中源科扬复合相变换热器在电力大机组的应用

中源科扬复合相变换热器在电力

大机组的应用（完整版）实用资

料

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复合相变换热器大机组应用情况说明

概况

上海中源科扬节能技术授权应用上海交大杨本洛教授的系列发明专利，根据客

户的要求及实际工况，进行数据采集、诊断分析、热平衡计算、制定方案及计算机

编程优化图纸致力于为客户提供余热回收利用的最佳方案，它是集为客户提供软

件、硬件与服务为一体的综合服务商。

公司首席专家杨本洛教授在哲学、数学、理论物理等基础科学领域以及相关的

应用科学研究方面取得了一系列彼此本质关联的独立研究结果，在国内科学界产生

相当的影响，并且也早已得到一些国外学者的关注。

依赖于厚实的数学功底，他指出现代微分几何存在着众多逻辑悖论，在流体力

学、电磁场埋论方面完成埋论体系的独立构造，为许多众所周知疑难问题的解决提

供了全新的途径。同样得益于对热力学和传热学知识的深刻领悟，为发明和优化复

合相变换热器技术提供了坚实的理论基础。

他曾先后应邀在北京大学、清华大学、中科大、复旦大学、浙江大学、西安交

通大学等国内一流大学讲学，还曾经在中国科学院、北京空气动力研究院、中国社

科院哲学所等机构作学术报告或讲座。

2006年10月，瑞典皇家科学院访华代表团访问上海交大。上海交大领导将杨

本洛教授介绍给代表团，并向还担任诺贝尔物理学奖评审委员会主任委员的该代表

团团长赠送杨本洛教授当时已出版的九本著作：

1.经典热力学中若干基础概念的探讨

2.流体运动经典分析

3.理论流体力学的逻辑自洽化分析——源于“湍流”的哲学和数学思考

4.自然哲学基础分析——“相对论”的哲学和数学反思

5.湍流及理论流体力学的理性重构、宏观力学的哲学和数学反思

6.自然科学体系梳理

7.量子力学中的形式逻辑与物质基础探析——上、中、下三册

8.电磁场理论形式逻辑分析及其它

9.西方哲学思想的逻辑审查与理性重读

一、研发背景

我国作为一个人口和发展中的大国，近年来能源的消费量剧增，随着经济的高

速发展，各项建设取得了巨大的成就，但也付出了很大的资源和环境代价。针对日

益快速增长的能源消耗和日趋严峻的环保压力，国务院审时度势修订了能源政策，

强调“能源开发与节能并举，把节能放在首位“，号召国民在能源消耗利用上实行

“节能减排”，并制定了“节能减排”约束性指标，推动能源资源节约型和环境友好型

社会建设。''我国工业锅炉能源资源浪费情况十分严重，节能潜力很大。因此，做

好锅炉的安全经济运行，使锅炉设备在最优状态下工作，对于促进“节能减排”具有

十分重要的意义。

温家宝总理在《政府工作报告》中指出，“要把节能降耗、保护环境和节约集

约用地作为转变经济增长方式的突破口和重要抓手。”

我们节能的潜力在哪里，潜力有多大呢？与国外比一比能源利用效率，就知道

我们节能的潜力是多么巨大。中国的一次能源结构以煤为主。2(X)5年中国的一次

能源生产量为20.61亿吨标准煤，其中原煤所占的比重高达76.4%；2005年中国一

次能源消费量为22.33亿吨标准煤，其中煤炭所占的比重为68.9%,石油为

21.0%,天然气、水电、核电、风能、太阳能等所占比重为10.1%,而在同年全球

一次能源消费构成中，煤炭只占27.8%,石油36.4%,天然气、水电、核电等占

35.8%。由于煤炭消费比重较大，造成中国能源消费的二氧化碳排放强度也相对较

中国是世界上少数几个以煤为主的国家。与石油、天然气等燃料相比，单位热

量燃煤弓I起的二氧化碳排放比使用石油、天然气分别高出约36%和61%。据有关

机构研究，2000年按现行汇率计算的每百万美元国内生产总值能耗，我国为1274

吨标准煤，比世界平均水平高2.4倍，比美国、欧盟、日本、印度分别高

2.5倍、4.9倍、8.7倍和0.43倍。比较主要耗能设备能源效率。2000年，我

国燃煤工业锅炉平均运行效率65%左右，比国际先进水平低15至20个百分点。先

进技术的严重缺乏与落后工艺技术的大量并存，使中国的能源效率比国际先进水平

约低10个百分点，高耗能产品单位能耗比国际先进水平高出40%左右。如火电机

组平均效率33.8%,比国际先进水平低6至7个百分点。

通过对比可以看出，我国能源利用效率与国外相比存在较大差距，有巨大的节

能潜力。能源消耗水平是一个国家经济结构、增长方式、科技水平、管理能力、

消费模式以及国民素质的综合反映。因此，除了调整经济结构以外，寻找真正

具有大幅度节能潜力的先进节能技术成为当务之急。为了适应国家可持续发展战

略，依靠具有自主知识产权的高科技节能环保产品创造效益、发展企业和保护环

境、造福社会，实现国家节能减排的发展战略，上海交通大学杨本洛教授发明并已

通过国家级鉴定的产学研工程——复合相变换热器（FXH）技术与装置，为锅炉

余热的充分利用提供了一个新的较大空间。

现代锅炉作为世界上主要耗能设备有近二百年发展史，人们通常认为其热效率

已达至极限。然而，长期以来，由于锅炉能源一煤、石油、天然气均为含硫燃

料，燃烧时都会产生二氧化硫，与水蒸气结合形成硫酸蒸汽，当锅炉换热器的金属

壁面温度低于硫酸蒸汽的凝结点（称为酸露点时，就会在其表面形成液态硫酸（称为

结露。为解决换热器尾部受热面由于结露引起的腐蚀，导致世界上各种锅炉设计

时，不得不通过提高排烟温度来缓解（而不是根除结露现象的产生。而单纯提高排

烟温度势必造成大量无法回收的能源浪费。尽管如此，换热器往往运行一至两年后

依然出现腐蚀，直至穿孔。这是困扰世界锅炉界的一个难题。

为切实解决这一世界性难题，有效提高锅炉热效率，上海交通大学杨本洛教授

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（简称FXH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。

二、技术现状

有多种方法可以降低排烟热损失。从运行方面来讲，燃用设计煤种或适宜实际

运行的煤种，保持稳定、适当的锅炉出力，保证锅炉燃烧良好，防止冒黑烟，定期

除灰、保持受热面清洁，降低过量空气系数、减少漏风，都可以有效地降低排烟损

失。然而，由于目前公司运行管理良好，从锅炉的运行、检修、试验、检测等管理

方面已无更大的节能空间。只有采取具备新节能技术的硬件才能进一步突破节能瓶

颈。

一般来说，要利用我炉尾部烟气热量（低温余热，提高锅炉效率和节能目的，

势必要降低锅炉尾部烟气温度。如果安装于锅炉尾部的换热器受热面的最低壁温低

于烟气的酸露点，将发生严重的酸露腐蚀和堵灰（见图1）,影响锅炉安全运行。

传统设计的换热器为避免发生低温腐蚀，其壁温与排烟温度成倍数关系。如果酸露

点为65℃,为保证不发生低温腐蚀和堵灰，换热器壁温必须高于65℃,则排烟温

度要高于135℃。所以，为了保证锅炉安全运行，排烟温度不能设计得

复合相变换热器技术与装置（FXH是一种用于低温排烟热源回收的装置。它的

研发和应用成功，为低温余热利用带来了革命性突破。它灵活的使用了气化液化相

变的强化换热技术，在换热器管内让传热工质处十相变工作。其技术核心和创新在

于换热器壁温整体可控可调。在充分发挥相变潜热的热传导的优势下，灵活配置换

热器的不同部分，一方面满足最低壁温高于烟气酸露点的要求；另一方面充分发挥

相变传热的高效性，使壁温与排烟温度维持较小的温差。在保证受热面不结露的前

提下降低排烟温度「最大幅度”有效地进行降温节能、提高热效率和防腐能力。

该装置创新了热力学、传热学、自动控制以及现代计算等设计技术，成功地解

决了锅炉低温排烟温度难以降低的世界性难题，是中低温热源利用上的一次世界性

突破。复合相变换热器曾经被列入国家级产学研工程，是一种拥有自主知识产权、

原创性的全新系列换热技术。，由中科院院士和工程院院士参加的专家组所做的国

家级鉴定文件这样描述过：“它不同于热管技术，经查新，该技术在将壁面温度作

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工

复合相变换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，提高锅炉热效率方面，该技术为国内外首创，处于国际领先水平。”该

装置荣获过国家经贸委颁发的“九五国家技术创新优秀项目奖”并同时被授予“国家

重点新产品''证书。

复合相变换热器节能技术的问世已经过去了许多年。但是，该技术独特的先进

性仍然为目前的其他节能技术所不可替代，在许多关键性的技术指标方面继续保持

“国内外领先”的强大优势。

复合相变换热器曾经列入国家级产学研工程，是涉及相关“设计理念”的创新和

拥有自主知识产权的先进系列节能技术。该系列技术属于国内外首创和处于国际领

先水平，可以广泛用于电力、石油、化工、钢铁、纺织、医药等行业的各种锅炉、

加热器与换热设备之中，具有大幅度回收余热的能力，使锅炉热效率稳定提高1.5-

10%。目前已经拥有与复合相变换热器相关的发明专利5项、实用新型专利7项，

曾经获得“国家技术创新优秀项目”奖和被授予“国家重点新产品”证书。

序号专利号专利名称类型

192102776.1复介相变换热器发明

299226380.8整体热管式复合相变换热裾实用新型

399240426.6热空气同流式复合相变换热器实用新型

49924O424.X无压式复介相变换热器实用新型

501105959.1旁通式复合相变换热粹发明

601254156.7分体式复合相变换热器实用新型

702136600.4混合式复合相变换热器发明

8201010527957.3电厂用行能行水除硫综合系统发明

92O1O1O5283I3.61.作于第.安全区的加热炉川复合相变换热器发明

复合相变换热器技术主要特点：

作为一种涉及“设计原理”变更，高效可靠的原创性节能技术，复合相变换

热技术有如下主要特点：

(1)能够在锅炉的设计和改造中，大幅度降低烟气的排放温度，使大量中低

温热能被有效回收，产生十分可观的经济效益；

(2)在降低排烟温度的同时，保持金属受热面壁面温度始终高于酸露点，从

根本上避免了结露腐蚀和由此发生的堵灰，大幅度降低设备的维护成本；(3)保

证换热器金属受热面最低壁面温度处于可控可调状态，使复合相变换热器具有相当

幅度的调节能力，使排烟温度和壁面温度保持相对稳定，并能适应锅炉的燃料品种

以及负荷的变化；

(4)在保留热管换热器具有高效传热特性的同时，通过适时排放不凝气体有

效解决相变换热器可能出现的老化问题，大大延长设备的使用寿命。

复合相变换热技术鉴定情况

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。

2001年5月“复合相变换热器”被认定为2001年国家重点新产品。6月“复合相

变换热器技术及应用”项目获得“九五”国家技术创新优秀项目奖。

2007年3月中国工程院上海院士中心在上海科学会堂召开了“复合相变换热器

在锅炉上的应用''专家讨论会获得中国工程院上海院士中心的应用实施认证。

刘高联、秦裕琨院士在鉴定会现场刘高联、秦裕琨院士在鉴定会议上

国家级重点新产品鉴定验收证书

复合相变换热器在锅冲上的应用”研讨会

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获得中国工程院上海院士中心的应用实施认证

复合相变换热器技术与低压省煤器技术的差异比较

2007年3月中国工程院上海院士中心在上海科学会堂召开了“复合相变换热器

在锅炉上的应用“专家研讨会。

会议纪要摘抄如下：“复合相变换热器原理与实施技术方案可行，并在实际应

用中得到了验证。通过对调研数据的分析，认为使用复合相变换热器对上海市

锅炉的节能改造将起到良好的推动作用工

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三、典型项目基本情况

山西兴能发电有限责任公司

1、项目前期基本情况：

从2021年4月开始与山西兴能发电有限责任公司进行技术交流、考察，于

2021年1月份签订技术协议，并在2021年3月30日通过山西省经济和信息化委

员会、山西焦煤集团公司、西山煤电集团、山西兴能发电有限责任公司、西安热工

研究院、华北电力设计院、华北电力大学、山西省电力勘测设计院、上海中源科扬

节能技术参与的论证会。2、项目建设必要性：

根据山西兴能发电有限责任公司锅炉运行数据，其全年非采暖期满发工况机组

实际排烟温度平均约148℃,采暖期满发工况机组实际排烟温度平均约135c左

右，年均排烟温度约141.5C,高于锅炉额定工况设计参数的121C,有必要采取

具备新节能技术的硬件降低排烟热损失，提高效率和节能目的。3、项目建设为

容：

在山西兴能发电有限责任公司锅炉电除尘器入口的每条烟道上全部安装由上海

中源科扬节能技术设计生产的复合相变换热器，换热器分吸热段（下段和放热段（上

段，每台机组安装8套。换热器吸收烟气余热，非采暖期用于加热同机组的凝结

水，采暖期用于加热本期工程暖通热网首站的循环水。4、建成后节能效果：

预计改造实施后，山西兴能发电有限责任公司600MW机组的排烟温度可以降

低16~29C,回收烟气余热非采暖期约24I72KW,采暖期约13336KW,机组每

台最大可增加发电能力非采暖期约L723MW,采暖期约2.577MW,两台600MW

机组改造后每年净增发电量2603万千瓦时。300MW机组的排烟温度可以降低26

~41℃,回收烟气余热非采暖期约17927KW,采暖期约U369KW,机组每台最

大可增加发电能力非采暖期约1.461MW,采暖期约2.568MW,两台3OOMW机组

改造后每年净增发电量2336万千瓦时。

目前三、四号机组已竣工；一、二号机组预计2021年6月开工。

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大唐华银金竹山发电厂

1、项目前期基本情况：

从2021年12月开始与湖南大唐先一能源管理进行技术交流、考察，于2021

年7月上旬，编制完成了《大唐华银金竹山发电厂1号机组应用复合相变换热器技

术进行烟气余热回收利用工程可行性研究报告》，2021年9月份签订技术协议与

合同，并在2021年9月21日顺利开工。

2、项目建设必要性：

根据大唐华银金竹山发电厂锅炉运行数据，其1号机组的锅炉排烟温度较高，

本次改造，考虑采用复合相变换热器技术，回收利用空预器出口高温烟气的余热，

用来加热凝结水，从而达到减少汽轮机抽汽量，增加机组发电能力的目的。

3、项目建设内容：

在大唐华银金竹山发电厂1号锅炉的电除尘器出口烟道上，每条烟道加装4套

复合相变换热器。系统笈单元制设计，相变换热器吸收锅炉尾部烟气的热量用来加

热主机凝结水。

4、建成后节能效果：

改造前，除尘器出口烟气温度全年平均约130C。经改造，换热器尾部排烟温

度可降到105C,此区间烟气降温幅度为25C,按燃煤量计算可知，复合相变换热

器可回收热量QTRL：2I716KWO利用复合相变换热器回收的烟气余热用于加热

主机凝结水。按照设计方案，83.2C的凝结水送至复合相变换热器吸热升温至

105℃以上，再返回各自系统。可减少6号低加所需的6段回热抽汽约32.93t/h。以

上减少的汽轮机抽汽可以继续在低压缸中做功，从而增加机组的出力，单台机组增

加出力约3.861MW。按照年利用小时数4000小时计算，机组改造后每年净增发

电量1514万千瓦时。

山东晨鸣纸业集团股份

1、项目背景：

600吨循环流化床锅炉（已改造两台），原排烟温度152C。

2、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