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２０１５年，煤炭占我國(guó)能源消耗總量的６３％。目前我國(guó)已探明的煤礦儲(chǔ)量超過(guò)８００Ｇｔ，約占我國(guó)能源總量的７１％。我國(guó)７６％的發(fā)電燃料、７５％的工業(yè)動(dòng)力燃料、８０％的居民生活燃料和６０％的化工原料都來(lái)自煤炭，其中，燃煤機(jī)組消耗我國(guó)煤炭總產(chǎn)量的５０％，是我國(guó)節(jié)能減排的主力。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，燃煤機(jī)組排煙溫度普遍偏高，不僅消耗大量煤炭，而且排放大量污染物，節(jié)能減排潛力巨大。燃煤機(jī)組中鍋爐排煙熱損失是各項(xiàng)熱損失中最大的一項(xiàng)，一般為５％～８％，占其總熱損失的８０％或更高。影響排煙熱損失的主要因素是排煙溫度，一般情況下，排煙溫度每升高１０℃，排煙熱損失增加０．６％～１．０％。目前我國(guó)新設(shè)計(jì)的超臨界、超超臨界電站鍋爐的排煙溫度普遍維持在１２１～１２８℃的設(shè)計(jì)水平，燃用褐煤機(jī)組的設(shè)計(jì)排煙溫度更是高達(dá)１４０～１５０℃，而由于燃煤機(jī)組設(shè)計(jì)煤種和實(shí)際燃用煤種存在較大差異，更使燃煤機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行溫度一般維持在１３０～１７０℃，因此，深度降低燃煤發(fā)電機(jī)組的排煙溫度具有重大的節(jié)能減排潛力。煙氣深度冷卻技術(shù)是實(shí)現(xiàn)燃煤機(jī)組節(jié)能減排和超低排放的關(guān)鍵技術(shù)，其技術(shù)核心是將燃煤機(jī)組的排煙溫度降低到硫酸露點(diǎn)溫度以下，深度回收煙氣余熱，實(shí)現(xiàn)節(jié)能節(jié)水降耗，同時(shí)協(xié)同脫除污染物ＳＯ３、ＰＭ和Ｈｇ２＋，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。自１９５７年起，世界各國(guó)廣泛開(kāi)展了燃煤機(jī)組煙氣深度冷卻技術(shù)及裝置的應(yīng)用研究，但工程實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)當(dāng)煙氣深度冷卻到硫酸露點(diǎn)溫度以下時(shí)，低溫腐蝕嚴(yán)重，造成機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)，致使該技術(shù)無(wú)法推廣應(yīng)用。其主要技術(shù)難點(diǎn)在于無(wú)法準(zhǔn)確檢測(cè)煙氣深度冷卻過(guò)程中的硫酸露點(diǎn)溫度，致使低溫腐蝕難以控制，同時(shí)，由于我國(guó)燃煤機(jī)組普遍存在煤質(zhì)、負(fù)荷的變動(dòng)工況，加劇了低溫腐蝕和積灰磨損。
本研究團(tuán)隊(duì)于２００９年提出并申請(qǐng)了“一種鍋爐煙氣深度冷卻余熱回收系統(tǒng)”和“一種嵌入式鍋爐煙氣深度冷卻器”的國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利，首次提出了“煙氣深度冷卻技術(shù)”和“煙氣深度冷卻器”的概念，發(fā)明專(zhuān)利提出的技術(shù)方案是在燃煤機(jī)組靜電除塵器前后安裝“煙氣深度冷卻器”余熱回收裝置，該裝置不同于過(guò)去的低壓省煤器等余熱回收利用系統(tǒng)，可以最大程度地將燃煤機(jī)組１２１～１７０℃的排煙溫度深度降低到９０℃，低于硫酸露點(diǎn)溫度以下。煙氣深度冷卻器在充分回收利用燃煤機(jī)組排煙余熱的同時(shí)，顯著減少脫硫塔為降低煙氣溫度而引起的噴水冷卻水耗，并使煙氣溫度降低達(dá)到最佳脫硫效率狀態(tài)。煙氣深度冷卻器所吸收的能量可以用來(lái)加熱系統(tǒng)凝結(jié)水，或通過(guò)暖風(fēng)器加熱冷空氣，提高助燃空氣溫度，減輕空氣預(yù)熱器積灰、低溫腐蝕和堵塞；低溫凝結(jié)水經(jīng)煙氣余熱加熱后進(jìn)入更高一級(jí)低壓加熱器，排擠汽輪機(jī)抽汽，增加汽輪機(jī)做功功率，提高機(jī)組系統(tǒng)熱效率，節(jié)約煤炭資源，直接減少污染物排放；同時(shí)煙氣深度冷卻過(guò)程中可以有效降低煙塵比電阻，減少煙氣體積，降低煙氣流速，提高靜電除塵效率，降低引風(fēng)機(jī)或增壓風(fēng)機(jī)電耗；更重要的是，當(dāng)煙氣深度冷卻至低于硫酸露點(diǎn)溫度時(shí)，煙氣中飛灰將與ＳＯ３、水蒸氣結(jié)合，形成硫酸蒸汽或液滴，發(fā)生凝并吸收，引起ＰＭ發(fā)生聚并，有效降低ＰＭ２．５含量，并隨著后續(xù)靜電除塵設(shè)備而被協(xié)同脫除，達(dá)到污染物超低排放的效果，減緩大氣中霧霾的形成。另外，在本研究團(tuán)隊(duì)提出“煙氣深度冷卻器”之前，電站鍋爐尾部也普遍裝備了空氣預(yù)熱器（ＡＰＨ）和煙氣濕法脫硫（ＦＧＤ）裝置，其中空氣預(yù)熱器也是一種煙氣深度冷卻器，因?yàn)榭諝忸A(yù)熱器的冷端金屬壁溫基本處于硫酸露點(diǎn)溫度以下；而煙氣濕法脫硫裝置是一種吸收劑直接接觸煙氣實(shí)現(xiàn)煙氣深度冷卻的污染物協(xié)同脫除裝置，濕法脫硫技術(shù)發(fā)展到今天，我們已經(jīng)清楚地認(rèn)識(shí)到：ＦＧＤ不只是單純脫硫的裝置，而是具有脫除ＳＯ２、ＳＯ３、ＰＭ和Ｃｌ－和Ｆ－等酸根離子的煙氣污染物綜合協(xié)同脫除裝置，其本身更是一個(gè)直接接觸噴淋冷凝、傳熱傳質(zhì)的煙氣深度冷卻裝置。本文主要研究間接傳熱的“煙氣深度冷卻器”，但是，對(duì)于直接噴淋冷凝、傳熱傳質(zhì)的污染物綜合協(xié)同脫除裝置的煙氣深度冷卻污染物協(xié)同治理功能也有相關(guān)論述，以拓展和深化“煙氣深度冷卻器”的概念。因此，面臨日趨嚴(yán)峻的燃煤機(jī)組節(jié)能環(huán)保要求，以煙氣深度冷卻為核心的燃煤機(jī)組污染物協(xié)同綜合治理關(guān)鍵技術(shù)必將成為燃煤發(fā)電機(jī)組長(zhǎng)周期安全高效低排放運(yùn)行的必然選擇。
本書(shū)在內(nèi)容上以基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)研究支撐工程應(yīng)用，在煙氣深度冷卻器的材料選型、設(shè)計(jì)、制造、安裝和長(zhǎng)周期安全高效運(yùn)行的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行了闡述，力求讓讀者領(lǐng)略到煙氣深度冷卻器從基本概念、強(qiáng)化傳熱元件選型、方案設(shè)計(jì)及優(yōu)化、高效緊湊換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化、系統(tǒng)技術(shù)集成到工程示范的全過(guò)程，使本書(shū)滿(mǎn)足科學(xué)性、系統(tǒng)性和實(shí)用性的撰寫(xiě)目標(biāo)。本書(shū)主要面向從事燃煤機(jī)組煙氣污染物超低排放協(xié)同治理和煙氣深度冷卻系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和節(jié)能減排運(yùn)行的高級(jí)工程技術(shù)人員和運(yùn)行管理人員，還可供從事煙氣深度冷卻器的安全生產(chǎn)、監(jiān)督監(jiān)察、環(huán)境保護(hù)、運(yùn)行管理、熱工測(cè)試、節(jié)能減排管理及相關(guān)專(zhuān)業(yè)的工程技術(shù)人員參考。
本書(shū)由西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院趙欽新、嚴(yán)俊杰、王云剛、劉明、梁志遠(yuǎn)和青島達(dá)能環(huán)保設(shè)備股份有限公司姜衍更６人共同完成，趙欽新教授完成第一章、第二章；嚴(yán)俊杰教授完成第四章第一、二節(jié)；王云剛副教授完成第三章第一、四、六節(jié)和第五章；劉明副教授完成第三章第二節(jié)和第四章第三節(jié)；梁志遠(yuǎn)博士講師完成第三章第三、五節(jié)；趙欽新教授和王云剛副教授共同完成第六章；姜衍更高級(jí)工程師完成第七章和第八章。本研究團(tuán)隊(duì)的種道彤教授，王存陽(yáng)、宋修奇高級(jí)工程師，陳衡、陳曉露、馬海東、李鈺鑫、潘佩媛、焦健、王宇、馬岳庚等博士研究生，傅吉收、韓棟、謝玲、劉超、張洪濤、張召波等工程師，陳中亞、張咪、馬信等碩士研究生也參加了本書(shū)相關(guān)章節(jié)內(nèi)容的撰寫(xiě)和本書(shū)插圖及表格等編輯工作，在此一并表示感謝，全書(shū)由趙欽新統(tǒng)稿。
本書(shū)由西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院熱流科學(xué)與工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任何雅玲院士主審，著作者對(duì)何雅玲院士在審稿中所提出的寶貴意見(jiàn)表示衷心感謝。限于作者水平，書(shū)中不妥之處在所難免，敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。