機凝結(jié)水。按照設(shè)計方案，83.2℃的凝結(jié)水送至復(fù)合相變換熱器吸熱升溫至105℃以上，再返回各自系統(tǒng)。可減少6號低加所需的6段回?zé)岢槠s32.93t/h。以上減少的汽輪機抽汽可以繼續(xù)在低壓缸中做功，從而增加機組的出力，單臺機組增加出力約3.861MW。按照年利用小時數(shù)4000小時計算，機組改造后每年凈增發(fā)電量1514萬千瓦時。山東晨鳴紙業(yè)集團股份1、項目背景：600噸循環(huán)流化床鍋爐（已改造兩臺），原排煙溫度152℃。2、存在問題：1、由于鍋爐使用年限較長，受熱面的換熱能力降低，使得排煙溫度與原設(shè)計值相比略高，造成鍋爐排煙損失增加、效率降低。2、用高品位汽源加熱低除不符合能量的梯級利用。3、改造方案：現(xiàn)應(yīng)用復(fù)合相變換熱器對其鍋爐進行改造，回收的熱量用于加熱通過冷渣器后的除鹽水，將相變段的最低壁面溫度控制在不低于110℃的狀況，同時運行排