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推荐国家科技进步奖项目公示 项目名称 大型纵流管壳式换热器的设计、制造及工业应用 推荐单位 教育部 推荐单位意见： 项目简介： 本项目属于工程热物理学科。 换热器是一种广泛应用于能源电力、石油化工、钢铁冶金、航空航天等国民 经济部门的重要的能量传递设备，提高其传热强化性能对节能降耗以及系统安全 起着至关重要的作用。目前，国内换热器市场份额的54%为管壳式换热器。据统 计和预测，2014年国内管壳式换热器的市场规模为375亿元，2020年将达到635 亿元。 “十二五” 以来，我国工业发展迅速，对电力以及煤炭资源的需要也越来越大。 为了满足这些要求，需要研发相应的换热设备，以适应大型、极端工作条件，并 保证其安全可靠、高效运行。为此，需要全面发展新型高效换热设备的设计理论 及方法，并改进相应的制作手段及工艺，增强其可靠性，这涉及到许多学科交叉 和制造技术问题。 火电和核电是我国电力的主要来源。闭式冷却水系统换热器是电站的重要辅 机设备，其主要作用为系统中的其他冷却设备（如汽轮机润滑油冷却器、主给水 泵冷油器、励磁机空冷器、整流柜空冷器等）提供闭式循环冷却水，使冷却水温 度和压力等处于良性循环工作状态，该换热系统的性能直接影响到整个电站系统 的效率和安全。而针对600MW 以及1000MW的超临界和超超临界发电机组，急 需研制高效、可靠的大型高效的换热器以解决其设备水冷却问题。 在煤炭开采方面，随着开采深度不断加深，我国东部大部分煤矿已经或即将 面临深部高温热害问题。目前我国已有47座矿井采深超过1000m，该47座矿井都 面临热害问题。近年来我国中西部煤田开发速度加快，深部热害矿井也有出现。 据不完全统计，目前高温矿井上百个，且有增加趋势。高效、安全、抗垢、耐腐 蚀的纵流管壳式换热器是解决煤矿深井热害的热量综合管理系统的关键核心装 备。 十余年来，在国家“973计划”、国家自然基金重点项目资助下，项目组围大 型高效纵流式换热器的设计、制造及工业应用问题，从基础理论、技术创新和产 品研发开展了深入系统研究，尤其针对600MW 以上的大型火电、核电、LNG 电 站的设备水冷却以及深井煤矿的高温热害防护，有效地解决了以上系统的关键换 热设备的设计理论、制造安装工艺以及科学评价难题。主要创新如下： 1、大型高效纵流式换热器的设计理论和新方法。针对大型换热器流量大、 流动结构复杂、换热强度高的难题，提出了改善流体均温性以减少换热热阻，创 新流体扰流方式以减少流动阻力增幅的新思路，构建了大型纵流管壳式换热器流 体强化传热的新方法，建立了同时减小热阻和流阻的强化传热理论，发展了相应 的强化传热技术，为适应不同应用场合的大型高效纵流式换热器的设计以及系列 化奠定了理论基础，并发展了相应的设计方法。 2 、大型高效纵流换热器的高效制造及装配技术。针对大型换热器流动不均 匀、换热效率低、安全性差等难题，提出并实现了管束-折流栅适配结构，发明 了特殊外导流筒结构，使壳侧流体分配均匀，实现了换热器壳侧纵向扰流，防止 了流体诱导振动，降低了流体阻力，提高了换热效率，解决了换热管断管的安全 性问题。 3、大型高效纵流换热器综合性能评价和安全运行。针对大型纵流式换热器 影响因素多、性能难以评价及安全性突出的问题，提出了基于换热器运行参数的 效能评价系数，建立了评价准则式；提出了安全运行准则，实现大型管壳式换热 器在极端恶劣条件下高效安全运行。 获国家授权专利8项，其中发明专利4项；出版专著1部；发表SCI论文45篇， EI 中文论文30篇，其中，ESI Hot Paper 1篇，ESI Highly Cited Paper 2篇；SCI他 引334次，Google学术他引623次。专家鉴定意见为：“本项目在纵流式换热器的 传热强化理论和工程应用方面达到了国际先进水平，部分指标达到了国际领先水 平。” 项目研发设备在电力、石化、钢铁、煤矿等行业使用350余台，并应用于国 内最先进的超临界发电机组，其中1000MW核电机组闭冷器12台，1000MW火电 机组闭冷器72台，600MW火电机组闭冷器36台。此外，该产品还配套出口到越 南、阿塞拜疆、印尼等国家。项目成果将作为我国具有自主知识产权的核电装备 “华龙一号” 的配套设备出口巴基斯坦。经西安热工院等权威机构检测，与改造前 的管壳式换热器相比，纵流管壳式换热器的传热系数提高15~30%，流体压