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相變換熱器介紹USEA01
鍋爐領(lǐng)域節(jié)能減排科技成果——
復(fù)合相變換熱器技術(shù)與裝置簡介
全國項目合作聯(lián)系人 陳朋輝
聯(lián)系電話：13917201285
市場前景展望
通過近十年的實驗和應(yīng)用，復(fù)合相變換熱器不僅具有其它節(jié)能技術(shù)不可比擬的節(jié)能效益，而且適用性極其廣泛，可以靈活配置于工業(yè)鍋爐、熱電聯(lián)產(chǎn)鍋爐、電站鍋爐、油田注氣爐、石化加熱爐等各類鍋爐，涉及電力、石油、化工、石化、冶金、紡織等行業(yè)，具有明顯的可持續(xù)開拓的強大技術(shù)優(yōu)勢，市場前景非常廣闊。
我國鍋爐平均運行效率比國際先進水平低10～15個百分點，鍋爐節(jié)能改造被國家列為十大重點節(jié)能工程之一。鍋爐效率低的主要原因之一是熱能轉(zhuǎn)換裝置工藝技術(shù)落后，排煙溫度高，熱能損耗大。我國現(xiàn)有50多萬臺工業(yè)鍋爐，即使只有1萬臺較大噸位鍋爐采用復(fù)合相變換熱器技術(shù)改造換熱裝置，按排煙溫度平均降低30～40℃保守測算，每年總計可節(jié)能3000萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，價值150億元，并可相應(yīng)減少SO2排放240萬噸、CO2排放2400萬噸。由此可見，推廣應(yīng)用復(fù)合相變換熱器對于落實國家節(jié)能減排戰(zhàn)略具有十分重要的現(xiàn)實意義。近來，上海、江蘇、浙江、廣東、河南、河北、寧夏、新疆、山東、內(nèi)蒙等地的數(shù)十家發(fā)電、供熱、石化企業(yè)紛紛與我方商洽產(chǎn)品使用事宜，復(fù)合相變換熱器技術(shù)市場前景十分看好。
總之，復(fù)合相變換熱器作為原創(chuàng)性節(jié)能技術(shù)，通過多年節(jié)能技改工程實踐和不斷改進完善，其節(jié)能效益以及設(shè)計科學(xué)、技術(shù)先進、性能可靠、使用方便等多重效果均得到驗證，具有其他節(jié)能技術(shù)無法替代的顯著優(yōu)勢。
第一節(jié) 復(fù)合相變換熱裝置的技術(shù)背景和起源
一、鍋爐低溫酸露腐蝕
煤、石油、天然氣等均含硫，燃燒時會產(chǎn)生二氧化硫、三氧化硫。三氧化硫與水蒸氣結(jié)合形成硫酸蒸汽。鍋爐受熱面(空氣預(yù)熱器)的金屬壁面溫度若低于硫酸蒸汽的凝結(jié)點(酸露點)，就會在其表面形成液態(tài)硫酸(稱為酸露)。
長期以來空氣預(yù)熱器作為鍋爐尾部受熱裝置，由于壁溫過低而引起的酸露腐蝕、灰堵現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，并一直得不到有效解決。
因而，世界上各種鍋爐設(shè)計通常以犧牲鍋爐熱效率為代價，通過提高排煙溫度來緩解(而不是根除)酸露腐蝕現(xiàn)象，而提高排煙溫度勢必造成大量的低溫?zé)嵩蠢速M。
省煤器,空余器和傳統(tǒng)的換熱裝置都存在一個共性就是在常溫空氣(或者水)的進入端壁溫通常很低(經(jīng)常在酸露點以下,容易造成酸蝕),而在經(jīng)過換熱的出口端(通常也即換熱器的高溫?zé)煔膺M入端)的空氣(或者水)溫度較高,換熱器的壁溫也比較高.從而導(dǎo)致?lián)Q熱器的壁溫產(chǎn)生高溫和低溫兩極化的普遍現(xiàn)象. 為了確保壁溫較低部分溫度在酸露點之上必須大大提高排煙溫度,從而浪費大量熱能
.
盡管如此，空氣預(yù)熱器往往運行一至兩年后依然出現(xiàn)酸露腐蝕，直至穿孔報廢，這是困擾鍋爐界的一個世界性難題。
以下為通常換熱原理下,空預(yù)器和省煤氣的酸蝕情形:
空預(yù)器腐蝕 省煤器腐蝕
二、鍋爐的熱損失
?鍋爐的熱損失有：排煙損失、飛灰損失、保溫散熱損失、燃料未完全燃燒損失等。 ?排煙損失占全部熱損失的70～80％，排煙溫度高是鍋爐熱損失的最主要指標(biāo)之一。 ?每降低排煙溫度15℃，可提高鍋爐熱效率1%。
?如能將鍋爐排煙溫度降低30℃-50℃，則可提高鍋爐熱效率2%-3%以上。對于大型鍋爐而言，這無疑是中低溫?zé)嵩吹囊淮问澜缧酝黄啤?/p>
鍋爐的排煙溫度是指：煙氣經(jīng)過鍋爐的最后一節(jié)換熱器（通常為空氣預(yù)熱器），其能量（顯熱）已經(jīng)無法繼續(xù)使用時的煙氣溫度，它是衡量鍋爐熱效率的“標(biāo)志性”參數(shù)。如果能將排煙溫度避免酸蝕問題的同時降低到酸露點附近就能大大提高鍋爐效率，節(jié)約大量能源。
三、復(fù)合相變換熱革命性的技術(shù)創(chuàng)新和發(fā)明
為切實解決這一技術(shù)性難題，有效提高鍋爐熱效率，中興科揚的科研人員憑借深厚的數(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)。
復(fù)合相變換熱器運行半年后情況，既不腐蝕也不會產(chǎn)生灰垢
“相變段”基本原理與核心內(nèi)涵
“壁溫均勻”
“相變段”的概念是將原來熱管換熱器中一
根根相互獨立的熱管，構(gòu)造成整體熱管；保證“相
變段”受熱面最低壁面溫度只有微小的梯度溫降；
同時，利用“相變段”將被加熱介質(zhì)(如空氣、水)
溫度適當(dāng)提高；被預(yù)熱的空氣可保證下級空預(yù)器的
安全，解決了低溫腐蝕問題；被加熱的水回收煙氣
余熱，實現(xiàn)節(jié)能目的。
“壁溫可調(diào)可控”
通過對“相變段”內(nèi)部換熱介質(zhì)的參數(shù)(流量、
壓力和溫度)進行調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)對受熱面最低壁溫面度實現(xiàn)閉環(huán)控制，實現(xiàn)了壁面溫度的恒定和調(diào)高調(diào)低，使換熱器金屬受熱面最低壁面溫度始終處于可控可調(diào)狀態(tài)，在相當(dāng)大幅度內(nèi)，適應(yīng)鍋爐傳熱負(fù)荷的變化，使排煙溫度和壁溫保持相對穩(wěn)定；保持金屬受熱面壁面溫度處于較高的溫度水平，遠(yuǎn)離酸露點的腐蝕區(qū)域，從根本上避免了結(jié)露腐蝕和堵灰現(xiàn)象的出現(xiàn)；復(fù)合相變換熱器的最低壁溫不僅設(shè)計時可以任意選取，且在鍋爐運行時可通過自控設(shè)備非常容易的保持一個恒值。
復(fù)合相變換熱器在世界范圍內(nèi)首次提出并做到：
1、將鍋爐低溫?fù)Q熱器的最低壁面溫度作為“第一”設(shè)計參數(shù)；
2、將換熱器的整體壁面溫度處于“整體均勻、可調(diào)可控”狀態(tài)；
3、將換熱器的最低壁面溫度獨立（無關(guān)聯(lián)）于被加熱流體的溫度；
4、將換熱器最低壁面溫度與排煙溫度之間的函數(shù)關(guān)系——從倍數(shù)（2：1）關(guān)系轉(zhuǎn)化為加減（+15℃）關(guān)系。
例：沿用上圖《強化傳熱》實驗數(shù)據(jù)（顧維藻---中科院熱物理所研究員）
壁面溫度= 77.5 ℃
排煙溫度= 77.5 + 15 = 92.5℃
進一步的節(jié)能幅度：△t = 150 ℃ -92.5 ℃ =57.5℃
第二節(jié) 產(chǎn)品資質(zhì)
1、產(chǎn)品供應(yīng)商：中興科揚節(jié)能環(huán)保股份有限公司
是中興集團旗下的專業(yè)節(jié)能環(huán)保公司，中興節(jié)能
公司擁有“復(fù)合相變換熱器”系列專利的知識產(chǎn)
權(quán)，擁有上海交大、西安交大、哈爾濱工業(yè)大學(xué)
等專家（院士）團隊的技術(shù)支持，能夠為客戶提
供余熱回收利用的最佳解決方案，是名企與名校
強強聯(lián)合的典范。
3、產(chǎn)品資質(zhì)證書：
4、國家產(chǎn)品鑒定：
劉高聯(lián)院士、秦裕琨院士 主持鑒定會議
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。
（1）國家級鑒定評述
“經(jīng)查新，該技術(shù)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�！�
——摘自國家級《鑒定驗收證書》
“復(fù)合相變換熱器作為鍋爐尾部熱交換裝置，其最低壁面溫度整體可控可調(diào)，并可在保證受熱面不結(jié)露的前提下降低排煙溫度。有效提高設(shè)備熱效率和防腐能力�！�
——摘自國家級《鑒定驗收證書》
“建議今后將此技術(shù)進一步在鍋爐、工業(yè)窯爐以及石油化工等行業(yè)的換熱設(shè)備上推廣應(yīng)用，同時在壁面溫度自動控制方面，尤其在大型電站鍋爐的應(yīng)用上提高自動化水平�！�
——摘自國家級《鑒定驗收證書》
“綜上所述，復(fù)合相變熱器技術(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的熱效率方面，該技術(shù)為國內(nèi)外首創(chuàng)處于國際領(lǐng)先水平。”
——摘自國家級《鑒定驗收證書》
后記：
雖然復(fù)合相變換熱器技術(shù)的鑒定已經(jīng)過去了許多年。但是，該技術(shù)獨特的先進性仍然為目前其他節(jié)能技術(shù)所不可替代，在許多技術(shù)指標(biāo)方面繼續(xù)保持“國內(nèi)外領(lǐng)先”的強大優(yōu)勢。
如果該技術(shù)是真的，則是中低溫?zé)嵩吹囊淮问澜缧酝黄�；如果該技術(shù)是真的，市場遠(yuǎn)不止于電廠；如果該技術(shù)是真的，指標(biāo)不要這么高也是了不起的大事。
——原國家能源局局長的話
（2）復(fù)合相變換熱器技術(shù)與裝置的——四大亮點
節(jié)能——能使鍋爐熱效率穩(wěn)定提高1.5％～10％。
（降低能耗、提高噸煤產(chǎn)汽率、增加鍋爐出力）
節(jié)水——降低排煙溫度可節(jié)約大量脫硫工藝用水。
防腐——從機理上根本解決設(shè)備酸露腐蝕問題。
減排——節(jié)能是最大的減排，減少碳、硫、氮氧化物及粉塵的排放。
第三節(jié) 產(chǎn)品應(yīng)用效益
一、節(jié)能效益估算表
計算依據(jù)：
1、假設(shè)設(shè)備漏風(fēng)系數(shù)為0；
2、燃料酸露點溫度為90℃；
3、使用義烏煙煤，含碳量49.6%，含硫量1.3%，發(fā)熱量4708kcal/kg；
4、鍋爐年運行時間為300天；
5、鍋爐效率為85%；
二、適用范圍
適用不同燃料：◎燃煤鍋爐◎燃油鍋爐◎燃?xì)忮仩t
適用不同行業(yè)：◎電力◎石油◎化工◎造紙◎冶金等
適用不同用途：◎電站鍋爐◎熱電鍋爐◎工業(yè)鍋爐
適用不同熱交換形式：◎氣－氣◎氣－液
三、投資成本和回收周期
用戶設(shè)備的投資成本是根據(jù)鍋爐蒸發(fā)量的大小、排煙溫度降低的多少、余熱利用方案的復(fù)雜程度以及自控程度等綜合因素考量。
我們的報價是與改造后產(chǎn)生的效益相掛鉤的。
國際通行的（節(jié)能產(chǎn)品）投資回收期是三～五年，
我們暫行的（節(jié)能產(chǎn)品）投資回收期是二～三年。
在滿足有關(guān)銀行能源貸款要求的前提下，我們愿意實行合同能源管理（EMC），營造多方共贏格局。
四、應(yīng)用方案
方案一：加熱鍋爐補水
適用場合：
以供熱（汽）為主，熱電聯(lián)產(chǎn)企業(yè)。
基本原理：
FXH吸收煙氣中的熱量，加熱鍋爐補水，提高
進除氧器水的溫度，提高供熱能力。
方案二：提高空氣預(yù)熱器進口風(fēng)溫，同時加熱除鹽水
適用場合：
空氣預(yù)熱器出口煙溫不高，尾部有可能結(jié)露，
加熱除鹽水量受到限制。
基本原理：
FXH回收煙氣余熱，一部分用來加熱送風(fēng)，提高
空氣預(yù)熱器的進口風(fēng)溫，使其尾部最低壁面溫
度高于酸露點溫度，防止酸露腐蝕；另一部分
熱量加熱除鹽水，綜合提高熱效率。
方案三：內(nèi)部循環(huán)方案
適用場合：
系統(tǒng)不需要額外加熱除鹽水，回收的熱量全部用于鍋爐本體消化吸收，不會造成汽機冷源損失。
基本原理：
一、采用增加復(fù)合氣水段等技術(shù)手段，吸收煙氣熱量用以加熱鍋爐給水，提高鍋爐出力及鍋爐熱效率。
二、采用增加復(fù)合氣氣段等技術(shù)手段用以加熱助燃空氣，達到提高鍋爐熱效率、避免空預(yù)器低溫酸露腐蝕的目的。
方案四：余熱鍋爐（中、低壓）
適用場合：
系統(tǒng)給水溫度和熱風(fēng)溫度已經(jīng)符合系統(tǒng)要求，并且用戶需要一定量的中、低壓蒸汽。 基本原理：
一、在轉(zhuǎn)向室增設(shè)中、低壓蒸發(fā)段，生產(chǎn)中、低壓蒸汽，用以吸收煙氣熱量降低排煙溫度，提高鍋爐熱效率。
二、利用相變段整體壁溫可調(diào)可控不結(jié)露的特點，加熱送風(fēng)，提高空預(yù)器最低壁面溫度，確�？疹A(yù)器避免低溫結(jié)露腐蝕。
1— 自控裝置，2—自控閥，3—低壓蒸汽汽包，4—低壓蒸汽
上升管，5—低壓蒸汽下降管，6—低壓蒸發(fā)段，7—原省煤器，8—低壓給水泵，9—空氣預(yù)熱器，，10—煙道，11—相變換熱器下段，12—壁溫測試儀，13—相變換熱器上段，14—風(fēng)道，15—低壓蒸汽汽包安全閥，16—低壓蒸汽汽
包液位計
第五節(jié) 實際案例
一、部分主要業(yè)績
二、實際案例說明 1、揚州威亨熱電廠
項目背http://http://www.oriental01.com/news/55857DED37D89269.html景：80t/h循環(huán)硫化床鍋爐，原排煙溫度171 ℃。
存在問題：入口風(fēng)溫為20℃時，經(jīng)過空預(yù)器的出口風(fēng)溫僅為71℃，此溫度對于一般鏈條爐而言太低，更何況循環(huán)流化床鍋爐。如果簡單增加空氣預(yù)熱器受熱面，盡管熱風(fēng)溫度會馬上得到改善，但隨著排煙溫度的降低，空預(yù)器的壁面溫度也會隨之大幅度降低，會在空預(yù)器表面出現(xiàn)酸露現(xiàn)象，影響到空預(yù)器的安全運行。
實施改造方案：采用內(nèi)循環(huán)方案：在省煤器后增加復(fù)合氣水段，回收的熱量用于加熱鍋爐給水，增加復(fù)合氣氣段代替原空預(yù)器，煙道尾部安裝相
變換熱器本體用以提高進入復(fù)合氣氣段的冷風(fēng)溫度，并且保證復(fù)合相變換熱器壁面溫度始終高于煙氣的酸露點溫度，在鍋爐負(fù)荷或煤種發(fā)生變化時確保復(fù)合相變換熱器始終工作在安全范圍。在復(fù)合氣水段進口母管處設(shè)置旁通管，通過自控閥自動調(diào)節(jié)旁通給水的流量，從而達到調(diào)節(jié)控制復(fù)合相變換熱器壁溫的目的。
改造后節(jié)能效果：改造后排煙溫度120 ℃，換熱器最低壁溫為105 ℃�；厥盏臒崃恳徊糠钟糜诩訜徨仩t給水；一部分用于加熱鍋爐送風(fēng)，提高鍋爐熱效率2.5％。
通過揚州市節(jié)能技術(shù)服務(wù)中心現(xiàn)場檢測：日節(jié)能量為10.058tce/d，推算年節(jié)標(biāo)煤量約3352噸/年·臺（800元/噸）；年節(jié)能經(jīng)濟效益：268.16萬元/臺。
2、泰州梅蘭熱電廠
項目背景：130噸循環(huán)流化床，原排煙溫度155℃以上。 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、用高品位蒸汽源加熱低除不符合能量的梯級利用。
實施改造方案：
在原鍋爐煙氣系統(tǒng)尾部水平段，即除塵設(shè)備之前水平煙道加裝一臺復(fù)合相變換熱器
（FXH）吸熱段。其作用為：回收煙氣中的熱
量，排煙溫度可以從現(xiàn)在運行的155℃降到115℃左右。同時FXH吸熱段受熱面壁面溫度遠(yuǎn)大于燃煤酸露點溫度，從而保證換熱器不結(jié)露、不積灰、不腐蝕；
在適當(dāng)位置加裝FXH加熱水段，將回收的煙氣熱量用于加熱鍋爐系統(tǒng)的除鹽水，將25t/h的除鹽水從30℃加熱到85℃，改善了除氧器的運行狀況，并達到提高鍋爐系統(tǒng)熱效率的目的。 改造后節(jié)能效果：
現(xiàn)應(yīng)用“復(fù)合相變換熱器”對鍋爐進行改造，改造后排煙溫度115℃，換熱器最低壁溫為100℃。回收的熱量用于加熱鍋爐除鹽水，節(jié)省了大量高品位熱網(wǎng)蒸汽，提高了鍋爐熱效率。 通過計算：年節(jié)標(biāo)煤量2211噸/年·臺（800元/噸）；年節(jié)能效益：176.88萬元/臺
3、廣東理文造紙有限公司
項目背景：260噸循環(huán)硫化床鍋爐，原排煙溫度171℃以上。 存在問題： 1、鍋爐使用年限較長，受熱面換熱能力降低，使排煙溫度與原設(shè)計值相比略高，造成鍋爐排煙損失增加、效率降低。
2、用高品位蒸汽源加熱冷凝水不符合能量的梯級利用。 實施改造方案：
在水平煙道加裝一臺復(fù)合相變換熱器吸熱
段，將排煙溫度降至115℃，且可控可調(diào)；把相變段的最低壁面溫度控制在100℃以上，同時，在適當(dāng)位置加裝復(fù)合相變換熱器放熱段，將回收的煙氣熱量用于加熱通過冷渣器后的凝結(jié)水，將其從61.8 ℃ 升至113.6 ℃ ，減少了用以加熱凝結(jié)水的蒸汽消耗。 改造后節(jié)能效果：
改造后排煙溫度115℃，換熱器最低壁溫為100℃�；厥諢崃坑糜诩訜崂淠�，可節(jié)省大量高品位蒸汽。
通過計算：年節(jié)標(biāo)煤量5233噸/年·臺（800元/噸）；年節(jié)能效益：418.64萬元/臺
4、江蘇沙鋼
項目背景：220t/h燃?xì)忮仩t，燃料混燒（高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、焦?fàn)t煤氣），酸露點高、腐蝕嚴(yán)重。 改造前存在的主要問題： 1、設(shè)備酸露腐蝕嚴(yán)重——沙鋼資源綜合利用發(fā)電廠3#鍋爐，由于燃料特性焦?fàn)t煤氣腐蝕性極高，已停用尾部低壓省煤器和解列高加，空預(yù)器出口排煙溫度高達187℃，并存在因腐蝕而嚴(yán)重漏風(fēng)問題，若考慮漏風(fēng)或投用“高加”等因素估算排煙溫度高達230℃～240℃左右，導(dǎo)致鍋爐效率低下，嚴(yán)重影響鍋爐正常運行及經(jīng)濟效益。
低壓省煤器曾經(jīng)采用ND不銹鋼，也已因酸露腐蝕嚴(yán)重不到半年而爛掉。 空預(yù)器因酸露腐蝕漏風(fēng)急需更換。
2、排煙溫度高——造成大量低溫?zé)嵩蠢速M
蘇州市節(jié)能監(jiān)察中心：在改造前、后分別作了鍋爐熱效率正、反平衡測試，數(shù)據(jù)結(jié)果表明：1）鍋爐熱效率提高了6.77%，2）年節(jié)約標(biāo)煤9773噸。
5、上海高橋石化公司
項目背景：額定蒸發(fā)量220T/H煤粉鍋爐，額定壓力9.8MPa，排煙溫度155℃左右。 改造前后對比：
改造前：鍋爐運行排煙溫度155 ℃，鍋爐補水溫度20℃；
改造后：鍋爐排煙溫度為115℃，鍋爐補水溫度90 ℃
改造后節(jié)能效果:節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤3828噸/年.臺
6、山西國電榆次電廠
項目背景：1164t/h碳粉爐，330MW直接空冷燃煤供熱機組，排煙溫度為128℃。 改造前后對比：
改造前：鍋爐運行排煙溫度128℃，空預(yù)器進口空溫為環(huán)境溫度
改造后：鍋爐排煙溫度113 ℃，空預(yù)器進口空氣加熱到40-50℃。
改造后節(jié)能效果:節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤5297噸/年.臺
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