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　　生态环保产业作为支撑生态文明建设和高质量发展的关键力量，正面临着转型升级的迫切需求。环保新质生产力，正成为推动产业向前发展的核心力量。本栏目将聚焦生态环保产业的新技术、新装备、新材料、新模式，深入宣传推广科技创新成果，及时发布环境技术进步奖项，全面介绍行业内的实用技术装备和示范工程，引导行业持续创新，加快数字、智慧、科技的融合赋能，为经济社会全面绿色转型贡献力量。
 

　　生态环境保护实用技术
 

　　2023-J-22
 

　　申报单位
 

　　福建龙净环保股份有限公司
 

　　推荐单位
 

　　福建省环境环保产业协会
 

　　一、技术简介
 

　　适用范围
 

　　本技术适用于燃煤锅炉及工业窑炉配套烟气余热利用低低温电除尘系统应用领域，零泄漏真空热管换热装置布置于空预器和除尘器之间，具有高效换热、冷却水零泄漏及确保除尘达标排放等突出优点，是传统烟气取热装置的升级换代产品。
 

　　技术原理
 

　　本技术所述零泄漏真空热管换热装置采用重力热管的工作原理，在结构上分为蒸发段、绝热段和冷凝段，主要工作过程经历以下4个方面：
 

　　1.在蒸发段，外界热量通过管壁传入管内；
 

　　2.热管内液态工作介质吸收管壁热量后蒸发成饱和气体；
 

　　3.工作介质蒸发后上升至冷凝段被管外冷却水冷却并冷凝释放出热量；
 

　　4.冷凝段管内工作介质被冷凝后，在重力作用下回到热管蒸发段重新吸热蒸发，周而往复，实现热量的上下传递。
 

　　本技术的热管采用“中隔板组件+水套管”等结构，可实现将热烟气和冷却水两种换热介质进行多重物理隔离，满足即使位于中隔板组件下方烟气侧的热管发生磨损时，也仅有少量热管内部工质泄漏到烟道中并迅速被热烟气蒸发带走，位于中隔板组件上方的冷却水不会泄漏到烟道中，避免了冷却水泄漏造成的电除尘内部烟道堵塞、烟尘排放超标、灰斗堵灰等涉及环保及安全等严重隐患，保证了换热器和下游设备的安全。热管换热装置的寿命一般可达10年以上，可确保低低温电除尘系统及机组的长效、低阻、安全、稳定及可靠运行，实现可持续的节能环保效益。
 

　　本技术的工艺流程如图所示，真空热管换热装置设置在空预器与电除尘器之间。
 

　　粉尘比电阻是影响电除尘荷电及除尘效率的主要因素，粉尘比电阻高是我国绝大多数电厂除尘器运行差的重要因素，易导致电除尘电场二次电压升不上去，在电除尘内部难以有效实现粉尘荷电及收尘。实践证明，通过换热装置将烟温降至90——110℃的低低温状态，可降低粉尘比电阻，有效提高电除尘器电场二次电压，充分发挥粉尘荷电与收尘效率，大幅度提高除尘效率；另外，通过低低温电除尘器，可对烟气中的SO3高效协同捕集，避免因SO3逃逸带来的下游设备腐蚀及烟囱排放蓝烟等问题。
 

　　本技术有两种典型的工艺路线：一是烟气余热回收-再热系统，即由真空热管换热装置、电除尘器、再热器、管路系统、烟温自适应控制系统等组成，通过管路系统将换热装置回收的热量带至再热器加热脱硫后烟气，提高烟囱入口烟温和烟气抬升高度，减轻烟囱腐蚀，消除视觉污染；二是烟气余热回收利用系统，即由真空热管换热装置、电除尘器、管路系统、烟温自适应控制系统等组成，通过管路系统将换热装置回收的热量用于加热汽轮机凝结水，排挤汽轮机抽气，增加汽轮机做功，实现降低发电煤耗、高效除尘的双重目的。
 

　　应用效果
 

　　零泄漏真空热管换热装置可将低低温电除尘器前的烟温降低30——50℃，回收的烟气余热用于加热汽机冷凝水场合时，可节省1——3g/kW·h的发电标煤耗，耦合低低温电除尘器的除尘效率≥99.5%，除尘器出口粉尘浓度≤20mg/m³。
 

　　此外，烟温降低后，除尘效率提升，电除尘器可调整至保效节能模式运行，节省电耗，降低维护量；引风机进口烟尘浓度降低、风量下降、叶片磨损减少；脱硫塔烟气量下降、烟温降低，效率提升，可适当调整脱硫浆液循环泵的工作，实现节电的同时降低循环泵及塔内零部件的使用寿命，降低脱硫塔运行维护量。
 

　　研发背景
 

　　1.污染治理需求及行业情况
 

　　近年来，我国燃煤电厂配套低低温电除尘系统项目高达近千台套，但其核心装备烟气余热利用换热器有超50%在投运不足3年时间就出现了局部过度磨损导致的冷却水泄漏情况，不仅增加了设备维护工作量，更影响到低低温电除尘系统的正常稳定运行和机组的发电煤耗，甚至影响到稳定的超低排放效果和碳减排效果。因此，开发一种全新的可实现冷却水零泄漏的长期高效、安全、稳定及可靠的换热装置应用于低低温电除尘系统中成为行业强烈呼声，该技术的开发完全符合国家和相关部委的“减污降碳、协调增效”等政策要求。
 

　　2.技术难点及解决的关键问题
 

　　①解决换热管束因无法避免被磨损后的冷却水泄漏及引发的能耗高、环保降效，甚至影响机组安全运行等一系列问题；②解决换热装置不便于安装、检修、维护问题；③解决热管换热装置的运行状态无法检测的问题；④解决热管换热装置运行一段时间后产生大量不凝性气体影响换热的问题。
 

　　3.国内外技术水平差距
 

　　传统烟气余热利用换热器采用管壳式翅片管直接换热结构，烟气走壳侧，冷却水走管侧，其磨损泄漏及引发的一系列问题一直是其服役过程中无法回避的难题，引起了广泛关注和研究。国内外针对换热管磨损泄漏问题的解决方案主要有：①采用耐磨型换热管；②采用双回路换热器；③采用复合相变换热器等。但这些已有的方案都不能真正解决换热器磨损泄漏及引发的一系列问题。
 

　　技术特点
 

　　本技术采用的零泄漏真空热管换热装置，创新设计三段式热管换热器及配套的封装技术，实现高效换热、环保提效的同时，满足设备零泄漏及高可靠性运行要求；创新应用热管间工质互不相通的承载式换热模块，在提高设备自身刚性、降低钢材使用量的同时兼顾运行膨胀需求，在空间允许情况下，模块可单独插拔式装、拆，方便设备调试、检修维护；创新应用基于大数据方法的装置运行状态在线监控系统，实时掌握设备的运行状态，及时分析和预判故障信息，指导设备运维管理，提升设备管控先进性水平；攻克真空热管原位在线制作及修复关键技术，解决热管换热装置运行一段时间后产生大量不凝性气体影响换热的问题，从而保证真空热管换热装置的长期、高效使用，并可确保低低温电除尘烟气处理系统的节能环保低碳运行。
 

　　二、典型应用案例
 

　　案例名称
 

　　国家电投景德镇发电厂#2炉660MW机组零泄漏真空热管换热装置及低低温电除尘器技改工程
 

　　案例简介
 

　　“国家电投景德镇发电厂#2炉660MW机组零泄漏真空热管换热装置及低低温电除尘器技改工程”总承包方为福建龙净环保股份有限公司，主要参与该项目技术改造的设计、设备供货、施工、调试服务等环节。案例建成后，运行模式为电厂自主运行。
 

　　本项目于2020年10月正式开工，2020年12月16日顺利投运并通过竣工验收，工程实景图如图4所示。本工程将原有的4台低温省煤器换热元件拆除更换为零泄漏真空热管换热装置，每台真空热管换热装置安装于对应电除尘入口烟道处。
 

　　零泄漏真空热管换热装置主要由1进口烟箱、2热管换热模块、3壳体、4照明与控制系统、5管路系统、6出口烟箱、7楼梯走道等构成。
 

　　达到的标准或性能要求
 

　　JB∕T 14090-2020 低低温电除尘器用烟气冷却器
 

　　JB∕T 12591-2016 低低温电除尘器
 

　　JB∕T 12592-2016 低低温高效燃煤烟气处理系统
 

　　业主单位
 

　　国家电投集团江西电力有限公司景德镇发电厂
 

　　投运时间
 

　　2020年12月16日
 

　　工艺流程
 

　　本项目采用全流通工艺路线，真空热管换热装置设置在锅炉排烟系统中空预器与电除尘器之间的烟道处，真空热管换热装置回收的热量用于加热汽轮机凝结水，即：从发电机组轴封加热器和8号低加引出凝结水进入真空热管换热装置，加热后的凝结水回到7号低加入口。通过调节阀控制可实现进入真空热管换热装置的凝结水量调节，将电除尘器的入口烟气温度从145℃降至95℃，从而实现低低温电除尘系统的稳定运行。
 

　　运行情况
 

　　真空热管换热装置自投运后已稳定运行3年，各项运行指标均达到设计值。在实现烟气余热稳定回收的同时，也保证了低低温电除尘器高效运行。
 

　　设备投运后1年内视在线监测情况对热管进行1次的正常排气处理后即可保持长久的高效换热工作，平时仅需进行日常的声波清灰器清灰，自身无需其他维护，维护工作量小。
 

　　此外，烟温降低到95℃以下后，除尘效率提升，电除尘器可调整至保效节能模式运行，节省电耗，降低维护量；引风机进口烟尘浓度降低、风量下降、叶片磨损减少；脱硫塔烟气量下降、烟温降低，效率提升，可适当调整脱硫浆液循环泵的工作，实现节电的同时降低循环泵及塔内零部件的使用寿命，降低脱硫塔运行维护量。
 

　　2021年1月，经测试，真空热管换热装置在满负荷工况下：平均烟气温降37.5℃，修正后出口平均温度91.2℃；平均烟气压力降296.5Pa；凝泵水侧平均压力降0.085MPa。测试结果及热态运行数据表明，换热装置投运正常，低低温电除尘器入口烟温能够稳定降至95℃以下，烟气阻力稳定控制在400Pa以内，各项运行指标均优于产品开发设计要求。结合实际测试分析，投运该装置后可降低机组发电煤耗1.64g/kW·h。
 

　　2021年4月，经测试，配套低低温电除尘器在约600MW负荷下，通过对比换热装置投运前后的测试结果，可实现电除尘器入口烟温降幅42.7℃，烟气流量降低7%，烟气阻力降低4%，粉尘排放浓度降低38.98%，电除尘器耗电量降低29.4%。
 

　　技术应用产生的碳减排效果
 

　　根据第三方测试结果，景德镇电厂2#炉660MW机组采用真空热管换热装置后，降低标煤耗量约1.64g/kW·h，换算到年节标煤量(按设备有效年运行小时数4500h)为4871吨，则可减少CO2排放量14042吨/年。
 

　　真空热管换热装置投运后，烟温降低可提高电除尘器的除尘效率、降低烟气流量，电除尘器及引风机电耗也随之降低。通过计算，景德镇电厂2#炉660MW机组年减少引风机电耗348.5万kW·h，按照供电煤耗295g/kW·h计，对应折算可实现年减少标煤耗1028.1吨，相应地可以减少CO2排放量2963.9t/年；根据第三方测试结果，降低除尘器能耗282.5kW，相应可减少CO2排放约1114.89t/年。
 

　　综上，真空热管换热装置投运后，该机组可减少CO2排放约18120t/年。
 

　　三、技术申报单位联系信息
 

　　单位名称：福建龙净环保股份有限公司
 

　　单位地址：福建省龙岩市新罗区工业中路19号
 

　　原标题：环保新质生产力 | 零泄漏真空热管耦合低低温电除尘技术