相变换热器介绍USEA01
锅炉领域节能减排科技成果——
复合相变换热器技术与装置简介
全国项目合作联系人 陈朋辉
联系电话：13917201285
市场前景展望
通过近十年的实验和应用，复合相变换热器不仅具有其它节能技术不可比拟的节能效益，而且适用性极其广泛，可以灵活配置于工业锅炉、热电联产锅炉、电站锅炉、油田注气炉、石化加热炉等各类锅炉，涉及电力、石油、化工、石化、冶金、纺织等行业，具有明显的可持续开拓的强大技术优势，市场前景非常广阔。
我国锅炉平均运行效率比国际先进水平低10～15个百分点，锅炉节能改造被国家列为十大重点节能工程之一。锅炉效率低的主要原因之一是热能转换装置工艺技术落后，排烟温度高，热能损耗大。我国现有50多万台工业锅炉，即使只有1万台较大吨位锅炉采用复合相变换热器技术改造换热装置，按排烟温度平均降低30～40℃保守测算，每年总计可节能3000万吨标准煤，价值150亿元，并可相应减少SO2排放240万吨、CO2排放2400万吨。由此可见，推广应用复合相变换热器对于落实国家节能减排战略具有十分重要的现实意义。近来，上海、江苏、浙江、广东、河南、河北、宁夏、新疆、山东、内蒙等地的数十家发电、供热、石化企业纷纷与我方商洽产品使用事宜，复合相变换热器技术市场前景十分看好。
总之，复合相变换热器作为原创性节能技术，通过多年节能技改工程实践和不断改进完善，其节能效益以及设计科学、技术先进、性能可靠、使用方便等多重效果均得到验证，具有其他节能技术无法替代的显著优势。
第一节 复合相变换热装置的技术背景和起源
一、锅炉低温酸露腐蚀
煤、石油、天然气等均含硫，燃烧时会产生二氧化硫、三氧化硫。三氧化硫与水蒸气结合形成硫酸蒸汽。锅炉受热面(空气预热器)的金属壁面温度若低于硫酸蒸汽的凝结点(酸露点)，就会在其表面形成液态硫酸(称为酸露)。
长期以来空气预热器作为锅炉尾部受热装置，由于壁温过低而引起的酸露腐蚀、灰堵现象经常发生，并一直得不到有效解决。
因而，世界上各种锅炉设计通常以牺牲锅炉热效率为代价，通过提高排烟温度来缓解(而不是根除)酸露腐蚀现象，而提高排烟温度势必造成大量的低温热源浪费。
省煤器,空余器和传统的换热装置都存在一个共性就是在常温空气(或者水)的进入端壁温通常很低(经常在酸露点以下,容易造成酸蚀),而在经过换热的出口端(通常也即换热器的高温烟气进入端)的空气(或者水)温度较高,换热器的壁温也比较高.从而导致换热器的壁温产生高温和低温两极化的普遍现象. 为了确保壁温较低部分温度在酸露点之上必须大大提高排烟温度,从而浪费大量热能
.
尽管如此，空气预热器往往运行一至两年后依然出现酸露腐蚀，直至穿孔报废，这是困扰锅炉界的一个世界性难题。
以下为通常换热原理下,空预器和省煤气的酸蚀情形:
空预器腐蚀 省煤器腐蚀
二、锅炉的热损失
?锅炉的热损失有：排烟损失、飞灰损失、保温散热损失、燃料未完全燃烧损失等。 ?排烟损失占全部热损失的70～80％，排烟温度高是锅炉热损失的最主要指标之一。 ?每降低排烟温度15℃，可提高锅炉热效率1%。
?如能将锅炉排烟温度降低30℃-50℃，则可提高锅炉热效率2%-3%以上。对于大型锅炉而言，这无疑是中低温热源的一次世界性突破。
锅炉的排烟温度是指：烟气经过锅炉的最后一节换热器（通常为空气预热器），其能量（显热）已经无法继续使用时的烟气温度，它是衡量锅炉热效率的“标志性”参数。如果能将排烟温度避免酸蚀问题的同时降低到酸露点附近就能大大提高锅炉效率，节约大量能源。
三、复合相变换热革命性的技术创新和发明
为切实解决这一技术性难题，有效提高锅炉热效率，中兴科扬的科研人员凭借深厚的数理科学基础，运用“热力学、传热学、高等数学与锅炉原理、自动控制及现代计算技术”多学科基础理论的综合创新和高效集成，在世界上首创发明了复合相变换热器专利技术，通过改变锅炉尾气温度和最低壁面温度的函数关系，巧妙地化解了降低锅炉排烟温度与酸露点腐蚀的矛盾，较好地解决了锅炉排烟温度难以降低的世界性难题，为充分利用锅炉余热提供了新的空间，开创了科学可靠的锅炉节能新思路、新技术。
复合相变换热器运行半年后情况，既不腐蚀也不会产生灰垢
“相变段”基本原理与核心内涵
“壁温均匀”
“相变段”的概念是将原来热管换热器中一
根根相互独立的热管，构造成整体热管；保证“相
变段”受热面最低壁面温度只有微小的梯度温降；
同时，利用“相变段”将被加热介质(如空气、水)
温度适当提高；被预热的空气可保证下级空预器的
安全，解决了低温腐蚀问题；被加热的水回收烟气
余热，实现节能目的。
“壁温可调可控”
通过对“相变段”内部换热介质的参数(流量、
压力和温度)进行调节，从而实现对受热面最低壁温面度实现闭环控制，实现了壁面温度的恒定和调高调低，使换热器金属受热面最低壁面温度始终处于可控可调状态，在相当大幅度内，适应锅炉传热负荷的变化，使排烟温度和壁温保持相对稳定；保持金属受热面壁面温度处于较高的温度水平，远离酸露点的腐蚀区域，从根本上避免了结露腐蚀和堵灰现象的出现；复合相变换热器的最低壁温不仅设计时可以任意选取，且在锅炉运行时可通过自控设备非常容易的保持一个恒值。
复合相变换热器在世界范围内首次提出并做到：
1、将锅炉低温换热器的最低壁面温度作为“第一”设计参数；
2、将换热器的整体壁面温度处于“整体均匀、可调可控”状态；
3、将换热器的最低壁面温度独立（无关联）于被加热流体的温度；
4、将换热器最低壁面温度与排烟温度之间的函数关系——从倍数（2：1）关系转化为加减（+15℃）关系。
例：沿用上图《强化传热》实验数据（顾维藻---中科院热物理所研究员）
壁面温度= 77.5 ℃
排烟温度= 77.5 + 15 = 92.5℃
进一步的节能幅度：△t = 150 ℃ -92.5 ℃ =57.5℃
第二节 产品资质
1、产品供应商：中兴科扬节能环保股份有限公司
是中兴集团旗下的专业节能环保公司，中兴节能
公司拥有“复合相变换热器”系列专利的知识产
权，拥有上海交大、西安交大、哈尔滨工业大学
等专家（院士）团队的技术支持，能够为客户提
供余热回收利用的最佳解决方案，是名企与名校
强强联合的典范。
3、产品资质证书：
4、国家产品鉴定：
刘高联院士、秦裕琨院士 主持鉴定会议
2000年12月，受国家经贸委委托，由中科院院士刘高联、工程院院士秦裕琨等专家组成的鉴定委员会，对复合相变换热器技术与装置进行了严格的国家级鉴定。
（1）国家级鉴定评述
“经查新，该技术将壁面温度作为一个锅炉基本设计参数方面，未见类似报道，是相关设计理念上的一次创新。”
——摘自国家级《鉴定验收证书》
“复合相变换热器作为锅炉尾部热交换装置，其最低壁面温度整体可控可调，并可在保证受热面不结露的前提下降低排烟温度。有效提高设备热效率和防腐能力。”
——摘自国家级《鉴定验收证书》
“建议今后将此技术进一步在锅炉、工业窑炉以及石油化工等行业的换热设备上推广应用，同时在壁面温度自动控制方面，尤其在大型电站锅炉的应用上提高自动化水平。”
——摘自国家级《鉴定验收证书》
“综上所述，复合相变热器技术的研究与装置的研制是成功的。尤其在避免烟气低温腐蚀的前提下提高锅炉的热效率方面，该技术为国内外首创处于国际领先水平。”
——摘自国家级《鉴定验收证书》
后记：
虽然复合相变换热器技术的鉴定已经过去了许多年。但是，该技术独特的`先进性仍然为目前其他节能技术所不可替代，在许多技术指标方面继续保持“国内外领先”的强大优势。
如果该技术是真的，则是中低温热源的一次世界性突破；如果该技术是真的，市场远不止于电厂；如果该技术是真的，指标不要这么高也是了不起的大事。
——原国家能源局局长的话
（2）复合相变换热器技术与装置的——四大亮点
节能——能使锅炉热效率稳定提高1.5％～10％。
（降低能耗、提高吨煤产汽率、增加锅炉出力）
节水——降低排烟温度可节约大量脱硫工艺用水。
防腐——从机理上根本解决设备酸露腐蚀问题。
减排——节能是最大的减排，减少碳、硫、氮氧化物及粉尘的排放。
第三节 产品应用效益
一、节能效益估算表
计算依据：
1、假设设备漏风系数为0；
2、燃料酸露点温度为90℃；
3、使用义乌烟煤，含碳量49.6%，含硫量1.3%，发热量4708kcal/kg；
4、锅炉年运行时间为300天；
5、锅炉效率为85%；
二、适用范围
适用不同燃料：◎燃煤锅炉◎燃油锅炉◎燃气锅炉
适用不同行业：◎电力◎石油◎化工◎造纸◎冶金等
适用不同用途：◎电站锅炉◎热电锅炉◎工业锅炉
适用不同热交换形式：◎气－气◎气－液
三、投资成本和回收周期
用户设备的投资成本是根据锅炉蒸发量的大小、排烟温度降低的多少、余热利用方案的复杂程度以及自控程度等综合因素考量。
我们的报价是与改造后产生的效益相挂钩的。
国际通行的（节能产品）投资回收期是三～五年，
我们暂行的（节能产品）投资回收期是二～三年。
在满足有关银行能源贷款要求的前提下，我们愿意实行合同能源管理（EMC），营造多方共赢格局。
四、应用方案
方案一：加热锅炉补水
适用场合：
以供热（汽）为主，热电联产企业。
基本原理：
FXH吸收烟气中的热量，加热锅炉补水，提高
进除氧器水的温度，提高供热能力。
方案二：提高空气预热器进口风温，同时加热除盐水
适用场合：
空气预热器出口烟温不高，尾部有可能结露，
加热除盐水量受到限制。
基本原理：
FXH回收烟气余热，一部分用来加热送风，提高
空气预热器的进口风温，使其尾部最低壁面温
度高于酸露点温度，防止酸露腐蚀；另一部分
热量加热除盐水，综合提高热效率。
方案三：内部循环方案
适用场合：
系统不需要额外加热除盐水，回收的热量全部用于锅炉本体消化吸收，不会造成汽机冷源损失。
基本原理：
一、采用增加复合气水段等技术手段，吸收烟气热量用以加热锅炉给水，提高锅炉出力及锅炉热效率。
二、采用增加复合气气段等技术手段用以加热助燃空气，达到提高锅炉热效率、避免空预器低温酸露腐蚀的目的。
方案四：余热锅炉（中、低压）
适用场合：
系统给水温度和热风温度已经符合系统要求，并且用户需要一定量的中、低压蒸汽。 基本原理：
一、在转向室增设中、低压蒸发段，生产中、低压蒸汽，用以吸收烟气热量降低排烟温度，提高锅炉热效率。
二、利用相变段整体壁温可调可控不结露的特点，加热送风，提高空预器最低壁面温度，确保空预器避免低温结露腐蚀。
1— 自控装置，2—自控阀，3—低压蒸汽汽包，4—低压蒸汽
上升管，5—低压蒸汽下降管，6—低压蒸发段，7—原省煤器，8—低压给水泵，9—空气预热器，，10—烟道，11—相变换热器下段，12—壁温测试仪，13—相变换热器上段，14—风道，15—低压蒸汽汽包安全阀，16—低压蒸汽汽
包液位计
第五节 实际案例
一、部分主要业绩
二、实际案例说明 1、扬州威亨热电厂
项目背http://http://www.unjs.com/news/55857DED37D89269.html景：80t/h循环硫化床锅炉，原排烟温度171 ℃。
存在问题：入口风温为20℃时，经过空预器的出口风温仅为71℃，此温度对于一般链条炉而言太低，更何况循环流化床锅炉。如果简单增加空气预热器受热面，尽管热风温度会马上得到改善，但随着排烟温度的降低，空预器的壁面温度也会随之大幅度降低，会在空预器表面出现酸露现象，影响到空预器的安全运行。
实施改造方案：采用内循环方案：在省煤器后增加复合气水段，回收的热量用于加热锅炉给水，增加复合气气段代替原空预器，烟道尾部安装相
变换热器本体用以提高进入复合气气段的冷风温度，并且保证复合相变换热器壁面温度始终高于烟气的酸露点温度，在锅炉负荷或煤种发生变化时确保复合相变换热器始终工作在安全范围。在复合气水段进口母管处设置旁通管，通过自控阀自动调节旁通给水的流量，从而达到调节控制复合相变换热器壁温的目的。
改造后节能效果：改造后排烟温度120 ℃，换热器最低壁温为105 ℃。回收的热量一部分用于加热锅炉给水；一部分用于加热锅炉送风，提高锅炉热效率2.5％。
通过扬州市节能技术服务中心现场检测：日节能量为10.058tce/d，推算年节标煤量约3352吨/年·台（800元/吨）；年节能经济效益：268.16万元/台。
2、泰州梅兰热电厂
项目背景：130吨循环流化床，原排烟温度155℃以上。 存在问题： 1、由于锅炉使用年限较长，受热面的换热能力降低，使得排烟温度与原设计值相比略高，造成锅炉排烟损失增加、效率降低。 2、用高品位蒸汽源加热低除不符合能量的梯级利用。
实施改造方案：
在原锅炉烟气系统尾部水平段，即除尘设备之前水平烟道加装一台复合相变换热器
（FXH）吸热段。其作用为：回收烟气中的热
量，排烟温度可以从现在运行的155℃降到115℃左右。同时FXH吸热段受热面壁面温度远大于燃煤酸露点温度，从而保证换热器不结露、不积灰、不腐蚀；
在适当位置加装FXH加热水段，将回收的烟气热量用于加热锅炉系统的除盐水，将25t/h的除盐水从30℃加热到85℃，改善了除氧器的运行状况，并达到提高锅炉系统热效率的目的。 改造后节能效果：
现应用“复合相变换热器”对锅炉进行改造，改造后排烟温度115℃，换热器最低壁温为100℃。回收的热量用于加热锅炉除盐水，节省了大量高品位热网蒸汽，提高了锅炉热效率。 通过计算：年节标煤量2211吨/年·台（800元/吨）；年节能效益：176.88万元/台
3、广东理文造纸有限公司
项目背景：260吨循环硫化床锅炉，原排烟温度171℃以上。 存在问题： 1、锅炉使用年限较长，受热面换热能力降低，使排烟温度与原设计值相比略高，造成锅炉排烟损失增加、效率降低。
2、用高品位蒸汽源加热冷凝水不符合能量的梯级利用。 实施改造方案：
在水平烟道加装一台复合相变换热器吸热
段，将排烟温度降至115℃，且可控可调；把相变段的最低壁面温度控制在100℃以上，同时，在适当位置加装复合相变换热器放热段，将回收的烟气热量用于加热通过冷渣器后的凝结水，将其从61.8 ℃ 升至113.6 ℃ ，减少了用以加热凝结水的蒸汽消耗。 改造后节能效果：
改造后排烟温度115℃，换热器最低壁温为100℃。回收热量用于加热冷凝水，可节省大量高品位蒸汽。
通过计算：年节标煤量5233吨/年·台（800元/吨）；年节能效益：418.64万元/台
4、江苏沙钢
项目背景：220t/h燃气锅炉，燃料混烧（高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气），酸露点高、腐蚀严重。 改造前存在的主要问题： 1、设备酸露腐蚀严重——沙钢资源综合利用发电厂3#锅炉，由于燃料特性焦炉煤气腐蚀性极高，已停用尾部低压省煤器和解列高加，空预器出口排烟温度高达187℃，并存在因腐蚀而严重漏风问题，若考虑漏风或投用“高加”等因素估算排烟温度高达230℃～240℃左右，导致锅炉效率低下，严重影响锅炉正常运行及经济效益。
低压省煤器曾经采用ND不锈钢，也已因酸露腐蚀严重不到半年而烂掉。 空预器因酸露腐蚀漏风急需更换。
2、排烟温度高——造成大量低温热源浪费
苏州市节能监察中心：在改造前、后分别作了锅炉热效率正、反平衡测试，数据结果表明：1）锅炉热效率提高了6.77%，2）年节约标煤9773吨。
5、上海高桥石化公司
项目背景：额定蒸发量220T/H煤粉锅炉，额定压力9.8MPa，排烟温度155℃左右。 改造前后对比：
改造前：锅炉运行排烟温度155 ℃，锅炉补水温度20℃；
改造后：锅炉排烟温度为115℃，锅炉补水温度90 ℃
改造后节能效果:节约标准煤3828吨/年.台
6、山西国电榆次电厂
项目背景：1164t/h碳粉炉，330MW直接空冷燃煤供热机组，排烟温度为128℃。 改造前后对比：
改造前：锅炉运行排烟温度128℃，空预器进口空温为环境温度
改造后：锅炉排烟温度113 ℃，空预器进口空气加热到40-50℃。
改造后节能效果:节约标准煤5297吨/年.台
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