换热器

吸收式热泵从汽轮机低压紅进汽导管上抽汽并从凝汽器的排汽损失中回收热量，这与传统的汽水换热器供热方式不同。汽轮机、凝汽器和吸收式热泵三者之间的耦合，改变了原已优化的热力系统参数。需要根据供热参数，将吸收式热泵作为电厂热力系统的有机组成部分，重新考虑其对冷端系统的影响。吸收式热泵供热系统中凝汽器的工作特性将同时影响汽轮机发电和热泵供热两个方面。若维持汽轮机的主蒸汽参数和中压缸排汽参数不变，发电功率只与供热抽汽量和背压有关：供热抽汽量由热泵热负荷和热泵的性能系数决定，汽轮机背压与凝汽器的入口水温度有关。因此在确定的供热负荷和电负荷条件下，最基本的变量就是凝汽器的入口水温度：凝汽器入口水温度升高，背压升高，发电功率有减小的趋势；同时热泵的C0P增大，消耗的蒸汽量减少，进入低压缸的蒸汽量增加，汽轮机发电功率又有增大的趋势。反之，汽轮机功率变化趋势相反。因此，在一定的热电负荷范围内，就可能存在一个最佳的入口水温度、机组真空和供热抽气量，使得供热机组煤耗率最低，从而获得较高的经济收益。由于供热系统的各个模型并不是孤立的，各个设备相互耦合，因此找到热泵低温余热利用系统的优化运行措施对进一步提高供热电厂整体经济性就显得必要而又紧迫。

生产工艺创新，在金属管内、外壁采用自主研发的专用刀具进行刻切加工，使其肋面成为一个曲面与平面的结合体，即“三维”肋化技术，这既是一种新型加工技术，又是强化换热的技术，实现了换热工质从二元流动向三元流动的转变，换热能力、抗积灰能力更强。相较光管、 H型鳍片管、螺旋肋片管，三维内外肋片管在管内、外同时强化换热，使换热器更加高效和紧凑，是一种换热性能优异的高效传热元件。 设计创新，设计三维内外肋片管式GGH系统取代现有脱硫回转式GGH换热器系统，利用脱硫入口高温原烟气直接加热湿式电除尘器出口低温净烟气，将脱硫入口烟温降至85℃以下并将净烟气从47℃升高到80℃以上经烟囱排放，以满足机组超低排放的要求。 三维内外肋片管强化换热技术，对燃煤发电厂应用甚广，不仅适用于回转式GGH、MGGH的改造，同时也可用于空预器、光管换热器、低温省煤器等，基于三维肋片管换热效率高、抗积灰、耐磨损的特性，可广泛应用于各类管式换热器中。 该项目实施后，达到了节能减排的双重效益，比原回转式GGH污染物年排放量降低5%，电耗节省85%。

本项目属于燃煤发电节能减排领域。经中国电力企业联合会技术鉴定，整体达到国际先进水平，部分达到国际领先水平。 锅炉排烟热损失是燃煤火电厂的主要热损失，如何高效、充分和安全的利用这一部分余热成为热点的研究方向。近年来，虽然烟气余热利用领域已经有了快速发展，但仍存在烟气余热未被深度挖掘：余热利用系统在低负荷状态下节能性能难以有效维持：烟气换热器设备在运行过程中存在磨损和腐蚀的风险等关键技术难题。鉴于以上难题，项目单位以问题为导向，开发了多项关键技术，解决了烟气余热利用中的难题，取得了原创性的科技成果。 项目研发了一项联合暖风器的烟气余热全工况高效利用系统优化设计技术并开发了计算软件，建立了两项关键技术支撑，在此基础上取得了四个新突破，实现了烟气余热深度、安全和全工况高效利用。

火电行业现有环保设备及技术路线具有以下问题：1、除雾器受除尘机理制约，现有技术对微细颗粒物的脱除效果不理想，且除雾器内部易结垢阻塞，影响长期使用效果。2、湿式电除尘除尘效率高，但是造价高、耗电量大、需要定期维护和保养，运行成本极高；需要大量碱性水，造成二次水污染，增大了废水处理量。3、湿法脱硫要消耗大量水资源，蒸发的水蒸气又会带走烟气中的部分余热，遇冷后会出现“白烟现象。4、单纯使用MGGH系统消除“白烟”现象，在烟气余热不足时需要耗费大量蒸汽。因此追切需要一种既具有更好的节能减排效果，又能够节约水资源的新型节能环保设备，以及相应的工艺系统。 同现有环保技术相比，烟气冷凝式节能、节水、减排装置及系统能够回收烟气中的水分，对烟气中的多种污染物都具有减排效果，除尘效果好于单纯使用烟道除雾器，能够在节能的同时达到湿式电除尘的环保效果。由于减少了烟气中的水蒸气合量，因此同MGGH系统相比，烟气冷凝式节能、节水、减排技术所需的热量会大量减少，能够起到很好的节能效果。该技术同时具备节能、节水、减排效果，目前其他环保技术都无法同时达到这些效果。我院青年创新基金于2015年对相变式冷凝换热器进行立项。目前已完成全部工作，各项指标都已达到预期效果，相关发明专利已提交申请。我院具有完全自主知识产权的烟气冷凝式节能、节水、减排技术利于今后在全行业进行推广。

本成果通过在管式MGGH烟气加热器热媒水管路前串联一台管壳式水水换热器，通过该水水换热器，耦台汽机低压回热系统，通过对回热系统中的凝结水加热来降低热媒水温度，进而降低烟气温度。在满足烟图排烟温度要求的前提下，将烟气多余部分热量进行梯级回收，回收的热量用于加热汽机低加侧凝结水，从而减少汽机排挤抽汽做功，节约汽机热耗，从而提高整个机组的发电效率。 MGGH换热利用的基础上，最大限度地回收了热量根本上解决了夏季高温工况下，采用管式MGGH的超低排放机组烟气余热如何最大限度地进行梯级回收利用的难题，解决了低低温电除尘系统夏季高温工况下的除尘效率下降以及热媒水及烟温控制调节失灵的难题；消除了热媒水系统及换热管存在的重大安全隐患；增强了管式MGGH的系统调节能力，提高了管式MGGH全工况的效率及超低排放机组的运行可靠性 专利等情况：已授权实用新型1项，另申报1项发明专利（实质审查）。

近日，高通量换热器管外池式沸腾试验顺利完成，至此换热管强化换热项目完成全部试验，试验结果符合预期。

项目组在开展表面换热技术与复合相变换热技术深入研究的基础上，结合现场实际情况，首次提出“传统表面换热技术与复合相变换热技术有机结合的尾部烟气余热回收技术”，并成功应用在国内600MW大容量电站锅炉上。该项目建立了锅炉尾部烟气余热回收利用的复合相变换热数学模型，通过DCS自动调节，实现了烟温和凝结水温的精确控制。该项目通过自动调节凝结水流量，满足不同运行工况下，受热面金属温度始终高于烟气酸露点温度5~10℃，避免受热面发生低温腐蚀，保证系统安全运行。该项目在相变换热器后合理设置表面换热器，确保换热器出水温度与凝结水系统对应的加热器出水温度匹配，充分利用高温烟气的余热，提高了热能利用效率。

该项目研究内容及工程应用范畴属于热能动力工程、电站空冷技术领域。我国特有的能源结构决定燃煤发电将长期在电力供应中占据基础地位，传统湿冷发电技术需要消耗大量的水资源，电站空冷技术很好地解决该问题，在北方地区被广泛应用，逐渐实现国产化。 项目获得授权国家发明专利5 项、实用新型专利7 项；发表科技论文16 篇，其中SCI/EI 期刊10 篇；制定电力行业标准5 项，填补了国内相关领域空白。经中国电机工程学会鉴定结论为：该项目通过对空冷电站换热器及系统运行的协同研究，提升空冷系统的整体换热性能，项目整体达到了国际先进水平，在空冷系统智能在线节能运行、严寒条件防冻等方面居国际领先水平。

目前我国综合能源系统落地项目较多，但是综合能源系统存在缺乏能源数字化、地理化、信息化设计平台，中低温废气潜热回收温降不均匀、系统控制鲁棒性差以及缺乏设计运行标准化指导等技术难题，项目组结合综合能源项目工程实践，历时8年技术攻关，在综合能源仿真规划设计平台、中低温废气水热同收利用机理及高效换热器开发、综合能源系统智能运营和协同管理机制及负荷分析、设计优化、运行管控等关键环节标准化方面取得重要突破。项目获发明专利6件，实用新型专利11件，软件著作权4项，主参编国家行业标准5项，发表学术论文6篇，出版专著2部。项目成果先后在北京华电产业园、中国石油科创基地、北京日出东方酒店、上海科技大学能源中心、广州三水工业园等综合能源项目上推广应用，系统运行稳定可靠，社会和经济效益显著。