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生態環保產業作為支撐生態文明建設和高質量發展的關鍵力量，正面臨著轉型升級的迫切需求。環保新質生產力，正成為推動產業向前發展的核心力量。本欄目將聚焦生態環保產業的新技術、新裝備、新材料、新模式，深入宣傳推廣科技創新成果，及時發布環境技術進步獎項，全面介紹行業內的實用技術裝備和示范工程，引導行業持續創新，加快數字、智慧、科技的融合賦能，為經濟社會全面綠色轉型貢獻力量。
生態環境保護實用技術
2023-J-22
申報單位
福建龍凈環保股份有限公司
推薦單位
福建省環境環保產業協會
一、技術簡介
適用范圍
本技術適用于燃煤鍋爐及工業窯爐配套煙氣余熱利用低低溫電除塵系統應用領域，零泄漏真空熱管換熱裝置布置于空預器和除塵器之間，具有高效換熱、冷卻水零泄漏及確保除塵達標排放等突出優點，是傳統煙氣取熱裝置的升級換代產品。
技術原理
本技術所述零泄漏真空熱管換熱裝置采用重力熱管的工作原理，在結構上分為蒸發段、絕熱段和冷凝段，主要工作過程經歷以下4個方面：
1.在蒸發段，外界熱量通過管壁傳入管內；
2.熱管內液態工作介質吸收管壁熱量后蒸發成飽和氣體；
3.工作介質蒸發后上升至冷凝段被管外冷卻水冷卻并冷凝釋放出熱量；
4.冷凝段管內工作介質被冷凝后，在重力作用下回到熱管蒸發段重新吸熱蒸發，周而往復，實現熱量的上下傳遞。
本技術的熱管采用“中隔板組件+水套管”等結構，可實現將熱煙氣和冷卻水兩種換熱介質進行多重物理隔離，滿足即使位于中隔板組件下方煙氣側的熱管發生磨損時，也僅有少量熱管內部工質泄漏到煙道中并迅速被熱煙氣蒸發帶走，位于中隔板組件上方的冷卻水不會泄漏到煙道中，避免了冷卻水泄漏造成的電除塵內部煙道堵塞、煙塵排放超標、灰斗堵灰等涉及環保及安全等嚴重隱患，保證了換熱器和下游設備的安全。熱管換熱裝置的壽命一般可達10年以上，可確保低低溫電除塵系統及機組的長效、低阻、安全、穩定及可靠運行，實現可持續的節能環保效益。
本技術的工藝流程如圖所示，真空熱管換熱裝置設置在空預器與電除塵器之間。
粉塵比電阻是影響電除塵荷電及除塵效率的主要因素，粉塵比電阻高是我國絕大多數電廠除塵器運行差的重要因素，易導致電除塵電場二次電壓升不上去，在電除塵內部難以有效實現粉塵荷電及收塵。實踐證明，通過換熱裝置將煙溫降至90——110℃的低低溫狀態，可降低粉塵比電阻，有效提高電除塵器電場二次電壓，充分發揮粉塵荷電與收塵效率，大幅度提高除塵效率；另外，通過低低溫電除塵器，可對煙氣中的SO3高效協同捕集，避免因SO3逃逸帶來的下游設備腐蝕及煙囪排放藍煙等問題。
本技術有兩種典型的工藝路線：一是煙氣余熱回收-再熱系統，即由真空熱管換熱裝置、電除塵器、再熱器、管路系統、煙溫自適應控制系統等組成，通過管路系統將換熱裝置回收的熱量帶至再熱器加熱脫硫后煙氣，提高煙囪入口煙溫和煙氣抬升高度，減輕煙囪腐蝕，消除視覺污染；二是煙氣余熱回收利用系統，即由真空熱管換熱裝置、電除塵器、管路系統、煙溫自適應控制系統等組成，通過管路系統將換熱裝置回收的熱量用于加熱汽輪機凝結水，排擠汽輪機抽氣，增加汽輪機做功，實現降低發電煤耗、高效除塵的雙重目的。
應用效果
零泄漏真空熱管換熱裝置可將低低溫電除塵器前的煙溫降低30——50℃，回收的煙氣余熱用于加熱汽機冷凝水場合時，可節省1——3g/kW·h的發電標煤耗，耦合低低溫電除塵器的除塵效率≥99.5%，除塵器出口粉塵濃度≤20mg/m³。
此外，煙溫降低后，除塵效率提升，電除塵器可調整至保效節能模式運行，節省電耗，降低維護量；引風機進口煙塵濃度降低、風量下降、葉片磨損減少；脫硫塔煙氣量下降、煙溫降低，效率提升，可適當調整脫硫漿液循環泵的工作，實現節電的同時降低循環泵及塔內零部件的使用壽命，降低脫硫塔運行維護量。
研發背景
1.污染治理需求及行業情況
近年來，我國燃煤電廠配套低低溫電除塵系統項目高達近千臺套，但其核心裝備煙氣余熱利用換熱器有超50%在投運不足3年時間就出現了局部過度磨損導致的冷卻水泄漏情況，不僅增加了設備維護工作量，更影響到低低溫電除塵系統的正常穩定運行和機組的發電煤耗，甚至影響到穩定的超低排放效果和碳減排效果。因此，開發一種全新的可實現冷卻水零泄漏的長期高效、安全、穩定及可靠的換熱裝置應用于低低溫電除塵系統中成為行業強烈呼聲，該技術的開發完全符合國家和相關部委的“減污降碳、協調增效”等政策要求。
2.技術難點及解決的關鍵問題
①解決換熱管束因無法避免被磨損后的冷卻水泄漏及引發的能耗高、環保降效，甚至影響機組安全運行等一系列問題；②解決換熱裝置不便于安裝、檢修、維護問題；③解決熱管換熱裝置的運行狀態無法檢測的問題；④解決熱管換熱裝置運行一段時間后產生大量不凝性氣體影響換熱的問題。
3.國內外技術水平差距
傳統煙氣余熱利用換熱器采用管殼式翅片管直接換熱結構，煙氣走殼側，冷卻水走管側，其磨損泄漏及引發的一系列問題一直是其服役過程中無法回避的難題，引起了廣泛關注和研究。國內外針對換熱管磨損泄漏問題的解決方案主要有：①采用耐磨型換熱管；②采用雙回路換熱器；③采用復合相變換熱器等。但這些已有的方案都不能真正解決換熱器磨損泄漏及引發的一系列問題。
技術特點
本技術采用的零泄漏真空熱管換熱裝置，創新設計三段式熱管換熱器及配套的封裝技術，實現高效換熱、環保提效的同時，滿足設備零泄漏及高可靠性運行要求；創新應用熱管間工質互不相通的承載式換熱模塊，在提高設備自身剛性、降低鋼材使用量的同時兼顧運行膨脹需求，在空間允許情況下，模塊可單獨插拔式裝、拆，方便設備調試、檢修維護；創新應用基于大數據方法的裝置運行狀態在線監控系統，實時掌握設備的運行狀態，及時分析和預判故障信息，指導設備運維管理，提升設備管控先進性水平；攻克真空熱管原位在線制作及修復關鍵技術，解決熱管換熱裝置運行一段時間后產生大量不凝性氣體影響換熱的問題，從而保證真空熱管換熱裝置的長期、高效使用，并可確保低低溫電除塵煙氣處理系統的節能環保低碳運行。
二、典型應用案例
案例名稱
國家電投景德鎮發電廠#2爐660MW機組零泄漏真空熱管換熱裝置及低低溫電除塵器技改工程
案例簡介
“國家電投景德鎮發電廠#2爐660MW機組零泄漏真空熱管換熱裝置及低低溫電除塵器技改工程”總承包方為福建龍凈環保股份有限公司，主要參與該項目技術改造的設計、設備供貨、施工、調試服務等環節。案例建成后，運行模式為電廠自主運行。
本項目于2020年10月正式開工，2020年12月16日順利投運并通過竣工驗收，工程實景圖如圖4所示。本工程將原有的4臺低溫省煤器換熱元件拆除更換為零泄漏真空熱管換熱裝置，每臺真空熱管換熱裝置安裝于對應電除塵入口煙道處。
零泄漏真空熱管換熱裝置主要由1進口煙箱、2熱管換熱模塊、3殼體、4照明與控制系統、5管路系統、6出口煙箱、7樓梯走道等構成。
達到的標準或性能要求
JB∕T 14090-2020 低低溫電除塵器用煙氣冷卻器
JB∕T 12591-2016 低低溫電除塵器
JB∕T 12592-2016 低低溫高效燃煤煙氣處理系統
業主單位
國家電投集團江西電力有限公司景德鎮發電廠
投運時間
2020年12月16日
工藝流程
本項目采用全流通工藝路線，真空熱管換熱裝置設置在鍋爐排煙系統中空預器與電除塵器之間的煙道處，真空熱管換熱裝置回收的熱量用于加熱汽輪機凝結水，即：從發電機組軸封加熱器和8號低加引出凝結水進入真空熱管換熱裝置，加熱后的凝結水回到7號低加入口。通過調節閥控制可實現進入真空熱管換熱裝置的凝結水量調節，將電除塵器的入口煙氣溫度從145℃降至95℃，從而實現低低溫電除塵系統的穩定運行。
運行情況
真空熱管換熱裝置自投運后已穩定運行3年，各項運行指標均達到設計值。在實現煙氣余熱穩定回收的同時，也保證了低低溫電除塵器高效運行。
設備投運后1年內視在線監測情況對熱管進行1次的正常排氣處理后即可保持長久的高效換熱工作，平時僅需進行日常的聲波清灰器清灰，自身無需其他維護，維護工作量小。
此外，煙溫降低到95℃以下后，除塵效率提升，電除塵器可調整至保效節能模式運行，節省電耗，降低維護量；引風機進口煙塵濃度降低、風量下降、葉片磨損減少；脫硫塔煙氣量下降、煙溫降低，效率提升，可適當調整脫硫漿液循環泵的工作，實現節電的同時降低循環泵及塔內零部件的使用壽命，降低脫硫塔運行維護量。
2021年1月，經測試，真空熱管換熱裝置在滿負荷工況下：平均煙氣溫降37.5℃，修正后出口平均溫度91.2℃；平均煙氣壓力降296.5Pa；凝泵水側平均壓力降0.085MPa。測試結果及熱態運行數據表明，換熱裝置投運正常，低低溫電除塵器入口煙溫能夠穩定降至95℃以下，煙氣阻力穩定控制在400Pa以內，各項運行指標均優于產品開發設計要求。結合實際測試分析，投運該裝置后可降低機組發電煤耗1.64g/kW·h。
2021年4月，經測試，配套低低溫電除塵器在約600MW負荷下，通過對比換熱裝置投運前后的測試結果，可實現電除塵器入口煙溫降幅42.7℃，煙氣流量降低7%，煙氣阻力降低4%，粉塵排放濃度降低38.98%，電除塵器耗電量降低29.4%。
技術應用產生的碳減排效果
根據第三方測試結果，景德鎮電廠2#爐660MW機組采用真空熱管換熱裝置后，降低標煤耗量約1.64g/kW·h，換算到年節標煤量(按設備有效年運行小時數4500h)為4871噸，則可減少CO2排放量14042噸/年。
真空熱管換熱裝置投運后，煙溫降低可提高電除塵器的除塵效率、降低煙氣流量，電除塵器及引風機電耗也隨之降低。通過計算，景德鎮電廠2#爐660MW機組年減少引風機電耗348.5萬kW·h，按照供電煤耗295g/kW·h計，對應折算可實現年減少標煤耗1028.1噸，相應地可以減少CO2排放量2963.9t/年；根據第三方測試結果，降低除塵器能耗282.5kW，相應可減少CO2排放約1114.89t/年。
綜上，真空熱管換熱裝置投運后，該機組可減少CO2排放約18120t/年。
三、技術申報單位聯系信息
單位名稱：福建龍凈環保股份有限公司
單位地址：福建省龍巖市新羅區工業中路19號
原標題：環保新質生產力 | 零泄漏真空熱管耦合低低溫電除塵技術
